СПОСОБ ЙОДИДНОГО РАФИНИРОВАНИЯ ГАФНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C22B34/14 C22B9/00 

Изобретение относится к области получения чистых металлов способом иодидного рафинирования и может быть применено для получения иодидного гафния и других металлов.

Известен способ иодидного рафинирования гафния с использованием в качестве нагревателя проволоки из гафния, на которой происходит осаждение очищенного металла. Нагреватель выполнен в виде одной петли высотой 0,8 м. Пруток иодидного гафния имеет конечный диаметр до 3,6 мм [N.Thien Chi, J.Vergnolle et A.Remy. Production de hafnium nucleaire par le precede Van Arkel // Journal of nuclear materials. 1964. Vol.12, №3. P.310-318].

Недостатком способа является относительно малая длина нагревателя, т.к. для предотвращения обрыва нити под действием веса гафниевого прутка большого диаметра требуются специальные переходные наконечники, соединяющие нагреватель и электрод. Относительно малая длина нагревателя определяет небольшой вес готового прутка и, следовательно, низкую производительность аппарата.

Наиболее близок к изобретению по технической сущности способ иодидного рафинирования гафния, включающий взаимодействие иода с черновым металлом при температуре 300-370°С и осаждение очищенного гафния при температуре 1290-1475°С при наращивании прутка гафния на нити нагревателя, выполненного из молибденовой проволоки (RU 2048558 С1, С 22 В 34/14, опубл. 20.11.95, пример 2). Недостатком данного способа применительно к получению гафния является невозможность получения прутка диаметром более 17 мм, т.к. гафний имеет большой удельный вес, и, когда диаметр прутка достигает указанного размера, происходит обрыв всей подвески, что снижает производительность аппарата.

Данный технический способ не применим в случае использования в качестве материала нити другого металла кроме гафния, т.к. материал нити в таком случае становится примесью, а его содержание в иодидном гафнии жестко лимитируется. Для снижения влияния этого фактора на качество иодидного гафния следует либо получать прутки большого диаметра (более 20-25 мм), либо целесообразно использовать проволоку минимального диаметра.

В таблице 1 приведены данные по качеству иодидного гафния при использовании молибденовой проволоки.

Таблица 1
Содержание молибдена в иодидном гафнии при использовании для его осаждения молибденовой проволокиДиаметр молибденовой проволоки, ммСодержание молибдена, % масс.Диаметр прутка, мм101520250,650,320,140,0800,0510,50,190,0860,0490,0310,40,130,0560,0320,020

При использовании молибденовой проволоки нить обрывается в верхней части в результате образования трещин в зоне взаимодействия молибдена и гафния. Как правило, обрыв происходит в месте контакта проволоки с переходником при определенной массе металла (подвески). Экспериментально установлено, что при высоте одной петли 0,35 м можно достичь диаметра иодидного прутка 17 мм, а при высоте 1,35 м - примерно 10 мм. В результате содержание молибдена в иодидном гафнии существенно превышает установленные требования.

В случае использования циркония в качестве материала нити уменьшение диаметра проволоки может привести к ее перегоранию на ранних стадиях отложения гафния вследствие реакции с элементарным иодом.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, заключается в снижении величины нагрузки на нагреватель из проволоки при увеличении массы осаждаемого на ней гафния за счет перераспределения нагрузок с верхней части крепления нагревателя на его нижнюю часть.

Технический результат, который достигается по предлагаемому способу, заключается в увеличении диаметра прутка иодидного гафния более 17 мм при высоте одной петли более 0,8 м. Это приводит к повышению призводительности аппарата и обеспечивает содержание примесного материала проволоки (молибдена, циркония) в прутках иодидного гафния в пределах предъявляемых требований.

Технический результат достигается тем, что в способе иодидного рафинирования гафния, включающем взаимодействие иода с черновым гафнием при нагреве и осаждение очищенного гафния при наращивании прутка гафния на нити нагревателя, взаимодействие иода с черновым гафнием проводят при температуре 250-350°С, осаждение очищенного гафния - при температуре 1200-1600°С, а нить нагревателя выполняют в виде одной или нескольких петель из проволоки, при этом нижнюю часть каждой петли проволоки подвешивают над поверхностью изолятора с зазором, равным 1/3-1/2 конечной толщины наращиваемого прутка.

В качестве материала нити нагревателя может быть использован цирконий.

В качестве материала нити нагревателя может быть использован молибден.

В качестве материала нити нагревателя может быть использован ниобий.

В процессе иодидного рафинирования и осаждения гафния на нагревателе в результате роста диаметра проволоки до 3-4 мм она превращается в пруток и приобретает жесткость. Работа нити на растяжение (под действием массы осаждаемого на ней гафния) сначала частично, а затем практически полностью заменяется работой на сжатие образующегося прутка гафния, опирающегося нижней частью на изолирующий материал. В результате снижения нагрузки на нить в месте ее крепления достигается возможность увеличения конечного диаметра прутка более 17-25 мм и снижения содержания материала нити в иодидном гафнии до требуемого значения.

Интервалы температуры взаимодействия иода с черновым гафнием и осаждения очищенного гафния выбраны исходя из условий оптимального проведения процессов и частично известны из уровня техники (Металлургия гафния. Под ред. Д.Е.Томаса и Е.Т.Хейса. М.: Металлургия, 1967, с.119). Кроме того, экспериментально установлено, что минимальной температурой осаждения может быть температура 1200°С.

Для проверки заявляемого технического решения было проведено три опыта.

Пример 1

Черновой гафний в аппарате иодидного рафинирования нагревали до температуры 250-350°С, при которой он взаимодействовал с иодом с образованием тетраиодида гафния. Осаждение иодидного гафния производили при температуре 1200-1400°С на нагревателе из молибденовой проволоки диаметром 0,5 мм в виде нескольких петель с высотой 1,0 м. Нагреватель подвешивали таким образом, что нижняя часть каждой петли находилась на расстоянии 8 мм от поверхности изолятора из шамота. Получен пруток гафния диаметром 22 мм. Содержание молибдена в иодидном гафнии 0,06% мас., т.е. соответствует марке ГФИ-1 (не более 0,1% мас.).

Пример 2

Черновой гафний с содержанием циркония 0,80% мас. в аппарате иодидного рафинирования нагревали до температуры 300-350°С, при которой он взаимодействовал с иодом с образованием тетраиодида гафния. Осаждение гафния проводили при температуре 1300-1600°С на нагревателе из циркониевой проволоки диаметром 1 мм, высота петли составляла 1,2 м. Нить подвешивали таким образом, что нижняя часть каждой петли находилась на расстоянии 11 мм от поверхности изолятора из алунда. Получен пруток гафния диаметром 23 мм. Содержание циркония в иодидном гафнии составило 0,89% мас., т.е. соответствует марке ГФИ-1 (не более 1,0% мас.).

Пример 3

Черновой гафний в аппарате иодидного рафинирования нагревали до температуры 250-350°С, при которой он взаимодействовал с иодом с образованием тетраиодида гафния. Осаждение иодидного гафния производили при температуре 1200-1600°С на нагревателе из ниобиевой проволоки диаметром 1,0 мм, высота петли составляла 1,1 м. Нить подвешивали таким образом, что нижняя часть каждой петли находилась на расстоянии 10 мм от поверхности изолятора из шамота. Получен пруток гафния диаметром 23 мм. Содержание ниобия в иодидном гафнии составило 0,10% мас.(в марке ГФИ-1 не регламентируется).

Техническая эффективность предлагаемого способа получения иодидного гафния заключается в том, что его применение позволяет снизить нагрузку на исходную проволоку в месте ее соединения с переходником (где, как правило, и происходит разрушение) за счет использования опоры образующегося жесткого прутка на изолятор. При этом создаются условия для увеличения конечного диаметра прутка более 17-25 мм при высоте петли нагревателя более 0,8 м, что позволяет снизить содержание примесного материала проволоки (молибдена, циркония, ниобия) в иодидном гафнии. Причем этого можно добиться за счет двух факторов: использования проволоки минимального диаметра и увеличения диаметра получаемого прутка. Одновременно возрастает длительность работы аппарата и повышается его производительность.

Взаимодействие йода с черновым металлом проводят при температуре 250-350°С. Осаждение очищенного гафния осуществляют при температуре 1200-1600°С на нагревателе (нити) из молибденовой или циркониевой проволоки, выполненном в виде одной или нескольких петель и подключенном к переходным наконечникам электродов. Нагреватель в аппарате йодидного рафинирования формируют таким образом, что нижняя часть каждой проволочной петли подвешена над поверхностью изолятора с зазором, равным 1/3-1/2 конечной толщины прутка. Техническим результатом является получение прутков йодидного гафния диаметром более 17 мм (при высоте петли нагревателя больше 0,8 м) с необходимой чистотой по примесям. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ йодидного рафинирования гафния, включающий взаимодействие йода с черновым гафнием при нагреве и осаждение очищенного гафния при наращивании прутка гафния на нити нагревателя, отличающийся тем, что взаимодействие йода с черновым гафнием проводят при температуре 250-350°С, осаждение очищенного гафния - при температуре 1200-1600°С, а нить нагревателя выполняют в виде одной или нескольких петель из проволоки, при этом нижнюю часть каждой петли проволоки подвешивают над поверхностью изолятора с зазором, равным 1/3-1/2 конечной толщины прутка гафния.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материалом нити нагревателя является цирконий.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материалом нити нагревателя является молибден.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что материалом нити нагревателя является ниобий.