Спосіб одержання тетрахлориду цирконію

Спосіб одержання тетрахлориду цирконію, що включає хлорування шихти, яка містить діоксид цирконію, вуглецевмісний відновник та хлориди лужних металів, здійснюване у розплаві хлоридів лужних металів, який відрізняється тим, що у розплав вводять відхід виробництва цирконієвої губки - відсів в суміші з шихтою. (19) (21) u201101722 (22) 14.02.2011 (24) 25.07.2011 (46) 25.07.2011, Бюл.№ 14, 2011 р. (72) НИКОНЕНКО ОЛЕКСІЙ ПЕТРОВИЧ, ЛИТВИНОВА ОЛЕНА МИКОЛАЇВНА, СИДОРЕНКО СЕРГІЙ АНДРІЙОВИЧ, КУЗІНА ЛЮДМИЛА КОСТЯНТИНІВНА, СТЕПАНІЩЕВА ДІНА ФАТИХОВНА, ПЕТРУНЬКО АНАТОЛІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, СУЩИНСЬКИЙ ОЛЕКСІЙ ДМИТРОВИЧ 3 61827 Розрахунок теплового ефекту реакції хлорування здійснюється за формулою: 0 Qpeaкц=-Н 1128 0 0 0 Н 1128=Н 298,-ΔСр 298*(1128-293) 4 Вихідні дані для розрахунку: температура вихідного матеріалу - 20 °C, температура реакції 850 °C, молекулярна маса діоксиду цирконію 123,223, молекулярна маса цирконію - 91,224. Дані для розрахунку наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Найменування показників 0 Ентальпія ΔН 298, кДж/моль 0 Теплоємкість ΔСр 298, кДж/моль·град. ZrO2 -1100,6 С 16,55 Сl2 0 ZrCl4 -866,21 СО2 -110,683 Zr 0 56,19 8,6 33,98 97,74 29,162 25,97 1) ZrO2+С+2Cl2=ZrCl4+CO2 0 Н 298реакц=(1·-866,21+1·-110,683)-(1·1100,6+1·16,55+2·0)=107,157 кДж 0 Ср 298реакц=(1·97,74+1·29,162)(1·56,19+1·8,6+2·33,98)=-0,005848 кДж 0 H 1128=[107,157+-0,005848·(850-20)]=102,303 кДж/моль ZrO2 Qpearw=-102,303 кДж/моль ZrO2 Реакція ендотермічна. 2) Zr+2Cl2=ZrCl4 0 Н 298реакц=(1·-866,21)-(1·0+2·0)=-866,21 кДж 0 Ср 298реакц=(1·97,74)-(1·25,97+2·33,98)=0,00381 кДж 0 Н 1128=[-866,21+0,00381·(850-20)]= =-863,048 кДж/моль Zr Qреакц=+863,048 кДж/моль Zr Реакція екзотермічна. Спосіб одержання тетрахлориду цирконію здійснюється наступним чином. Шихту, яка включає подрібнений до крупності 0,1 мм діоксид цирконію, вуглецевмісний відновник, хлориди лужних металів і відсів цирконієвої губки фракції - 2 мм, вводять у розплав хлоридів лужних металів і починають безперервну подачу газоподібного хлору. Парогазова суміш, яка утворюється та складається із пари тетрахлориду цирконію, домішкових хлоридів супутніх металів і газоподібних продуктів хлорування, конденсується. Одержаний тетрахлорид цирконію аналізують. Приклади здійснення способу. Спосіб одержання тетрахлориду цирконію був відтворений у лабораторних умовах на установці, що включає розплавний хлоратор, розміщений в електропечі шахтного типу, систему підводу хлору, ємність для завантаження шихти, конденсатор з вбудованим рукавним фільтром і приймальну ємність для збирання тетрахлориду цирконію. Перед початком хлорування в хлоратор завантажували наважку хлористих солей масою 550 г, розплавляли та доводили розплав до заданої температури. Після встановлення температури розплав на протязі 10-15 хвилин продували хлором, потім на дзеркало розплаву хлоридів лужних металів завантажували шихту, яка включала діоксид цирконію, вуглецевмісний відновник, хлориди лужних металів і відсів цирконієвої губки, порціями по 100 г кожні 20 хвилин. Прийнята величина наважки забезпечувала рідкотекучість робочого розплаву після завантаження. В процесі хлорування визначали температуру в хлораторі за допомогою термопари, швидкість подачі хлору за допомогою ротаметру, наявність хлору у відхідних газах по виділенню йоду із маркеру з йодидом калію, масу одержаного тетрахлориду цирконію. Електричну потужність печі змінювали від досліду до досліду залежно від вмісту цирконію у складі шихти і регулювали зміною живлючої напруги. Після завершення досліду подачу хлору припиняли, установку демонтували, розплав із хлоратора зливали, охолоджували та аналізували на вміст діоксиду цирконію та інших компонентів. Одержаний тетрахлорид цирконію аналізували на вміст основних домішок. Згідно прийнятої методиці, проведено 3 досліди, в яких при інших рівних умовах (температура хлорування, склад розплаву, швидкість подачі шихти, швидкість подачі хлору) змінювали склад шихти за вмістом відсіву цирконієвої губки. При цьому основою розплаву була зквімолярна суміш NaCl+Cl марки х.ч., температура розплаву - 850°C, 3 швидкість подачі хлору - 90 дм /год., діоксид цирконію мав склад, %: Аl - 0,014; Fe - 0,016; Са - 0,3; Mg - 0,05; Ni - 0,04; Si - 0,26; Na - 0,13. Для одержання порівняльних даних виконано дослід із застосуванням традиційної шихти. Склад наважок на 100 г шихти наведено у таблиці 2. Таблиця 2 Кількість діок- Кількість вуглеКількість відсіву Номер досліду та наКількість хлорисиду цирконію, цевмісного відцирконієвої губйменування шихти стих солей,г г новника, г ки, г 1 2 3 4 5 Дослід № 1 за спосо79 9 9 3 бом, що пропонується Дослід № 2 за спосо74 8 8 10 бом, що пропонується Тепловий ефект хлорування, кДж 6 -37,2034 33,1732 5 61827 6 Продовження таблиці 2 1 Дослід № 3 за способом, що пропонується Дослід № 4з традиційною шихтою 2 3 4 5 6 67 7,5 7,5 18 114,6710 82 9 9 -68,0746 Енерговитрати на хлорування дослідної та традиційної шихти за потужністю печі наведені в таблиці 3. Таблиця 3 Номер досліду та найменування шихти Потужність печі, Вт Дослід № 1 за способом, що пропонується 1900 Дослід № 2 за спо- Дослід № 3 за спосособом, що пропону- бом, що пропонуєтьється ся 1810 1720 Таким чином, застосування відсіву цирконієвої губки для одержання тетрахлориду цирконію дозволяє знизити енерговитрати, спростити процес і Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Дослід № 4 з традиційною шихтою 2000 забезпечити пожежонебезпечний режим переробки відходу, який самозаймається. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601