Получение металлического бериллия
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

В настоящее время промышленное получение бериллия в основном осуществляется магниетермическим методом. Хлорид и фторид бериллия гораздо менее устойчивы, чем окись (см. рис. 65-67), и восстанавливаются многими более активными металлами, но не водородом. Восстановление кальцием не при­меняют из-за образования устойчивого соединения CaBe13.

В промышленном производстве бериллия используют в ос­новном фторид, отличающийся сравнительно высокой темпера­турой плавления и кипения. При этом осуществляют реакцию

BeF2 + Mg ® MgF2 + Be.

Тепловой эффект реакции при 298° К 43,5 ккал. При 1000° С DG°MgF2 = -210 ккал и DG°ВеF2 = - 164 ккал, DG°1000 = (-210) – (-164) = - 46 ккал.

Процесс осуществляется в тиглях из плотного графита с гра­фитовой крышкой. Поскольку BeF2 токсичен и гигроскопичен, тонкого измельчения перед загрузкой в тигль не производят, поэтому сначала реакция протекает медленно. Обычно процесс осуществляют в индукционной печи. Физические свойства реа­гентов и продуктов реакции представлены в табл. 26.

Таблица 26

Физические свойства BeF2, MgF2, Be и Mg

         
Свойство ВеF2 MgF2 Be Mg
Температура, оC: плавления кипения   787 1327   1240 2230   1283 2970   660 1107
Плотность, г/см3 2,0 3,1 1,85 1,74
Растворимость при комнатной температуре, г/100 г воды 50 0,012 Не растворим Не ра­створим

 

BeF2 должен быть высокой чистоты, поскольку в процессе восстановления примеси практически не удаляются. Его полу­чают разложением фторбериллата аммония, который, в свою очередь, получают растворением гидроокиси бериллия в бифториде аммония. В измельченном состоянии ВеF2 реагирует с магнием с достаточной скоростью уже при 900° С, однако обычно в конце процесса поддерживается температура 1300° С для расплавления бериллия и BeF2.

При проведении реакции со стехиометрическим соотноше­нием компонентов не удается получить хорошее разделение про­дуктов реакции, поэтому в шихту обычно вводят значительный избыток BeF2. Хорошие результаты достигаются при введении в смесь магния в количестве всего 75% стехиометрического. Боль­шой избыток BeF2 обеспечивает быстрое измельчение шлака. В шлаке фторид магния находится в виде довольно крупных игольчатых кристаллов, каждый из которых заключен в пленку BeF2. В процессе мокрого измельчения пленка BeF2 растворя­ется, шлак растрескивается, частицы металлического бериллия высвобождаются. Избыточный BeF2 делает шлак более легко­плавким и текучим, растворяет ВеО, снижает равновесное коли­чество магния в реакционной смеси и частично связывает MgF2. Основная часть металла в конце процесса плавает в виде линзы на поверхности шлака и удаляется после охлаждения тигля до 1200° С. Применение шихты, содержащей более 85% стехиометрически необходимого количества магния, делает невозмож­ным отделение металла от шлака.

Описаны установки периодического действия с графитовым тиглем диаметром 610 мм. Загрузка состоит из 118 кг BeF2 и 43,5 кг магния. Шихта состоит из гранул BeF2, полученных разложением фторбериллата аммония в печи непрерывного действия, и кубиков магния с длиной ребра 25 мм. Продолжи­тельность цикла 3,5 ч. По окончании реакции жидкотекучее содержимое тигля выливают в графитовый тигель-приемник. После охлаждения содержимое приемника загружают в шаро­вую мельницу для выщелачивания горячей водой. Раствор BeF2 направляют на повторное использование. Нерастворимый MgF2 отделяют от раствора в отстойник. Мелкие кристаллы бериллия, захваченные фторидом магния, растворяют в плави­ковой кислоте. После окончания этой операции MgF2 отфильт­ровывают, промывают и направляют в отвал. Общее извлечение бериллия составляет 96-97%.

Полученный таким способом бериллий содержит около 3% примесей (0,2-0,5% металлических примесей, кроме магния; 0,02% С, 0,1% ВеО, 1,5% Mg в виде металла и фторида). По­следующая вакуумная переплавка позволяет получить берил­лий с содержанием не более 0,03-0,05% Mg.

Для получения BeF2 техническую окись или гидроокись бе­риллия можно растворять в плавиковой кислоте. Затем в раст­вор вводят NH4F, и образуется фторбериллат аммония. Это соединение хорошо растворимо, кристаллизуется без кристалли­зационной воды и не подвержено гидролизу. Степень его диссо­циации в растворе настолько мала, что рН раствора может изменяться в широких пределах без осаждения гидроокиси бериллия. Поэтому содержащиеся в растворе примеси можно осадить и сравнительно легко удалить, что обеспечивает хоро­шую очистку раствора. Для очистки можно использовать также сорбционные и экстракционные методы. Очищенный раствор упаривают до выпадения кристаллов. Соль отделяют и сушат, а затем подвергают термическому разложению. Диссоциация начинается при температуре около 125° С, однако разложение ниже точки плавления приводит к образованию пористой и рыхлой, гидролизующейся на воздухе массы. Поэтому разло­жение проводят при температуре около 900° С.

Восстановление фторида бериллия натрием не получило распространения ввиду того, что натрий разрушает графит и обладает низкой температурой кипения (880° С). Хлорид бе­риллия также менее удобен для металлотермического восста­новления, так как его температура кипения 488° С.

Наиболее изучена в лабораторных условиях реакция

2Na (пар) + BeCl2 (пар) = Be (тв.) + 2NaCl (ж.).

Промышленному осуществлению этой реакции мешают большие трудности в подборе конструкционных материалов.

Дата: 2019-03-05, просмотров: 415.