Ягодин Г. А., Синегрибова О. А., Чекма-р е в А. М. Технология редких металлов в атомной технике.
Учебное пособие для вузов. Под ред. Б. В. Громова. М., Атомиздат, 1974, 344 с.
Излагается технология редких металлов, нашедших широкое применение в атомной технике: циркония, гафния, лития, бериллия, редкоземельных элементов, ниобия, тантала и ванадия.
Материал расположен по принципу типовых процессов технологии: обогащение и вскрытие рудных концентратов, ионный обмен, экстракция, металлотермия, электролиз и т. д. Излагаются физико-химические основы технологических процессов и общие принципы конструирования и расчета оборудования.
Химия рассматриваемых элементов затрагивается лишь в объеме, необходимом для понимания сущности технологических процессов.
Таблиц 49, иллюстраций 93, библиография — 111 названий.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Химическая технология редких металлов в настоящее время является одним из больших и важных разделов химической науки, бурно развивающейся областью научных и инженерных знаний. Редкие металлы, а к ним относится более 50 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, благодаря своим уникальным свойствам находят самое широкое применение в разнообразных отраслях современной, в том числе и новой, техники. В частности, такие редкие металлы, как уран, торий, цирконий, бериллий, литий и др., оказались совершенно незаменимыми в атомной технике.
Роль и значение редких металлов, используемых в атомной технике, неизмеримо возрастают в связи с осуществлением программы дальнейшего развития атомной энергетики в Советском Союзе, принятой XXIV съездом КПСС.
Предлагаемая читателю книга д-ра хим. наук проф. Г. А. Яго-•дина, канд. хим. наук О. А. Синегрибовой и А. М. Чекмарева посвящена химической технологии именно тех редких металлов, которые используют в атомной технике, и написана на основе специального курса лекций, читаемого авторами на инженерном физико-химическом факультете Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института им. Д. И. Менделеева. Таким образом, круг рассматриваемых редких металлов ограничен такими металлами, как литий, бериллий, редкоземельные элементы, цирконий, гафний, ниобий, тантал, молибден, вольфрам и титан. Ввиду того, что химия и технология редких металлов, относящихся к естественным пли искусственным радиоактивным элементам, читается в отдельных специальных курсах, эти разделы в данном учебном пособии не излагаются.
Курс технологии редких металлов в МХТИ им. Д. И. Менделеева в свое время был создан Николаем Петровичем Сажи-ным, светлой памяти которого посвящена эта книга. Николай Петрович Сажин почти 20 лет читал значительную часть курса, непрерывно работая над его совершенствованием. Последние годы по предложению Н. П. Сажина учебный материал излагался не по отдельным металлам, а по типовым процессам,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................ 3
Введение ................. 5
Глава 1. Применение редких металлов........ Ю
Литий.................. 12
Бериллий '.....'. ......• 14
Редкоземельные 'металлы '..... ....... 15
Титан, цирконий, гафний .-........... 18
Ванадий, ниобий, тантал . . . . , . . . . . - • • • 21
Радиоактивные изотопы редких элементов ....... 24
Глава 2. Минералы и руды редких металлов и методы их обогащения 25
1. Минералы редких металлов ........... 27
2. Кондиции на руды и концентраты редких металлов . • . . . . 29
3. Обработка руды перед обогащением _^........ 30
Дробление и "измельчение ... Т........ 30
Грохочение и классификация . ....... 30
4. Способы обогащения . ......... 31
Гравитационное обогащение ........... 32
Флотация _......'........... 37
Магнитное "обогащение .............43
Электростатическое обогащение.......... 45
Глава 3. Термодинамические расчеты в технологии редких металлов 49
5. Энтальпия ................ 51
6. Энтропия .................'54
7. Теплоемкость ............. 56
8. Энергия Гиббса . . . . ......... 57
9 Константа равновесия и выход реакции....... 62
Глава 4. Хлорирование и фторирование ........ 65
10. Хлорирование............... 66
Физико-химические основы............ 66
Различные способы хлорирования,.......... 72
Шахтные электропечи (ШЭП) '.......... 72
Аппараты кипящего слоя ........... 76
Хлорирование в расплаве ............ 77
Селективная конденсация и очистка хлоридов ...... 79
Хлорирование лопарита ............. 85
Очистка тетрахлорида титана . ....... 86
Разделение пентахлоридов ниобия и тантала ' ....... 87
Хлорирование цирконийсодержащих концентратов . . . . . 87
Очистка хлоридов циркония и гафния и их разделение .... 89
Вскрытие других концентратов и соединений редких металлов . . 91
11. Фторирование .......•........ 92
341
Глава 5. Переработка рудных концентратор сульфатизацией ... 94
12. Сульфатизация серной кислотой.......... 95
13. Спекание с солями серной кислоты......... 101
14. Выщелачивание сульфатизированного спека....... 101
15. Выделение и очистка полупродукта ......... ЮЗ
16. Технологические схемы вскрытия концентратов...... 105
Вскрытие сподумена ............. 105
Нагревание сподумена с концентрированной серной кислотой . . 105
Спекание сподумена с сульфатом калия........ 107
Сернокислотное вскрытие берилла.......... 108
Сернокислотное вскрытие монацита ......... Ш
Дробное осаждение фосфатов тория и РЗЭ...... ИЗ
Осаждение безводного сульфата тория........ 115
Глава 6. Вскрытие концентратов редких металлов щелочами и фторси-
ликатными реагентами . . ........ 117
17. Вскрытие щелочью ............. 117
Вскрытие монацита.............. 117
Вскрытие циркона.............. 119
Вскрытие тантало-ниобиевых концентратов........ 121
Вскрытие едким натром . . . ... ^. ... 121
Вскрытие едким кали ............ 123
Вскрытие феррониобия сплавлением с едким кали..... 124
18. Спекание с известью ............•> . 124
Вскрытие литиевых руд............. 126
Вскрытие циркона.............. 128
19. Спекание с фторсиликатными реагентами ....... 130
Вскрытие берилла спеканием с Na2SiF6........ 130
Вскрытие циркона спеканием с K2SiF6....... .133
Глава 7. Ионный обмен............. 135
20. Синтез ионитов.............. 136
21. Равновесие ионного обмена........... 139
22. Кинетика ионного обмена............ 152
23. Динамика сорбции ионов в колонках......... 155
24. Элюирование и регенерация........... 158
25. Ионообменное оборудование............ 163
26. Разделение и очистка редких металлов........ 168
Редкоземельные металлы......... , , , 168
Цериевая группа ................ 176
Отделение церия . . .........• • • .176
Выделение лантана............. 176
Выделение концентратов Sm—Ей .........177
Иттриевая группа . . ...... ..... 178
Разделение циркония и гафния ........• - 179
Выделение цезия-137......... • . . . . • 180
Выделение стронция-90...........- . 181
Глава 8. Экстракция............. 183
27. Термодинамика экстракции ............ 183
Правило 'фаз ....-.<•........ 183
Экстракционное равновесие........... 184
Коэффициент распределения........... 185
28. Экстрагенты.............. . 186
Кислые экстрагенты ............. 186
Нейтральные экстрагенты............. 189
Основные экстрагенты ............• 190
Синергетический эффект............. 192
29. Выбор экстрагента.............. 193
30. Разбавители ............... '95
342
31. Высаливатели............. -t 196
32. Кинетика экстракции ............' ! 197
33. Практическое применение экстракции ........ 200
Очистка бериллия . . . ........... 201
Разделение РЗЭ .....-. . . . ; . ' \ 202
Разделение циркония и гафния . . . . - . . . . 203
Разделение роданидов циркония и гафния....... 203
Разделение нитратов 'циркония и гафния....... 204
Разделение анионных комплексов циркония и гафния .... 205
Разделение ниобия и тантала ............ 205
34. Расчет числа теоретических ступеней........ 206
Графический метод . ,...........\ 206
Аналитический метод . .......... 208
35. Экстракционное оборудование .......... 209
Дифференциально-контактные экстракторы ....... 209
Экстракторы ступе'нчатого типа . . . , . . . . . .210
Центробежные экстракторы........... 213
Глава 9. Металлотермия............ 215
36. Теоретические основы............. 21о
37. Практическое применение ............ 225
Получение лития ............... 225
Получение металлического бериллия . ....... 227
• Получение редкоземельных металлов........ . 229
Получение титана.............. 231
Восстановление Т1СЦ магнием .......... 232
Восстановление Т1С14 натрием.......... 240
Восстановление ТЮ2 кальцием .......... 242
Восстановление ТЮ2 гидридом кальция........ 243
Получение металлических циркония и гафния . . . . . . 244
Восстановление окислов ....... ....,, 245
Восстановление фторидов ..........' 245
Восстановление хлоридов........... 249
Производство ниобия и тантала .......... 252
Карботермическое восстановление ......... 252
Восстановление'галогенидов'........... 253
Глава 10. Электролиз............. 256
38. Теоретические основы............ 258
39. Свойства расплавленных электролитов......... 269
Строение расплавленных солей...... . . . . 270
Плавкость солевых- систем ..........'. 272
Физико-химические свойства жидких солевых систем' . .' .' .' 275
Плотность........... .... ^^_
Вязкость . .....'.'.'.'.'''.'' 276
Поверхностные явления . . ; . .' . ° ' ' ' " ' 277
Давление насыщенного пара расплавленных солей • ' ' ' • ' 279
Диффузия . . ;............'. 281
Электропроводность и перенос ионрв в расплавленных солях . . 281
Взаимодействие расплавленных солей и металлов ...... 283
40. Промышленное оформление электролиза ..'..'.'.'.' 283
Цех электролиза ....... .... ^^
Материальный баланс электролизера ......... ^
Тепловой баланс электролизера ....... . . ' 285
41. Электролитическое получение редких металлов 287
Литий •........... ' 287
Тугоплавкие металлы ......'.'.'.'.'.'.'. 290
Бериллий .....' t ..... 295
Титан •...... . '. '.'.'.'.'.'.'.'. 296
343
Цирконий и гафний............. 300
Ниобий и тантал...............301
Редкоземельные металлы ........... 302
Глава 11. Порошковая металлургия ......... 304
42. Получение компактных ниобия и тантала ....... 308
43. Получение компактного бериллия.......... 310
44. Получение циркония .............311
Глава 12. Иодидные процессы........... 314
Глава 13. Плавка редких металлов ......... 324
45. Плавка в дуговой печи............ 324
Плавка с нерасходуемым электродом......... 325
Плавка с расходуемым электродом ......... 326
46. Электронно-лучевая плавка........... 329
47. Индукционная плавка ............ 330
48. Плавка в вакуумных печах сопротивления ....... 332
49. Другие методы плавки . . . ........ 333
Список литературы - .............. 334
Предметный указатель ............. 338
Цена: 300руб.
