Научная статья на тему 'Разделение с помощью непрерывной диэлектрической сепарации катодного осадка после электролиза расплава FLiNaK'

Разделение с помощью непрерывной диэлектрической сепарации катодного осадка после электролиза расплава FLiNaK Текст научной статьи по специальности «Химия»

CC BY
132
24
Поделиться
Ключевые слова
электролиз расплавов / титан / катодный осадок / электросепарация

Аннотация научной статьи по химии, автор научной работы — Ворошилов Федор Анатольевич, Гайворонский Андрей Валерьевич, Чередниченко Константин Сергеевич

Не ослабевает интерес к поиску новых способов получения металлического титана, при которых возможно снизитьсебестоимость получаемого металла по сравнению с методом Кроля [1]. Одним из таких способов может статьметод электролитического получения металлического титана из фторидной эвтектики щелочных металлов.Применяя электролиз, можно значительно снизить себестоимость производства металлического титана. Суммарнаястоимость передела будет складываться из стадии самого электролиза и стадии выделения порошка титана из катодногоосадка с последующим переплавом и получением компактного металла. Предлагаемая для промышленности стадия отмывкиот солей электролита с применением безводного фтористого водорода небезопасна по экологическим соображениям итребует использования специального коррозионностойкого оборудования [2].

Похожие темы научных работ по химии , автор научной работы — Ворошилов Федор Анатольевич, Гайворонский Андрей Валерьевич, Чередниченко Константин Сергеевич,

SEPARATION OF CATHODE DEPOSIT THROUGH CONTINUOUS DIELECTRIC SEPARATION AFTER ELECTROLYSIS FLINAK MELT

Unabated interest in finding new ways of producing metallic titanium in which it is possible to reduce the cost of the result ing metal compared with the KROLL method [1]. One of those ways can be a method of electrolytic production of titanium metal from fluoride eutectic of alkali metals. Using electrolysis, you can significantly reduce the cost of production of titanium metal. Total cost of redivision will consist of step of the electrolysis stage and separation of titanium powder from the cathode deposit with subsequent remelting and obtaining of a compact metal. Offered for industrial washing step of the electrolyte salts with anhydrous hydrogen fluoride is unsafe for environmental reasons, and requires the use of special corrosionresistant equipment [2].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Разделение с помощью непрерывной диэлектрической сепарации катодного осадка после электролиза расплава FLiNaK»

Были получены зависимости &ХТ) при добавлении катионов Mg2+, Ca2+, Sr2+ и Ва2+ и исходя из них рассчитаны энергии активации переноса заряда, значения которых представлены в таблице.

Энергия активации переноса заряда в расплавах с сильнополяризующими катионами

Катион Еа, кДж/моль

Mg2+ 21

Ca2+ 25

Sr2+ 24

Ba2+ 19

Как видно из таблицы, значения энергии активации переноса заряда при присутствии в расплаве катионов с высоким значением ионного потенциала существенно ниже энергии активации исходной системы.

Литература

1. Polyakova L.P., Stangrit Р.Т., Polyakov E.G. Electrochemical study of titanium in chloride-fluoride melts // Electrochim. Acta. 1986. Vol. 31. P. 159-161.

2. Sequeira CA. Chronopotentiometric study of titanium in molten NaCl + KCl + K2TiF6 // J. Electroanal. Chem. 1988. Vol. 239, 2398. P. 203-208.

3. Ветрова Д.А., Казакова О.С., Кузнецов С.А. Изучение электрохимического поведения редокс-пары Ti(IV)/Ti(III) в расплаве NaCl-KCl-K2TiF6 для оптимизации электрорафинирования титана и синтеза сплавов на его основе // ЖПХ. 2014. Т. 87, № 4. С. 446-450.

4. Nicholson R.S. Theory and application of cyclic voltammetry for measurement of electrode reaction kinetics // Anal. Chem. 1965. V. 37, 3765. P. 1351-1355.

5. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа, 1975. 416 c. Сведения об авторах

Ветрова Дарья Аркадьевна,

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

г. Апатиты, Россия, vetrova-darja@rambler.ru Кузнецов Сергей Александрович,

д. х.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, kuznet@chemy.kolasc.net.ru

Vetrova Daria Arkadievna,

I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS Apatity, Russia, vetrova-darja@rambler.ru Kuznetsov Sergey Aleksandrovich,

Dr.Sc. (Chemistry), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, kuznet@chemy.kolasc.net.ru

УДК 54.055-66.931

РАЗДЕЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ НЕПРЕРЫВНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ КАТОДНОГО ОСАДКА

ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА РАСПЛАВА FLINAK

Ф.А. Ворошилов, А.В. Гайворонский, К.С. Чередниченко

Томский политехнический университет, Томск, Россия Аннотация

Не ослабевает интерес к поиску новых способов получения металлического титана, при которых возможно снизить себестоимость получаемого металла по сравнению с методом Кроля [1]. Одним из таких способов может стать метод электролитического получения металлического титана из фторидной эвтектики щелочных металлов. Применяя электролиз, можно значительно снизить себестоимость производства металлического титана. Суммарная стоимость передела будет складываться из стадии самого электролиза и стадии выделения порошка титана из катодного осадка с последующим переплавом и получением компактного металла. Предлагаемая для промышленности стадия отмывки от солей электролита с применением безводного фтористого водорода небезопасна по экологическим соображениям и требует использования специального коррозионностойкого оборудования [2].

Ключевые слова:

электролиз расплавов, титан, катодный осадок, электросепарация.

217

SEPARATION OF CATHODE DEPOSIT THROUGH CONTINUOUS DIELECTRIC SEPARATION AFTER ELECTROLYSIS FLINAK MELT

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

F.A. Voroshilov, A.V. Gayvoronskiy, K.S. Cherednichenko

Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia Abstract

Unabated interest in finding new ways of producing metallic titanium in which it is possible to reduce the cost of the resulting metal compared with the KROLL method [1]. One of those ways can be a method of electrolytic production of titanium metal from fluoride eutectic of alkali metals. Using electrolysis, you can significantly reduce the cost of production of titanium metal. Total cost of redivision will consist of step of the electrolysis stage and separation of titanium powder from the cathode deposit with subsequent remelting and obtaining of a compact metal. Offered for industrial washing step of the electrolyte salts with anhydrous hydrogen fluoride is unsafe for environmental reasons, and requires the use of special corrosion-resistant equipment [2].

Keywords:

fused electrolysis, titanium, cathode deposit, electrostatic separation.

После электролиза в расплаве FLINAK катодный осадок содержит металлический титан и соли электролита, которые необходимо вернуть в цикл. Нами был предложен метод разделения катодного осадка при помощи непрерывной диэлектрической сепарации. Этот метод основан на различии электрической проводимости компонентов катодного осадка. Применяемое для сепарации оборудование достаточно широко используется для обогащения рудных концентратов. Богатый выбор номенклатуры позволяет подобрать его под заданные параметры.

Благодаря использованию данной схемы (рис.1) часть электролита можно повторно использовать на стадии подготовки к электролизу.

Рис. 1. Схема переработки катодного осадка

Для проверки работоспособности схемы была собрана лабораторная установка. Диэлектрическая сепарация осуществляется на плоскости из изолирующего материала, в которую вмонтированы тонкие цилиндрические электроды, погружаемые в среду с низкой проводимостью и малыми диэлектрическими потерями. Аппарат (рис.2) представляет собой наклонную пластину из оргстекла размером 180 X 100 X 5 мм, на нижней поверхности которой, вдоль направления сползания частиц, проточены канавки, не доходящие до верхней поверхности на 1 мм. В них укладываются медные проволоки диаметром 2 мм, заливаемые затем эпоксидной смолой. Рабочей частью аппарата, в которой происходит разделение частиц, является горловина (самая узкая часть). Расстояния в этой части поля между электродами 2 и 3 - 12 мм и 7 и 4 - 28 мм. Сепарируемый материал загружается в аппарат с помощью воронки по направлению ММ. В выталкивающем поле горловины частицы с диэлектрическими проницаемостями, большими таковых среды, а также и проводящие частицы, образованные разноименно заряженными электродами 1, 2 и 3, 4, выталкиваются по направлению стрелок mm (рис.2) в области поля и отводятся в приемники КК [3].

218

Были проведены опыты на модельных смесях с различной крупностью порошка титана. Поскольку в ходе экспериментов по электролизному получению титана были получены осадки, содержащие не более 30% металла, то такое же соотношение и было выбрано для наших опытов. По крупности получаемый порошок титана состоит из частиц размером 30-50 мкм. Для моделирования процесса использовался порошок титана ПТОМ-2 с крупностью 0-40 мкм, а также стружка после опиливания титанового прутка. Крупность стружки составляла 80-100 мкм. В качестве электролита для создания смеси брали фторид натрия марки «чда». Размер частичек соли, измеренный с помощью электронного микроскопа, составил 60-80 мкм. Опыт проводился по следующей методике. На электроды подавалось заданное высокое напряжение от узла питания. Смесь из приемного узла с массовым расходом 2 г/мин подавалась на пластинку из оргстекла. Угол наклонной плоскости изменялся в зависимости от условий опыта от 40 до 60 град. На выходе из установки разделяемые компоненты

Был проведен ряд экспериментов, в ходе которых были подобраны условия для наилучшего разделения смеси на отдельные компоненты по разной электрической проводимости. При неизменном массовом расходе для смеси с более мелким порошком титана они составили: напряжение на внутренних электродах 14 кВ, на внешних электродах 20 кВ, угол наклона 54 град. Для смеси, имеющей в своем составе более крупные частицы титана, параметры были такие: напряжение на внутренних электродах 12 кВ, на внешних 20 кВ. Угол наклона составил 46 град. Подбор условий был направлен на то, чтобы добиться степени разделения не менее 95% в одну стадию. Выделенный порошок титана не содержал видимых под микроскопом частиц электролита, однако химический анализ показал, что содержание титана в продукте составило 96.8%. Очевидно, что при таком малом размере частиц смеси не удастся полностью провести разделение. Тем не менее предложенный способов разделения является экономически выгодным, так как затраты на разделение составляют примерно

0. 3.кВт на тонну, а степень разделения очень высока. Цель дальнейших исследований - подбор параметров для разделения реального катодного осадка, полученного при различных условиях электролиза.

Литература

1. Червонный И.Ф., Листопад Д.А. Альтернативные технологии получения титана // Запорожская государственная инженерная академия. 2010. Вып. 22.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Карелин В.А., Карелин А.И. Фторидная технология переработки концентратов редких металлов. Томск: НТЛ, 2004. 184 с.

3. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. Л.: Недра, 1977. 547 с.

Сведения об авторах

Ворошилов Федор Анатольевич,

к.т.н., Томский политехнический университет, г. Томск, Россия, k43@mail.ru Г айворонский Андрей Валерьевич,

Томский политехнический университет, г. Томск, Россия, Andrey2300@mail.ru Чередниченко Константин Сергеевич,

Томский политехнический университет, г. Томск, Россия, kostentschik@mail.ru Voroshilov Fedor Anatolyevich,

PhD (Engineering), Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, k43@mail.ru Gaivoronsky Andrey Valeryevich,

Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, Andrey2300@mail.ru Cherednichenko Konstantin Sergeyevich,

Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, kostentschik@mail.ru

219