[go: up one dir, main page]

RU2613267C1 - Способ получения металлического бериллия - Google Patents

Способ получения металлического бериллия Download PDF

Info

Publication number
RU2613267C1
RU2613267C1 RU2015148179A RU2015148179A RU2613267C1 RU 2613267 C1 RU2613267 C1 RU 2613267C1 RU 2015148179 A RU2015148179 A RU 2015148179A RU 2015148179 A RU2015148179 A RU 2015148179A RU 2613267 C1 RU2613267 C1 RU 2613267C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
beryllium
magnesium
crucible
fluoride
reduction
Prior art date
Application number
RU2015148179A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Николаевич Дьяченко
Роман Иванович Крайденко
Лев Николаевич Малютин
Илья Владимирович Петлин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2015148179A priority Critical patent/RU2613267C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2613267C1 publication Critical patent/RU2613267C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/04Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к производству металлического бериллия. Металлический бериллий получают магнийтермическим восстановлением фторида бериллия при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем. Для восстановления в графитовый тигель порошкообразный магний и фторид бериллия укладывают слоями. Самый верхний слой фторида бериллия и самый нижний слой магния составляют не менее 40% от всего количества реагента. Количество магния, используемое для проведения восстановления, составляет 75% от стехиометрически необходимого. Восстановление бериллия и плавку проводят в атмосфере аргона. После плавки продуктов и их охлаждения до 600-650°C в тигель снова слоями помещают фторид бериллия и порошкообразный магний и повторяют процесс восстановления. Техническим результатом является снижение потерь бериллия и расхода фторида бериллия и магния. Выход чернового бериллия составляет 85-90%. 2 пр.

Description

Изобретение относится к металлургии и направлено на совершенствование производства металлического бериллия, на снижение потерь и расхода бериллия и магния в ходе процесса магнийтермического восстановления металлического бериллия, востребованного в различных отраслях промышленности.
Известен способ, в котором фторид бериллия восстанавливают при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем, диаметром до 610 мм [Г.Ф. Силина, Ю.И. Зарембо, Л.Э. Бертина Бериллий. Химическая технология и металлургия. М.: Атомиздат, 1960, с. 97-101]. Для восстановления используют кусковой магний, размеры кусков достигают 25 мм; общий вес загрузки составляет 118 кг гранулированного фторида бериллия и 43,5 кг магния. Практический опыт фирмы «Браш Бериллиум» показал, что фторид бериллия является наилучшим и наиболее экономически выгодным флюсом. Для проведения восстановления магний берут в количестве 75% от стехиометрически необходимого по реакции; при таком соотношении бериллий легко отделяется от шлака. Фторид бериллия, оставшийся в шлаке после восстановления, выщелачивают водой в процессе мокрого измельчения шлака, в осадке остается нерастворимый фторид магния.
Увеличение количества магния до 85% от стехиометрически необходимого делает практически невозможным отделение бериллия от шлака. Восстановление является периодической операцией; при расходе мощности на одну печь от 75 до 100 кВт продолжительность цикла составляет около 3,5 ч. После окончания реакции восстановления (900-1000°C) температуру в печи повышают до 1300°C для осуществления расплавления смеси и разделения продуктов реакции. Бериллий, ввиду меньшей плотности по сравнению со шлаком, располагается в результате плавки над шлаком. Восстановленный металл и шлак сливают по очереди через горловину тигля в специальные изложницы.
Недостатки данного способа:
- низкая производительность процесса;
- низкий процент использования полезного объема печи;
- низкий выход по бериллию (около 66-67%);
- удаление значительного количества не прореагировавшего магния в виде паров при проведении процесса восстановления;
- использование кускового, а не порошкового, металлического магния уменьшает площадь поверхности взаимодействия реагентов.
Известен способ получения бериллия, взятый за прототип [В.Т. Дзуцев, Н.П. Брылев, В.Е. Брюханов, М.В. Караваев, В.А. Муравьев, А.В. Шереметьев. Способ получения бериллия. Авторское свидетельство СССР №816178, от 04.05.1978 г.], в котором магнийтермическое восстановление фторида бериллия происходит при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем с порционной загрузкой фторида бериллия в три стадии: на первой загружают 40-45% BeF2, на второй - порциями по 1-2%, далее по мере их расплавления загружают 52-55% фторида бериллия, на третьей стадии вводят при нагреве оставшиеся 3-5% фторида бериллия до разделения продуктов реакции. Необходимое количество металлического кускового магния предварительно загружается в тигель в полном необходимом объеме.
Недостатки данного способа:
- при получении металлического бериллия данным способом необходимый избыток фторида бериллия возрастает до 33%;
- неравномерный прогрев смеси и протекание реакции по всему объему тигля.
Задача - увеличение производительности процесса металлотермического восстановления BeF2 и выхода по металлическому бериллию, сокращение потерь реагентов, удаляющихся из зоны реагирования в виде паров.
Способ получения металлического бериллия включает магнийтермическое восстановление бериллия при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем. Способ отличается тем, что используемые реагенты - фторид бериллия и порошкообразный магний - укладывают слоями поочередно. Масса самого верхнего слоя фторида бериллия составляет не менее 40% от всего его количества, и масса нижнего слоя магния составляет не менее 40% от всего его количества. Количество порошкообразного магния для восстановления составляет 75% от стехиометрически необходимого. Процесс восстановления бериллия и разделения фаз металла и шлака проводят в токе аргона. По завершению переплавки тиглю дают остыть до 550-600°C. Производят догрузку реагентов в том же порядке и повторяют операции восстановления и переплавки до тех пор, пока продукты процесса не займут 3/4 объема тигля.
Процесс магнийтермического восстановления бериллия проводят при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем. Для восстановления используют порошкообразный металлический магний. Использование порошкообразного металлического магния позволяет многократно увеличить площадь поверхности взаимодействия реагентов, что благоприятно сказывается на производительности процесса восстановления. Для улучшения контакта фаз и равномерного распределения нагрева шихты в графитовый тигель порошкообразный магний и фторид бериллия укладывают слоями. Такой способ укладки также повышает производительность процесса и выход металлического бериллия. Вследствие того, что температура плавления магния составляет всего 650°С, в ходе процесса восстановления магний интенсивно испаряется. Для осуществления сорбции и улавливания паров легкоплавкого магния-восстановителя слой фторида бериллия помещают на слой металлического магния (tпл(BeF2)=797°C). В зависимости от объема тигля количество слоев может варьироваться. В то же время самый верхний слой фторида бериллия, так же, как и самый нижний слой магния, составляют не менее 40% от всего количества реагента. Количество магния, необходимое для проведения восстановления, составляет 75% от стехиометрически необходимого. Избыток фторида бериллия необходим в качестве флюса для осуществления разделения фаз металлического бериллия и шлака. Для предупреждения сгорания порошкообразного магния в атмосфере воздуха и появления оксикарбонитридов получаемого бериллия восстановление проводят в атмосфере аргона.
Процесс восстановления при 900-950°С проводят до прекращения яркого свечения реакционной массы. Далее температуру в печи поднимают до 1300-1350°С для расплавления и разделения продуктов реакции. Расплавленные продукты дают усадку и, как правило, в жидком состоянии занимают 17-20% от первоначального объема. Для рационального использования полезного объема тигля после плавки продуктов и их охлаждения в токе аргона до 600-650°С в тигель снова слоями помещают фторид бериллия и порошкообразный магний и повторяют процесс восстановления. Догрузку реагентов осуществляют до тех пор, пока расплав продуктов реакции не займет 3/4 тигля. Металлический бериллий, ввиду меньшей плотности, всплывает над шлаком. После прекращения подачи аргона восстановленный металл и шлак сливают по очереди через горловину тигля в отдельные изложницы.
Без учета бериллия, содержащегося в избыточном количестве BeF2, используемом в качестве флюса, выход по черновому бериллию по данному методу составляет 85-90%.
Преимущества данного метода:
- использование порошкообразного металлического магния увеличивает площадь поверхности реагирования, тем самым увеличивает скорость реакции, что благоприятно влияет на производительность процесса;
- укладка слоями реагентов позволяет улучшить контакт фаз и равномерно распределить нагрев шихты, что благоприятно сказывается на производительности процесса и выходе металлического бериллия;
- укладка слоя фторида бериллия поверх слоя магния предупреждает удаление магния из зоны реакции и способствует повышению выхода металлического бериллия;
- послойная укладка реагентов и использование порошкообразного магния позволяет снизить избыточное количество фторида бериллия, необходимое для эффективного разделения фаз металла и шлака, с 33 до 25%;
- проведение реакции магнийтермического восстановления бериллия в атмосфере аргона позволяет предупредить возгорание порошкообразного металлического магния и образование оксикарбонитридов бериллия.
Пример 1
Для восстановления металлического бериллия используют 200 г фторида бериллия и 76,6 г порошкообразного металлического магния, что составляет 75% от стехиометрически необходимого количества магния. Реагенты распределены на 4 последовательные загрузки. В графитовый тигель реагенты загружают в 4 слоя (сверху вниз): 25 г BeF2, 9,575 г магния, 25 г BeF2, 9,575 г магния. Масса верхнего слоя фторида бериллия составила 50% от массы всего BeF2. Аналогично, масса нижнего слоя магния составила 50% от общего количества всего магния-восстановителя. Тигель с шихтой помещают в высокочастотную электрическую печь с крышкой, в которую вмонтирован патрубок для подачи аргона. Перед восстановлением тигель продувают аргоном в течение 5 мин. Шихту нагревают до 910°С и ведут процесс восстановления до прекращения свечения из-под крышки печи, поддерживая подачу аргона на уровне 100 мл/мин. Свечение наблюдалось в течение 37 секунд. Затем температуру в печи доводят до 1340°С и выдерживают шихту в течение 30 мин, не прекращая подачу инертного газа. При этом происходит полное расплавление и усадка продукционной смеси. Далее отключают нагрев и дают остыть продуктам до 600°С. В остуженный тигель догружают реагенты послойно по методике, описанной выше, и повторяют операцию по проведению восстановления бериллия и переплавке продукционной массы. Восстановленный металл при 1320°С сливают через горловину тигля в специальную изложницу, шлак сливают при 1200°С (температура плавления шлака составляет 1170°С). В ходе восстановления получен черновой металл массой 24,961 г, выход по бериллию составил 87%.
Пример 2
Отличается от примера 1 тем, что реагенты распределены на 4 последовательные загрузки. В графитовый тигель реагенты загружают в 6 слоев (сверху вниз): 20 г BeF2, 5,745 г магния, 15 г BeF2, 5,745 г магния, 15 г BeF2, 7,660 г магния. Масса верхнего слоя фторида бериллия составила 40% от массы всего BeF2. Аналогично, масса нижнего слоя магния составила 40% от общего количества восстановителя. Шихту нагревают до 950°С и ведут процесс восстановления до прекращения свечения из-под крышки печи. Свечение наблюдалось в течение 24 секунд. Затем температуру в печи доводят до 1315°С и выдерживают шихту в течение 30 мин, не прекращая подачу инертного газа. В ходе восстановления получен черновой металл массой 25,708 г, выход по бериллию составил 89,5%.
Таким образом, достигнуты следующие технические результаты:
- использование порошкообразного магния и послойная укладка реагентов позволяет увеличить площадь поверхности взаимодействия, улучшить контакт фаз и равномерно распределить нагрев реакционной смеси, что приводит к увеличению скорости реакции магнийтермического восстановления бериллия и, соответственно, к увеличению производительности по металлу;
- рациональное использование полезного объема тигля (осуществление догрузок новых партий реагентов после усадки предшествующих), использование порошкообразного восстановителя-магния и послойная укладка реагентов позволяет повысить выход бериллия;
- размещение слоев фторида бериллия над легкоплавким восстановителем - магнием позволяет сократить потери магния в виде паров при проведении восстановления.

Claims (1)

  1. Способ получения металлического бериллия, включающий магнийтермическое восстановление фторида бериллия при 900°С, переплавку и разделение фаз металла и шлака в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем, отличающийся тем, что при восстановлении фторид бериллия и порошкообразный магний в качестве реагентов используют в виде уложенных поочередно слоев, причем масса самого верхнего слоя фторида бериллия составляет не менее 40% от всего его количества, а масса самого нижнего слоя магния составляет не менее 40% от всего его количества, при этом количество порошкообразного магния для восстановления составляет 75% от стехиометрически необходимого, а процессы восстановления фторида бериллия, переплавки и разделения фаз металла и шлака проводят в токе аргона, по завершению переплавки и остыванию тигля до 550-600°С производят догрузку упомянутых реагентов в том же порядке и повторяют операции восстановления и переплавки до заполнения продуктами процесса 3/4 объема тигля.
RU2015148179A 2015-11-09 2015-11-09 Способ получения металлического бериллия RU2613267C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148179A RU2613267C1 (ru) 2015-11-09 2015-11-09 Способ получения металлического бериллия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148179A RU2613267C1 (ru) 2015-11-09 2015-11-09 Способ получения металлического бериллия

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2613267C1 true RU2613267C1 (ru) 2017-03-15

Family

ID=58458110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148179A RU2613267C1 (ru) 2015-11-09 2015-11-09 Способ получения металлического бериллия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613267C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113186397A (zh) * 2021-04-16 2021-07-30 钢研晟华科技股份有限公司 一种金属铍珠的制备方法
CN117305586A (zh) * 2023-09-11 2023-12-29 中南大学 一种利用氟化铍直接制备铍铝合金的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581065A (en) * 1983-10-12 1986-04-08 Manfredi Orgera Process for the metallo-thermic reduction of beryllium oxide, beryllium minerals, as well as mixtures of beryllium containing metal oxides
WO1998014622A1 (en) * 1996-09-30 1998-04-09 Kleeman, Ashley Process for obtaining titanium or other metals using shuttle alloys
WO2004020702A1 (en) * 2002-08-28 2004-03-11 Bhp Billiton Innovation Pty Ltd Electrochemical reduction of beryllium oxide in an electrolytic cell
RU48535U1 (ru) * 2005-05-23 2005-10-27 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Устройство для получения металлического бериллия
RU2333891C2 (ru) * 2006-11-07 2008-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Способ разложения бериллиевых концентратов
RU2356963C2 (ru) * 2008-02-05 2009-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" Способ извлечения бериллия из бериллсодержащего сподуменового концентрата
CN103088206A (zh) * 2012-12-25 2013-05-08 戴元宁 从金绿宝石提取氧化铍的化工冶金方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581065A (en) * 1983-10-12 1986-04-08 Manfredi Orgera Process for the metallo-thermic reduction of beryllium oxide, beryllium minerals, as well as mixtures of beryllium containing metal oxides
WO1998014622A1 (en) * 1996-09-30 1998-04-09 Kleeman, Ashley Process for obtaining titanium or other metals using shuttle alloys
WO2004020702A1 (en) * 2002-08-28 2004-03-11 Bhp Billiton Innovation Pty Ltd Electrochemical reduction of beryllium oxide in an electrolytic cell
RU48535U1 (ru) * 2005-05-23 2005-10-27 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Устройство для получения металлического бериллия
RU2333891C2 (ru) * 2006-11-07 2008-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Способ разложения бериллиевых концентратов
RU2356963C2 (ru) * 2008-02-05 2009-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" Способ извлечения бериллия из бериллсодержащего сподуменового концентрата
CN103088206A (zh) * 2012-12-25 2013-05-08 戴元宁 从金绿宝石提取氧化铍的化工冶金方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113186397A (zh) * 2021-04-16 2021-07-30 钢研晟华科技股份有限公司 一种金属铍珠的制备方法
CN117305586A (zh) * 2023-09-11 2023-12-29 中南大学 一种利用氟化铍直接制备铍铝合金的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1409405B1 (fr) Silicium metallurgique de haute purete et procede d'elaboration
US20120198968A1 (en) Method for producing metallic magnesium by vacuum circulating silicothermic process and apparatus thereof
US4216010A (en) Aluminum purification system
TWI847971B (zh) 用於柴可斯基(Czochralski)晶體成長之合成加襯坩鍋組件
KR101364479B1 (ko) 마그네슘 제조용 열환원장치 및 이를 이용한 마그네슘의 제조방법
CN104482761A (zh) 一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法
RU2613267C1 (ru) Способ получения металлического бериллия
CN105940120B (zh) 在电弧炉中制钢的方法和电弧炉
TW200844049A (en) A method and a reactor for production of high-purity silicon
US3661561A (en) Method of making aluminum-silicon alloys
US4334917A (en) Carbothermic reduction furnace
JP7596101B2 (ja) ケイ酸リチウムおよびケイ素の生成方法
EP0235909B1 (en) Near net shape fused cast refractories and process for their manufacture by rapid melting/controlled rapid cooling
JPH04318127A (ja) 金属または合金のテルミット製造法
US20100064849A1 (en) Method and Apparatus for Manufacturing High-Purity Alloy
US2267698A (en) Method of recovering and refining metal
KR101489379B1 (ko) 원료 처리 방법
KR101323191B1 (ko) 야금학적 공정을 이용한 태양전지용 실리콘 제조 방법
RU2747988C1 (ru) Способ получения карбида кремния
RU2376393C1 (ru) Способ подготовки хлормагниевого сырья к процессу электролитического получения магния и хлора
US790389A (en) Process of reducing metallic compounds.
US2074726A (en) Process for the production of metals by smelting compounds thereof
US1712641A (en) Process for extracting metals from their compounds
KR890004535B1 (ko) 알루미늄을 제조하기 위한 카보서믹공정
US2793111A (en) Method for the recovery of cobalt from impure cobalt oxide

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191110