Способ получения металлического скандия Российский патент 2022 года по МПК C22B59/00 C01B6/00 

Изобретение относится к металлургии редких металлов, и в частности к технологии получения металлического скандия.

Известен способ [1] получения металлов иттрия и скандия, включающий термическую обработку хлоридов металлов при 800-900°С в вакууме, отличающийся тем, что термическую обработку ведут в присутствии гидрида лития или гидрида кальция и перед нагревом в вакууме реакционную массу подвергают гидрометаллургической переработке выщелачиванием водой при комнатной температуре, с последующей сушкой полученного порошка гидрида металла.

Недостаток способа в том. что реакционная смесь подвергалась термообработке сразу при температуре 800-900°С которая создавала повышенный расход гидрида лития. Это объясняется тем, что при температуре 700°С гидрид лития вместо взаимодействия с хлоридом скандия испаряется с разложением.

Известен, принятый за прототип способ [2] получения металлического скандия, включающий смешивание хлорида скандия с восстановителем, нагрев шихты в вакууме, последующий нагрев с получением реакционной массы, отличающийся тем, что смешивание хлорида скандия ведут с гидридом лития, нагрев в вакууме проводят при 200-300°С, далее нагрев ведут в атмосфере аргона при 500-680°C с последующей промывкой реакционной массы водой и слабым раствором кислоты, ее измельчением, сушкой полученного порошка, его брикетированием и нагревом в вакууме до 650-900°С.

Недостаток способа, выявленный при его использовании на Новосибирском оловянном комбинате, в его высоких затратах на использовании повышенного расхода дорогостоящего гидрида лития.

Целью изобретения является получение металлического скандия с заменой гидрида лития на более дешевый гидрид натрия.

Поставленная цель достигается тем, что хлорид скандия смешивают с гидридом натрия с нагревом в вакууме при 100-150°С, затем нагревают в атмосфере аргона от температуры 200 до 450°С, потом смесь вакууме нагревают до температуры 500-600°C, полученный спек обрабатывают 1-2% раствором уксусной кислоты, промывкой этиловым спиртом, и после сушки порошок гидрида скандия прессуют с повторным нагревом брикетов в вакууме до 1100°С.

Сущность способа заключается в том, что хлорид скандия смешивают с гидридом натрия с расходом 110-120% от необходимого и нагревают в вакууме сначала при 100-150°С для удаление адсорбированных газов с поверхности порошков, но не допуская испарения реагента.

Затем смесь нагревают в атмосфере аргона постепенно повышая температуру от 200 до 450°С для обеспечения прохождения реакции гидрирования еще до начала его разложения при 425°С, обеспечивая оптимальный расход реагента.

ScCl3+6NaH=2ScH₂+6NaCl+H₂

Потом над смесью создают вакуум с подъемом температуры до 500-600°С для очистки от продуктов реакции и выдерживают температуру в течение 2 часов.

Спек разгружают и промывают 1-2% раствором уксусной кислоты для растворения продуктов реакции (NaCl, Na), затем отмывают от влаги этиловым спиртом. Отсутствие скандия в промводах свидетельствует о полноте реакции. После сушки порошок гидрида скандия прессуют в брикеты.

Брикеты нагревают под вакуумом 10^{^-2} мм рт.ст. с повышением температуры до 1100°С в течение часа.

ScH₂=Sc+Н₂

При этом проходит разложение гидрида скандия и испарение следов продуктов разложения (Н₂, NaCl) и спекания в плотные брикеты.

Способ осуществляется в реакторе, изображенном на фиг. Реактор 1 представляет собой цилиндрический сосуд из нержавеющей стали с водо-охлаждаемым фланцем 4 закрываемой крышкой 8 на герметичном герметике ВГО-1, выдерживающий температуру 800°С. К фланцу 4 герметично подсоединен штуцер 6 - подключения к вакуумнасосу. К крышке 8 приварены штуцера 7 подачи и отвода аргона. Реактор сосуд 1 помещаен в печь 5. В реактор 1 помещается танталовый тигель 2, в который помещается шихта или штабики.

Особенностью реактора в том, что штуцер 7, подводящий аргон герметично соединен с трубкой 3, погруженной до дна тигля 2 для вытеснения газообразных продуктов.

Тигель 2 с хлоридом скандия и гидридом натрия помещают на дно сосуда реактора 1 (фиг), закрывают крышку 8 и проводят откачку воздуха из системы с нагревом в вакууме при 100-150°С. После этого проводят заполнение системы аргоном 7 и включают печь 5 и медленно повышают от температуры 200 до 450°С потом смесь вакууме нагревают до температуры 600°С, выдерживают 2 часа.

После охлаждения до 80°С полученный спек обрабатывают 12% раствором уксусной кислоты, промывают этиловым спиртом. После сушки порошок прессуют с повторным нагревом брикетов в вакууме до 1100°С.

Пример: В танталовый тигель загружают 20 г хлорида скандия, (полученного от извлечения попутной переработки вольфрамит-оловянного шлака [3]) и 11 г гидрида натрия и помещают в обогреваемый реактор (ранее используемый для гидрирования [2]). Реактор вакуумируют, нагревают до 150°С и продувают аргоном в течение 30 мин. Перекрывают вакуум линию и подачу аргона и постепенно повышают температуру до 450°С. Через час подключают вакуум линию и постепенно снижают давление и включают нагрев. Реактор нагревают в течение часа до 600°С. Отключают обогрев и охлаждают реактор до 200°С, отключают от вакуум линии, подают аргон, охлаждают до 80°С и вскрывают реактор. Тигель со спеком трижды обрабатывают в 50 мл растворе 1% уксусной кислоты, а затем дважды промывают этиловым спиртом и сушат под инфракрасной лампой. Промводы анализируют на содержание скандия. Порошок прессуют в прессформе диаметром 1 см под давлением 100 ат и полученный брикет загружают в реактор. Реактор вакуумируют и постепенно повышают температуру до 1100°С. Через час охлаждают, разгружают реактор. Получают брикет металлического скандия весом 6 г с выходом 92%. Подобные плавки приведены в таблице.

Технический результат заключается в получении металлического скандия с использованием более дешевого реагента.

Используемая литература:

1. Пат РФ 2013460 - Способ получения редкоземелных металлов иттрия и скандия - Камарзин A.А., Соколов В.В., Трушникова Л.Н., Савельева М.В., Стонога Ю.А., заявитель ИНХ СО РАН \\ С22В 59/00; Заявка: 925059367 от 21.08.1992.

2. Пат РФ 2102513- Способ получения металлического скандия - Дьяков В.Е., \\ C22b 59\00, заяв. 93014720 от 22,03,93 опубл. 20,01,98; Би №2 - 1998 - с. 290.

3. Патент РФ 1450389 - Способ переработки оловянно-вольфрамовых концентратов - Дьяков B.Е., Розловский А.А., Дулепов Е.В., Михалев В.В., Дугельный А.П., Маслов В.И., Клещенко И.Н., Корюков Ю.С., Семенов А.Е. - Заявители: Новосибирский оловянный комбинат, Гидроцветмет \\ С22В 25/00; Заявка: 4164146 от 18.12.1986; Опубл 10.07.2012; №19-12-509.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к технологии получения металлического скандия. Хлорид скандия смешивают с восстановителем - гидридом натрия, нагревают шихту в вакууме при 100-15°С, затем нагревают в атмосфере аргона от температуры 200° до 450°С, потом смесь в вакууме нагревают до температуры 600°С. Полученный спек обрабатывают 1-2% раствором уксусной кислоты и промывают этиловым спиртом. После чего сушат с получением порошка, который прессуют в брикеты при повторном нагреве в вакууме до 1100°С. Способ позволяет получить металлический скандий с использованием более дешевого реагента с обеспечением его оптимального расхода. 1 ил., 1 пр., 1 табл.

Способ получения металлического скандия, включающий смешивание хлорида скандия с восстановителем, нагрев шихты в вакууме с последующей промывкой полученного спека слабым раствором кислоты, сушкой полученного порошка и его прессованием в брикеты, отличающийся тем, что для удешевления процесса хлорид скандия смешивают с гидридом натрия и нагревают в вакууме при 100-150°С, затем нагревают в атмосфере аргона от температуры 200° до 450°С, потом смесь в вакууме нагревают до температуры 600°С, полученный спек обрабатывают 1-2% раствором уксусной кислоты, промывают этиловым спиртом и сушат, после чего полученный порошок прессуют в брикеты при повторном нагреве в вакууме до 1100°С.