Электролитическое производство магния

Голяндин С.И., керівник доц. Воляр Р.Н.

Запорізька державна інженерна академія

 

Современные методы промышленного производства магния основаны на электролитическом разложении хлористого магния или прямом восстановлении окиси магния В настоящее время широкое распространение для получения магния получила схема производства из карналлита

Карналлитовую руду очищают от примесей перекристаллизацией. Обогащенный карналлит обезвоживают, расплавляют и загружают в электролизеры, в которых хлористый магний электролитически разлагается на магний и хлор. Электролиз протекает непрерывно. Магний, полученный электролизом, - основной продукт производства, а хлор – исходный материал в производстве бертоллетовой соли, гипохлоритов и других продуктов.

Отработанный электролит, содержащий в основном хлористый калий, периодически извлекают из электролизеров и используют как калийное удобрение или для приготовления флюсов при плавке легких металлов. По мере удаления отработанного электролита в электролизер добавляют расплавленный безводный карналлит.

Технологическая схема получения магния из карналлита представлена на рисунке

 

Рисунок – Схема получения магния из карналлита

 

Обезвоженный карналлит (KCl◦MgCl₂◦2H₂O), содержит 6…8 % воды и 2…2,5% окиси магния. Такое сырье нецелесообразно загружать в электролизеры, так как при этом резко повышаются расход анодов (3…5 раз), количество шлака, содержание хлористого водорода в анодных газах и снижается выход по току.

Поэтому до загрузки предварительно обезвоженного карналлита в электролизеры как непосредственно сырья для получения магния состоит в расплавлении его и доводки до температуры 750 °С, с целью полного удаления воды и разложения гидрооксихлоридов. При этом необходимо также максимально очистить расплава от окиси магния. Окончательное обезвоживание карналлита приводят в электрической печи с миксерами (агрегат СКН).

Обезвоженный карналлит из запасных башен посредством транспорта подается в приемный бункер агрегата СКН, откуда шнеком-питателем непрерывно поступает в электрическую печь на поверхность расплава, через загрузочное отверстие, где он расплавляется и окончательно обезвоживается. Расплавленный безводный карналлит периодически сливают из миксера в ковши установленные на электрокары, и перевозят в отделение электролиза.

 

ДОСЛІДЖЕННЯ ВОДНЕВОГО ВІДНОВЛЕННЯ ТРИХЛОСИЛАНУ З МЕТОЮ ОТРИМАННЯ СТРИЖНЯ ПОЛІКРИСТАЛІЧНОГО КРЕМНІЮ ДІАМЕТРОМ 150 ММ.

Крігер О.С., керівник проф. Червоний І.Ф.

Запорізька державна інженерна академія

Базовою галуззю економіки будь-якої країни є енергетика. Одним із стратегічних завдань розвитку економіки сучасної України є забезпечення енергетичної незалежності країни.

Найважливіша умова успішного вирішення такої задачі - максимальне збільшення в стратегічному балансі частки енергії, проведеної за рахунок власних енергетичних ресурсів. Гострота проблеми забезпечення економіки України власними енергоресурсами визначає необхідність разом з енергозбереженням розвивати альтернативну енергетику на основі поновлюваних джерел.

За прогнозами Європейської конференції з сонячної енергетики до 2040 року частка "сонячної" електроенергії в загальносвітовому виробництві електроенергії складе близько 26 %. Понад 95 % всіх сонячних батарей, що виробляються в світі, зроблені на основі кремнію. У ланцюзі технологічних процесів, яку проходить кварц, перетворюючись в результаті в різні форми кремнію і, нарешті, надходить до споживача у вигляді готової продукції (сонячної панелі) – додаткова вартість його виростає в тисячі разів.

Способи отримання кремнію чистотою більше 99,0 мас. % можна розділити на три основні групи: металургійний, електрохімічний і хімічний. Світове виробництво полікристалічного кремнію досягає 194 тисяч тонн на рік.

Отримання полікремнію з летючих речовин здійснюється на 90 % діючих світових виробництв і 80 % проектованих з використанням так званого Siemens-процесу або хімічного осадження полікремнію з газової фази (chemical vapore deposition, CVD). Чинником, сприяючим підвищенню споживанню полікремнію підприємствами напівпровідникової промисловості і сонячної енергетики, є зниження собівартості ПКК шляхом зменшення виробничих витрат.

Враховуючи зростаючі вимоги до екологічності виробництва, ключовою ланкою, що вимагає доопрацювання і оптимізації, являється безвідходна, отже, екологічно безпечна, замкнута технологічна схема, якою і є схема водневого відновлення трихлорсилану. Виробництво полікристалічного кремнію методом водневого відновлення трихлорсилану в порівнянні з термічним розкладанням моносилану має перевагу в дешевизні продукції і безпеки, проте програє в чистоті отримуваного кремнію, його однорідності і в мірі використання сировини.

Для збільшення продуктивності реактора водневого відновлення ТХС та зниження собівартості полікремнію необхідно: проводити процес при підвищених тисках; проводити процес при підвищеній температури; використовувати реактори з більшою кількістю та довжиною прутків–підложек.

Зі збільшенням температури, збільшується вихід полікремнію, що зменшує його собівартість.При зростанні тиску зменшується вихід діхлорсілана, який впливає на вихід полікремнію, при концентрації більш 8 %. З ростом тиску, зменшується мольна частка SiCl₂, відповідального за появу полісіланхлоридів.

Основними способами переробки тетрахлориду кремнію є використання його у хімічній промисловості або переробка у трихлорсилан на виробництві (замкнутий цикл). Переробка тетрахлориду кремнію у трихлорсилан («холодне» та «гаряче» гідрування) потребує додаткового складного обладнання при переробці та очищені.

 

АНАЛІЗ СПОСОБІВ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОГО ОТРИМАННЯ

ТИТАНУ ПІДВИЩЕНОЇ ЧИСТОТИ

Самсоненко І.М., керівник доц. Лукошніков І.Є.

Запорізька державна інженерна академія

 

У даний час титан підвищеної чистоти із забрудненого домішками початкового металу може бути одержаний по одному з наступних методів:

- методом іодідного рафінування;

- методом зонної плавки;

- методом електронно-променевої плавки і

- електролітичним рафінуванням в галогенідних титанвміщуючих розплавах.

З усіх вищеперелічених способів лише останній забезпечує відчутну продуктивність одиничного апарату, порівняно низьку собівартість металу при відносно невисокому вмісті домішок, що лімітуються. Так, за діючими технічними умовами на електролітичні порошки титану (ТУ 48-10-22-85) вміст заліза, хлору, азоту, кисню, вуглецю і кремнію в порошках марки ПТЭС-0 відповідно рівний, % мас.: 0,04; 0,05; 0,03; 0,05; 0,01 і 0,01.

Як основу електроліту використовують розплавлені хлориди лужних металів (наприклад, калія і натрію). Катодний метал в умовах електролізу одержують в твердому агрегатному стані у вигляді зростків окремих кристалів, які надалі проходять стадії вилуговування, промивки, дезинтеграції, розсівання на вузькі фракції і сушки (титанові порошки фракції -0,18 мм, вважаючи їх високу пожежну небезпечність поставляються замовнику у вологому стані). Отриманий електролітично рафінований титан підлягає наступному додатковому очищенню рафінуючою плавкою в електронно-променевій печі у високому вакуумі з отриманням зливків титану високої чистоти

Спосіб отримання порошків титану електролізом його хлоридів дозволяє одержувати метал безпосередньо з сировини (TiCl₄). Огляд досліджень з цієї проблеми наведений в роботах [1-3], велика увага їй була приділена на IV міжнародній конференції з титану, що проходила в Кіото (Японія) в 1980 році [4]. У нашій країні дослідження по електролізу хлоридів титану, у тому числі і в дослідно-промисловому масштабі, проводилися у Державному науково-дослідному і проектному інституті титану проте, на даний момент метод не має ефективного інженерного рішення.

Основним методом виробництва високоякісних порошків титану у даний час є електроліз титанвміщуючих розплавів з розчинним анодом з низькосортного губчастого титану ТГ-Тв, що утворюється при виробництві титану методом магнієтермічного відновлення TiCl₄.

Аналіз літературних джерел показав - зусилля вчених, що направлені на створення ефективної технології рафінування губчастого титану в сольових розплавах, переважно зосереджені на:

- визначенні оптимального складу основи електроліту;

- оптимізації режимів ведення процесу електролізу;

- вивченні поведінки конструкційних матеріалів в розплавлених електролітах;

- розробці надійної конструкції високопродуктивного електролізера.