Вакуумное оборудование - dmoc.ru

Рафинирование молибдена и вольфрама

0

Рафинирование молибдена и вольфрама

В настоящее время для твердофазного рафинирования штабиков молибдена и вольфрама применяется спекание в вакууме и в среде водорода при небольшом положительном давлении. Накопленный опыт показывает, что вакуумным спеканием получаются более очищенные от примесей внедрения штабики, чем спеканием в водороде.

Таблица 5

Содержание примесей внедрения в штабиках молибдена, полученных вакуумным спеканием и спеканием в среде водорода [45]

Способ спекания

Плотность штабика.

г/сма

Содержание примесей внедрения, % (по массе) 10—4

С

о2

n2

н2

В вакуумной печи

ОКБ-870 …..

9,9

60

23

6

4,7

В сварочных аппаратах в водороде . . .

9,6

60

24—26

14

4,8

Это объясняется, с одной стороны, некоторым загрязнением водорода кислородом, азотом и парами воды, которые вступают во взаимодействие с металлами, с другой, затрудненными условиями дегазации в связи с повышенным внешним давлением водорода (более 1013 гПа). В табл. 5 на примере молибдена показано содержание примесей внедрения в штабиках, полученных спеканием в вакууме и в среде водорода, из порошков молибдена обычной чистоты. Вакуумное спекание предварительно уплотненных молибденовых штабиков при нагреве до 1200° С за 30 мин (для удаления связующей) производили в вакуумной печи ОКБ-870 при остаточном давлении 1,33 Па и температуре 1900—2000° С в течение 9—10 ч. Спекание штабиков в водороде осуществляли на аппаратах типа ЦЭП-30 при 2300—2400° С.

В молибдене и вольфраме кислород находится главным образом в форме окислов, углерод — в виде карбидов. Рафинирование этих металлов происходит в результате взаимодействия указанных окислов с углеродом и карбидами, а также вследствие выгорания углерода при взаимодействии со свободным кислородом и других реакций. По мнению авторов работы [46], при спекании указанных металлов возможно протекание следующих реакций:

В процессе вакуумного спекания происходит непрерывное удаление газообразных продуктов реакций, которые протекают в сторону образования чистых металлов. Все эти реакции, как и в случае металлов Va группы, начинаются уже при 1200—1300° С и наиболее интенсивно протекают при температурах не ниже 1500— 1600° С.

Частичное раскисление вольфрама и молибдена при твердофазном рафинировании происходит также за счет испарения их моноокисей, обладающих значительным давлением паров при высоких температурах спекания. Так, давление диссоциации моноокиси WO2 при температурах спекания вольфрама 2500—2600° С приближается к 13,3 Па, что на несколько порядков выше давления паров вольфрама (см. рис. 17), а поэтому возможна интенсивная возгонка его моноокиси. То же относится к молибдену при температуре спекания 1900—2000° С.

Азот и частично водород удаляются при спекании в виде газовой фазы вследствие отсутствия химического взаимодействия их с вольфрамом и молибденом в области высоких температур (образующиеся нитриды вольфрама и молибдена диссоциируют при температурах 400—600° С) и практически полной нерастворимости этих газов в твердых металлах.

Таблица 6

Содержание примесей в исходных порошках молибдена и вольфрама

Металлы

Вид полуфабриката

О

N

Н

с

Р

Молибден

Порошок

0,17 0,0023*

0,01 0,0006*

0,0005*

0,025

0,006*

0,001

0,01

0,0014

0,0005

0,008

Вольфрам

Порошок

0,175

0,01

0,01

0,001

0,05

Штабик (вакуумная сварка)

0,02

0,06

0,001

0,01

В результате указанных сложных и многообразных процессов раскисления и обезуглероживания, а также процессов дегазации имеет место значительное рафинирование вольфрама и молибдена от примесей внедрения. Иллюстрацией могут служить данные, приведенные в табл. 6, где указано содержание примесей в исходных порошках молибдена и вольфрама и в штабиках после их спекания.

Одновременно с удалением газовых примесей при спекании происходит интенсивное испарение металлических и неметаллических примесей. Согласно данным табл. 6 и кривым давления насыщенных паров металлов (см. рис. 17) при температурах спекания наиболее интенсивно и полно должны испаряться легкоплавкие металлы — калий, кальций, цинк, висмут, свинец, а также неметаллические примеси — фосфор, сера, имеющие давление насыщенных паров на несколько порядков выше давления паров основных металлов и остаточного давления в вакуумных камерах установок.

S

Si

РЬ

Мп

Fe

Си

Ni

Сг

Прочие примеси

0,001

0,005

0,001

0,01

0,005

0,005

0,01

0,02

W—0,1

0,002

0,001

0,003

0,005

0,005

0,001

0,09

0,01

0,02

0,009

0,001

R2O3—0,005

СаО—0,002

0,005

0,001

0,005

0,001

При температурах спекания достаточно высокие давления насыщенных паров и скорость испарения имеют металлические примеси — железо, никель, медь, хром, марганец, титан, алюминий, которые также должны испаряться при спекании вольфрама и молибдена. О степени их испарения можно судить по данным, приведенным в табл. 6. Тугоплавкие металлы — молибден, вольфрам и др. как примеси, характеризующиеся малым давлением насыщенных паров при температурах спекания и высокой температурой испарения, практически не могут быть удалены из металлов в процессе спекания.

Вакуумному спеканию [47] подвергали гранулы вольфрама и его сплавов ВВ2 и ВВЗ. Гранулы диаметром 4,5—10 мм изготовляли путем замешивания порошка вольфрама в 8—12%-ном растворе синтетического каучука в бензине и последующего прессования смеси на прессах-автоматах, сушки и спекания.

Для получения легированных гранул сплавов ВВ2 и ВВЗ порошок вольфрама смешивали с металлическими порошками ниобия, молибдена и рения. Сухие порошки смешивали в стальных мельницах в течение 3 ч.

Для обеспечения необходимой прочности и плотности гранул (13,5—14,0 г/см3) при транспортировке и их использовании при переплавке путем подачи в кристаллизатор шнековым дозатором их спекали при 1550— 1600° С с выдержкой 3—8 ч в вакууме 0,133—0,067 Па.

При исследовании механизма и кинетики рафинирования вольфрама технической чистоты в процессе вакуумного спекания установлено, что в интервале температур 1600—2200° С в первые 5 ч удаление кислорода происходит преимущественно за счет испарения окислов вольфрама, а углерода — в виде моноокиси за счет взаимодействия окислов и карбида вольфрама. При этом содержание кислорода в гранулах снижается до (5—8)-103% (по массе), содержание углерода — до (5—7) • 10“3% (по массе).

Полные данные, иллюстрирующие кинетику рафинирования вольфрама от углерода и кислорода при различных температурах в условиях вакуумного спекания, приведены на рис. 25.

Все изложенное выше позволяет заключить, что, используя данные о давлении насыщенных паров металлических и неметаллических примесей при различных температурах, а также о температурах их испарения, можно не только прогнозировать испаряемость некоторых элементов при определенных условиях, но и оценивать степень возможной очистки металлов в процессе твердофазного спекания.

Leave A Reply