СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА ЦИРКОНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B22F9/20 C22B34/14 

Изобретение относится к технологии редких и рассеянных элементов. Многие из этих элементов, в частности, такие как уран, цирконий, рений широко применяются в технике для создания высокоэффективных приборов и технологий. Металлический цирконий обладает целым рядом положительных свойств, такими как высокая коррозийная стойкость на воздухе, в агрессивных средах, достаточно высокая температура плавления, небольшое сечение захвата нейтронов. Последнее обстоятельство обусловило применение циркония в качестве конструкционного материала ядерных реакторов. В последнее время интенсивно изучаются особенности металлических порошков, обладающих свойствами, отличными от компактного металла. Известно, что для получения металлического циркония применяют несколько методов:
1. Электролитическое восстановление циркония из фторцирконата калия [1, 2].

2. Натрийтермическое восстановление циркония из фторцирконата калия [3].

3. Различные методы металлотермического восстановления, в том числе из хлорида циркония магнием [4, 5]
В большинстве случаев получают не слиток циркония, а губку или зернистый разноразмерный порошок с размером зерен 0,1-1,5 мм. В тоже время требуются мелкодисперсные порошки циркония однородные по размеру кристаллов. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является способ, изложенный в патенте [6]. Расплав готовят смешением хлорида натрия и хлорида калия с добавкой хлорида магния. Восстановление натрием ведут при температуре 650-700^oC. После удаления промывкой водой хлоридов, получают порошок циркония.

Недостаток способа заключается в том, что согласно прототипу получают порошок циркония с размером зерен в основном 20-50 мкм. С целью ликвидации указанного недостатка и упрощения процесса, авторами предлагается следующее техническое решение.

Порошок двуокиси циркония с размером зерна 0,1-2,5 мкм смешивают с порошком магния в соотношении (вес.): двуокись циркония : магний = 1,3-2,0 : 1. Полученную смесь подвергают механоактивации. Механоактивация заключается в вибрационной обработке смеси в течение 0,5-3 мин с амплитудой 0,5-1,0 мм и частотой 500-1000 кол/мин в атмосфере аргона. Перед виброобработкой сосуд со смесью продувают аргоном. После виброобработки смесь нагревают до температуры 700-900^oC в течение 1-3 часов в атмосфере аргона. Затем полученный продукт охлаждают и обрабатывают 0,5-3,0 М раствором минеральной кислоты - соляной, серной или азотной. Избыток магния и оксид магния удаляется с водным раствором. Получают мелкодисперсный и однородный по размеру частиц порошок металлического циркония. Размер частиц зависит от размера и однородности частиц исходного оксида циркония. Если, например, исходный оксид циркония содержал 70-80% частиц размером 1 мкм, то и порошок металлического циркония состоит из частиц такого же размера.

Пример 1. К 100 г порошка диоксида циркония с размером зерен 1,5-2,5 мкм добавили 60 г порошка магния с размером зерен 0,1-0,5 мм. Смесь тщательно перемешали и поместили в реакционный сосуд, объемом 200 мл. Сосуд продули аргоном и подвергли виброобработке с частотой 500 кол/мин и амплитудой 1 мм в течение 1 мин. После обработки провели восстановление в среде аргона. Температуру повысили до 800^oC и выдержали при этой температуре 2 часа. Затем сосуд охладили до комнатной температуры. Полученную смесь извлекли из сосуда и обработали 1,5 М раствором азотной кислоты при соотношении Т:Ж=1:7 три раза. Затем порошок циркония промыли водой до pH=6,5, спиртом и просушили. Получили 67,3 г. порошка циркония, причем 74% частиц имели размер 1,5-2,3 мкм. Извлечение циркония в готовую продукцию 91%.

Пример 2. К 120 г порошка диоксида циркония с размером частиц 1,0-2,0 мкм добавили 70 г порошка магния. Смесь тщательно перемешали и поместили в восстановительный сосуд, продули аргоном и подвергли виброобработке в течение 1,5 мин при амплитуде 0,5 мм и частоте вибраций 1000 кол./мин. В атмосфере аргона смесь нагрели до температуры 750^oC и выдержали при этой температуре 1,5 часа. Полученную смесь обработали также, как в примере 1. Получили порошок циркония массой 77,6 г, причем 78% порошка состояли из зерен размером 0,8-1,5 мкм. Извлечение циркония в порошок-88%.

Литература
1. Ковалевский А.В. "Способ получения циркония" А.С. 994585 от 13.01.81 по кл. C 25 C 3/26.

2. Ключников Н.Г. "Руководство по неорганическому синтезу" М.1953 г стр. 63.

З.Ключников Н.Г. "Руководство по неорганическому синтезу" М.1953 г, стр. 51.

4. Ластман Б, Керз Ф. "Металлургия циркония" М.1959 г. стр.91-131.

5. Батеев В.Б. и др. "Способ получения циркония и гафния высокой чистоты". Патент РФ N 2048558 от 12.04.93 по кл. C 25 C 3/36.

6. Александровский С.В. и др. "Расплав для получения циркониевых порошков металлотермическим восстановлением" А.С. N 558059 от 26.11.98 по кл. C 22 B 34/14.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии получения порошков редких и рассеянных элементов. Диоксид циркония с размером частиц 0,1-2,5 мкм смешивают с порошком магния в соотношении, вес. : диоксид циркония : магний = 1,3-2,0: 1, полученную смесь подвергают механоактивационной обработке в среде аргона с амплитудой 0,5-1,0 мм, частотой 500-1000 кол./мин в течение 0,5-3 мин с последующим прокаливанием смеси в среде аргона при температуре 700-900^oС в течение 1-3 ч, охлаждением и отделением примесей обработкой слабым раствором минеральной кислоты. При этом применяют 0,5-3,0 М раствор минеральной кислоты, порошок магния имеет размер 0,1-0,5 мм, оптимальная температура прокаливания 730-800^oС. Технический результат - получение однородного мелкодисперсного порошка циркония. 3 з.п.ф-лы.

1. Способ получения тонкодисперсного порошка циркония восстановлением диоксида циркония, отличающийся тем, что диоксид циркония с размером частиц 0,1 - 2,5 мкм смешивают с порошком магния в соотношении, вес.: диоксид циркония : магний = 1,3 - 2,0 : 1, полученную смесь подвергают механоактивационной обработке в среде аргона с амплитудой 0,5 - 1,0 мм, частотой 500 - 1000 кол./мин в течение 0,5 - 3 мин с последующим прокаливанием смеси в среде аргона при температуре 700 - 900^oC в течение 1 - 3 ч, охлаждением и отделением примесей обработкой слабым раствором минеральной кислоты. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют 0,5 - 3,0 М раствор минеральной кислоты. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что порошок магния имеет размер 0,1 - 0,5 мм. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что оптимальная температура прокаливания 730 - 800^oC.