WO2022103295A1 - Способ получения металлического скандия высокой чистоты - Google Patents
Способ получения металлического скандия высокой чистоты Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022103295A1 WO2022103295A1 PCT/RU2020/000660 RU2020000660W WO2022103295A1 WO 2022103295 A1 WO2022103295 A1 WO 2022103295A1 RU 2020000660 W RU2020000660 W RU 2020000660W WO 2022103295 A1 WO2022103295 A1 WO 2022103295A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- scandium
- temperature
- sodium
- vacuum
- metallic
- Prior art date
Links
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 41
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 41
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 23
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 23
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- DVMZCYSFPFUKKE-UHFFFAOYSA-K scandium chloride Chemical compound Cl[Sc](Cl)Cl DVMZCYSFPFUKKE-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 14
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 20
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 abstract 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K scandium fluoride Chemical compound F[Sc](F)F OEKDNFRQVZLFBZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/04—Refining by applying a vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B59/00—Obtaining rare earth metals
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Definitions
- Scandium is purified by melting in vacuum in an arc or induction furnace at a temperature of 1650 °C and a pressure of 10' 4 - 10' 5 mm Hg. Art. [Savitsky E.M., Terekhova V.F. Metal science of rare earth metals, M.: Nauka, 1975, p. 270.] and the method of vacuum distillation of ferrous metal in a vacuum of 10' 4 - 10' 5 mm Hg. Art. at a temperature of 1650 - 1850 ° C [Korshunov B.G. etc. Scandium. M.: Metallurgy, 1987, p. 158.].
- a known method of obtaining metallic scandium by the reduction of scandium chloride with metallic sodium in which, before the start of the process, a mixture of scandium chlorides and alkali metals is loaded into the reaction glass, and then the reduction is carried out in two stages. At the same time, at the first stage, 3–7% of metallic sodium is fed for reduction with melt stirring, held for 30–60 minutes, after which the formed solid phase is separated and the remaining amount of metallic sodium is fed to the second stage of reduction without melt stirring.
- a reducing agent in the first stage dispersed titanium powder is used in an amount of 1 - 3% of the total amount of the reducing agent [Application for invention 93 002 042, C22B 59/00, publ. 1996].
- the disadvantage of these methods is the low efficiency of purification from gas impurities, such as nitrogen and oxygen, due to their high content in the crude metal, as well as the absorption of nitrogen and oxygen by scandium vapor entering the furnace chamber during the distillation process, as a result of the impossibility of creating absolutely hermetic equipment and the relative duration of the distillation process at the indicated temperatures.
- the apparatus is filled with argon, heated to a temperature of 900 - 1100 ° C and the remaining amount of molten liquid metallic sodium is fed to the surface of the melt with an excess of 10 - 20% of stoichiometry, as a result sodium dissolves and diffuses in the direction of scandium chlorides. After supplying the entire amount of sodium, the mixture is kept at a temperature of 900 - 1100 ° C for 1 - 2 hours.
- the tantalum crucible with reduction products is turned over 180 0 and placed in a furnace on a metal mold on a tantalum sieve to drain the salts.
- the furnace is filled with argon, heated to a temperature of 1200 - 1300 ° C and maintained at this temperature for 2 - 2.5 hours.
- 60 - 70% of sodium chloride and potassium chloride salts are drained from the crucible.
- the tantalum crucible with scandium sponge and salt residues is returned to its original position and placed in a vacuum resistance furnace of the SGV-2.4-2/15-IZ type.
- the crucible is covered with a tantalum lid, above which a copper water-cooled condenser - refrigerator is installed, the furnace is evacuated to G 10' 4 - G 10' 5 mm Hg. Art. and heated to a temperature of 1200 - 1300 ° C, and then kept at this temperature for 2 - 2.5 hours.
- the tantalum cover with salt condensate is removed from it, and a copper water-cooled condenser - refrigerator is installed in its place.
- the apparatus is evacuated to G 10' 2 mm Hg. Art. at a temperature of 800 °C for 20 minutes to remove excess sodium vapor into a trap - condenser.
- the apparatus is evacuated to G 10' 2 mm Hg. Art. at a temperature of 850 ° C for 15 minutes to remove excess sodium vapor into a trap - condenser.
- the tantalum crucible with scandium sponge and salt residues is returned to its original position and placed in a vacuum resistance furnace of the SGV-2.4-2/15-IZ type.
- the crucible is covered with a tantalum lid, above which a copper water-cooled condenser - refrigerator is installed, the furnace is evacuated to G 10' 4 mm Hg. Art. and heated to a temperature of 1300 ° C, and then kept at this temperature for 2.5 hours. After the furnace has cooled, the tantalum cover with salt condensate is removed from it, and a copper water-cooled condenser - refrigerator is installed in its place.
- the oven is evacuated to G 10' 4 mm Hg. Art., heated to a temperature of 3000 ° C and maintained at this temperature for 4.5 hours, Vapors metal scandium in the form of druze is deposited on a copper water-cooled condenser - refrigerator.
- the obtained metallic scandium has a high chemical purity of 99.991 wt%.
- Table 2 shows the chemical composition of the scandium metal sample obtained by the proposed method.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано для получения металлического скандия высокой чистоты. Способ получения металлического скандия высокой чистоты включает восстановление хлорида скандия металлическим натрием, в присутствии флюса в две стадии при нагреве, причем восстановление осуществляют в танталовом тигле в присутствии флюса хлорида калия, на первой стадии восстановление проводят металлическим натрием взятом в количестве 5-7% от массы натрия, при нагревании до температуры 400°С в вакууме 1 · 10-2 мм рт. ст. и выдержке в течение 30-60 мин, на второй стадии процесс проводят при нагревании до температуры 900-1100°С в аргоне, затем на поверхность полученного расплава подают остальное количество расплавленного металлического натрия, а затем после подачи всего количества натрия реакционную массу выдерживают при температуре 900-1100°С в течение 1-2 часов, после чего сливают и отгоняют из тигля соли хлорида натрия и хлорида калия и проводят вакуумную дистилляцию металлической скандиевой губки в танталовом тигле.
Description
Способ получения металлического скандия высокой чистоты
Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано для получения металлического скандия высокой чистоты. Металлический скандий получают металлотермическим восстановлением в танталовом тигле и последующим рафинированием, вакуумной очисткой, методом дистилляции черного металла в вакууме 10'5мм рт. ст. при температуре 1650 - 1850 °C.
В настоящее время чаще всего скандий получают металлотермией, используя в качестве исходных веществ безводный фторид или хлорид скандия, а в качестве восстановителей магний, натрий и чаще кальций. Предпочтение отдается фториду, поскольку он не гигроскопичен, в качестве металла восстановителя используют стружку кальция [Большаков К. А. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Высшая школа, 1976, ч.П. с.351.2. Коршунов Б.Г. и др. Скандий, М.: Металлургия, 1987, с.182.].
Полученный скандий характеризуется как металл технической чистоты, так как содержит значительное количество примесей. Существует ряд способов рафинирования скандия: вакуумная плавка, зонная плавка, электролиз в твердом состоянии, вакуумная дистилляция.
Очистку скандия проводят плавкой в вакууме в дуговой или индукционной печи при температуре 1650 °C давлении 10'4 — 10'5 мм рт. ст. [Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов, М.: Наука, 1975, с.270.] и методом вакуумной дистилляции черного металла в вакууме 10'4 - 10'5мм рт. ст. при температуре 1650 - 1850 °C [Коршунов Б.Г. и др. Скандий. М.: Металлургия, 1987, с.158.].
Известен способ получения металлического скандия металлотермическим восстановлением его из безводного хлорида скандия металлическим натрием [Коршунов Б.Г. и др. Скандий. М.: Металлургия,
1987, с.158.]. По известному способу процесс осуществляют в две стадии. На первой стадии после дегазации ScCh в танталовом тигле при 370 °C и разрежении 0,00133 Па, в него добавляли калий и смесь выдерживали при 400 °C в течение 15 ч. На второй стадии добавляли натрий с получением в итоге избытка щелочного металла и довосстанавливали скандий при температуре 1000°С за 8 ч. Избыток щелочного металла - восстановителя и его хлориды отделяются возгонкой или иными путями.
Недостатками данного способа являются его большая длительность, большие энергетические затраты и сложность контроля реакции восстановления на второй стадии из-за бурного протекания процесса.
Известен способ получения металлического скандия восстановлением хлорида скандия металлическим натрием, в котором перед началом процесса в реакционный стакан загружают смесь хлоридов скандия и щелочных металлов, а затем восстановление проводят в две стадии. При этом на первой стадии подают на восстановление 3 - 7 % металлического натрия при перемешивании расплава, выдерживают в течение 30 - 60 мин, после чего отделяют образовавшуюся твердую фазу и подают остальное количество металлического натрия на вторую стадию восстановления без перемешивания расплава. В качестве восстановителя на первой стадии используют дисперсный порошок титана в количестве 1 - 3 % от общего количества восстановителя [Заявка на изобретение 93 002 042, С22В 59/00, опубл. 1996].
Недостатком данных способов является то, что в конечном продукте содержится до 10% примесей.
Существует ряд способов очистки - рафинирования черного металла скандия : вакуумная плавка, зонная плавка, электролиз в твердом состоянии, дистилляции в вакууме.
Известен способ получения металлического скандия высокой чистоты методом дистилляции в вакууме, в котором пары скандия перед
конденсацией фильтруют через порошок сплава на основе вольфрама, содержащего 1 - 25 мас.% циркония. [Патент РФ 2 034 075, С22В 61/00 , опубл.1995].
Существует способ получения металлического скандия высокой чистоты методом дистилляции чернового металла в вакууме 10'4 - 10"5 мм рт. ст., после конденсации дистилляцию проводят при температуре 1850 - 2000 °C. [Патент РФ 2 034 080, С22В 61/00 , С22В 9/04, опубл.1995].
Недостатком данных способов является низкая эффективность очистки от газовых примесей, таких как азот и кислород, обусловленная высоким их содержанием в черновом металле, а также поглощением парами скандия азота и кислорода, попадающими в камеру печи в процессе дистилляции, в результате невозможности создания абсолютно герметичного оборудования и относительной длительности проведения процесса дистилляции при указанных температурах.
Известен способ рафинирования чернового скандия методом дистилляции в вакууме 10‘4 - 10’5 мм рт. ст. при температуре 1650 - 1850 °C [Патент РФ 2 034 077, С22В 61/00, С22В 9/04, опубл.1995].
Недостатком данного способа является невозможность эффективной очистки от железа, хрома, ванадия, марганца, никеля и кобальта ввиду близких значений упругости пара.
Наиболее близким является способ получения кристаллического скандия восстановлением плава хлоридов скандия расплавленным металлическим натрием при подаче его на поверхность плава в реакционный стакан. Перед подачей металлического натрия на поверхность плава загружают смесь хлоридов натрия и калия при соотношении хлоридов натрия и калия к плаву хлоридов скандия в расплаве 1:3:5 [Патент РФ 2 048 566, С22В 59/00, опубл.1995 ].
Недостатком данного способа является то, что в конечном продукте содержится до 10% примесей.
Задачей изобретения является разработка технологичного способа получения металлического скандия высокой чистоты, повышение качества получаемого металла.
Технический результат получение металлического скандия с требуемыми характеристиками химической чистоты от 99,990 до 99,999 % масс.
Технический результат достигается в способе получения металлического скандия высокой чистоты, включающем восстановление хлорида скандия металлическим натрием, в присутствии флюса в две стадии при нагреве, причем восстановление осуществляют в танталовом тигле в присутствии флюса хлорида калия, причем на первой стадии восстановление проводят металлическим натрием взятом в количестве 5 - 7 % от массы натрия, при нагревании до температуры 400 °C в вакууме 1 10'2 мм рт. ст. и выдержке при этой температуре в течение 30 - 60 мин, на второй стадии процесс проводят при нагревании до температуры 900 - 1100 °C в аргоне, затем на поверхность полученного расплава подают остальное количество расплавленного металлического натрия с избытком 10 — 20 % от стехиометрии, а затем после подачи всего количества натрия реакционную массу выдерживают при температуре 900 - 1100 °C в течение 1 - 2 часов с последующим удалением паров избыточного натрия в вакууме с получением металлической скандиевой губки в расплаве солей, после чего сливают и отгоняют из тигля соли хлорида натрия и хлорида калия и проводят вакуумную дистилляцию металлической скандиевой губки непосредственно в танталовом тигле.
Соотношение хлорида калия к хлориду скандия составляет 1:1.
Удаление паров избыточного натрия проводят в вакууме Г 10'2 мм рт. ст. при температуре 800 - 850 °C.
Проводят слив солей в аргоне, а отгонку солей в вакууме 1 ' 10-4 — Г 10’5 мм рт. ст., при температуре 1200 - 1300 °C.
Вакуумную дистилляцию металлической скандиевой губки ведут в вакууме 10’4 - 10'5 мм рт. ст., при температуре 1550 - 1600 °C, и выдержке при этой температуре в течение 4,5 - 5 часов.
Способ осуществляется следующим образом.
В реакционный тигель из тантала расположенный в герметичном аппарате в печи загружают смесь хлоридов скандия и калия в соотношении 1 : 1 и металлический натрий взятом в количестве 5 - 7 % от общего количества. Восстановление проводят в две стадии. На первой стадии исходные реагенты вакуумируют до Г 10’2 мм рт. ст., нагревают до температуре 400 °C и выдерживают при этой температуре в течение 30 - 60 мин, на второй стадии аппарат заполняют аргоном, нагревают до температуры 900 - 1100 °C и на поверхность расплава подают остальное количество расплавленного жидкого металлического натрия с избытком 10 - 20 % от стехиометрии, в результате натрий растворяется и диффундирует в направлении хлоридов скандия. После подачи всего количества натрия смесь выдерживают при температуре 900 - 1100°С в течение 1 — 2 часов.
После окончания выдержки аппарат вакуумируют до Г 10'2 мм рт. ст. при температуре 800 - 850 °C в течение 10 - 20 минут для удаления паров избыточного натрия в ловушку - конденсатор.
В результате реакции происходит восстановление хлоридов скандия с образованием металлического скандия в виде губки с минимальным содержанием примесей, за счет медленной скорости восстановления.
После охлаждения танталовый тигель с продуктами восстановления переворачивают на 180 0 и устанавливают в печь на металлическую изложницу на танталовое сито для слива солей. Печь заполняют аргоном, нагревают до температуры 1200 - 1300 °C и выдерживают при данной температуре в течение 2 - 2,5 часов, В результате из тигля сливается 60 - 70 % солей хлорида натрия и хлорида калия.
Танталовый тигель со скандиевой губкой и остатками солей возвращают в исходное положение и устанавливают в вакуумную печь сопротивления типа СГВ-2.4-2/15-ИЗ. Тигель накрывают танталовой крышкой, над которой устанавливают медный водоохлаждаемый конденсатор - холодильник, печь вакуумируют до Г 10'4 - Г 10'5 мм рт. ст. и нагревают до температуры 1200 - 1300 °C, а затем выдерживают при этой температуре в течение 2 - 2,5 часов.
В результате в танталовом тигле остается чистая, обессоленная, скандиевая губка технической чистоты. Пары солей улавливались на танталовой крышке.
После охлаждения печи из нее извлекают танталовую крышку с конденсатом солей, на её место устанавливают медный водоохлаждаемый конденсатор - холодильник.
Печь вакуумируют до Г 10’4 - Г 10'5 мм рт. ст. и нагревают до температуры 1550 - 1600 °C и выдерживают при этой температуре в течение 4,5 - 5 часов, пары рафинирования металлического скандия улавливали на медном водоохлаждаемом конденсаторе - холодильнике.
По окончании процесса вакуумной дистилляции печь охлаждают, заполняют аргоном и разгружают в аргоновом боксе.
В результате дистилляции в вакууме получается металлический скандий высокой чистоты в виде друзов.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. В реакционный танталовый тигель диаметром 180 мм и высотой 400 мм загружают 1,8 кг хлорида скандия, 1,8 кг хлорида калия и 0,066 кг металлического натрия, тигель устанавливают в реакционный аппарат и уплотняют крышкой. Аппарат вакуумируют до 10'2 мм рт. ст., нагревают до 400 °C и выдерживают при этой температуре в течение 40 мин, после чего аппарат заполняют аргоном, нагревают до температуры 900 °C и подают на
поверхность расплава остальное количество расплавленного жидкого металлического натрия 0,8770 кг с избытком 15 % от стехиометрии.
После подачи всего количества натрия смесь выдерживали при температуре 900 °C в течение 1 часа.
После окончания выдержки аппарат вакуумируют до Г 10'2 мм рт. ст. при температуре 800 °C в течение 20 минут для удаления паров избыточного натрия в ловушку - конденсатор.
После охлаждения танталовый тигель с продуктами восстановления переворачивают на 180 0 и устанавливают в печь на металлическую изложницу на танталовое сито для слива солей. Печь заполняют аргоном, нагревают до температуры 1200 °C и выдерживают при данной температуре в течение 2,5 часов, в результате из тигля сливается 64% солей.
Танталовый тигель со скандиевой губкой и остатками солей возвращают в исходное положение и устанавливают в вакуумную печь сопротивления типа СГВ-2.4-2/15-ИЗ. Тигель накрывают танталовой крышкой, над корой устанавливают медной водоохлаждаемый конденсатор - холодильник, печь вакуумируют до Г 10’4 мм рт. ст. и нагревают до температуры 1250 °C, а затем выдерживают при этой температуре в течение 2,5 часов. После охлаждения печи из нее извлекают танталовую крышку с конденсатом солей, на её место устанавливают медный водоохлаждаемый конденсатор - холодильник.
Печь вакуумируют до Г 10’5 мм рт. ст., нагревают до температуры 1555 °C и выдерживают при этой температуре в течение 5 часов, Пары металлического скандия в виде друзов оседают на медном водоохлаждаемом конденсаторе - холодильнике.
По окончании процесса вакуумной дистилляции печь охлаждают, заполняют аргоном и снимают друзы металлического скандия с медного холодильника в аргоновом боксе.
Полученный металлический скандий имеет высокую химическую чистоту 99,996 % масс.
Химический состав и содержание примесей определялись методом искровой масс-спектрометрии. В таблице 1 представлен химический состав образца металлического скандия, полученного по предлагаемому способу.
Таблица 1
Химический состав в полученном образце металлического скандия (ppm)
Пример 2. В реакционный танталовый тигель диаметром 180 мм и высотой 400 мм загружают 2,0 кг хлорида скандия, 2,0 кг хлорида калия и 0,0546 кг металлического натрия, тигель устанавливают в реакционный аппарат и уплотняют крышкой. Аппарат вакуумируют до 10’2 мм рт. ст., нагревают до 400 °C
5 и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин, после чего аппарат заполняют аргоном, нагревают до температуры 1050 °C и подают на поверхность расплава остальное количество расплавленного жидкого металлического натрий 1,0374 кг. с избытком 20 % от стехиометрии.
После подачи всего количества натрия смесь выдерживали при
10 температуре 900 °C в течение 1 ,5 часов,
После окончания выдержки аппарат вакуумируют до Г 10'2 мм рт. ст. при температуре 850 °с в течение 15 минут для удаления паров избыточного натрия в ловушку - конденсатор.
После охлаждения танталовый тигель с продуктами восстановления
15 переворачивают на 180 ° и устанавливают в печь на металлическую изложницу на танталовое сито для слива солей. Печь заполняют аргоном, нагревают до температуры 1250 °C и выдерживают при данной температуре в течение 2,0 часов, В результате из тигля сливается 58 % солей.
20 Танталовый тигель со скандиевой губкой и остатками солей возвращают в исходное положение и устанавливают в вакуумную печь сопротивления типа СГВ-2.4-2/15-ИЗ. Тигель накрывают танталовой крышкой, над которой устанавливают медной водоохлаждаемый конденсатор - холодильник, печь вакуумируют до Г 10‘4 мм рт. ст. и нагревают до температуры 1300 °C, а затем выдерживают при этой температуре в течение 2,5 часов. После охлаждения печи из нее извлекают танталовую крышку с конденсатом солей, на её место устанавливают медный водоохлаждаемый конденсатор - холодильник.
Печь вакуумируют до Г 10'4 мм рт. ст., нагревают до температуры зо 1600 °C и выдерживают при этой температуре в течение 4,5 часов, Пары
металлического скандия в виде друзов оседают на медном водоохлаждаемом конденсаторе - холодильнике.
По окончании процесса вакуумной дистилляции печь охлаждают, заполняют аргоном и снимают друзы металлического скандия с медного холодильника в аргоновом боксе.
Полученный металлический скандий имеет высокую химическую чистоту 99,991 % масс.
Химический состав и содержание примесей определялись методом искровой масс-спектрометрии. В таблице 2 представлен химический состав образца металлического скандия, полученного по предлагаемому способу.
Таблица 2
Химический состав в полученном образце металлического скандия (ppm)
Таким образом, разработан технологичный способ получения металлического скандия высокой чистоты с требуемыми характеристиками химической чистоты от 99,990 до 99,999 % масс.
Claims
1. Способ получения металлического скандия высокой чистоты, включающий восстановление хлорида скандия металлическим натрием, в присутствии флюса в две стадии при нагреве, отличающийся тем, что восстановление осуществляют в танталовом тигле в присутствии флюса хлорида калия, причем на первой стадии восстановление проводят металлическим натрием взятом в количестве 5 - 7 % от массы натрия, при нагревании до температуры 400 °C в вакууме Г 10’2 мм рт. ст. и выдержке при этой температуре в течение 30 - 60 мин, на второй стадии процесс проводят при нагревании до температуры 900 - 1100 °C в аргоне, затем на поверхность полученного расплава подают остальное количество расплавленного металлического натрия с избытком 10 - 20 % от стехиометрии, а затем после подачи всего количества натрия реакционную массу выдерживают при температуре 900 - 1100 °C в течение 1 - 2 часов с последующим удалением паров избыточного натрия в вакууме с получением металлической скандиевой губки в расплаве солей, после чего удаляют пары избыточного натрия, сливают и отгоняют из тигля соли хлорида натрия и хлорида калия и проводят вакуумную дистилляцию металлической скандиевой губки непосредственно в танталовом тигле.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение хлорида калия к хлориду скандия составляет 1 :1.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление паров избыточного натрия проводят в вакууме Г 10'2 мм рт. ст. при температуре 800 - 850 °C.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят слив солей в аргоне, а отгонку солей в вакууме Г 10'4 - Г 10‘5 мм рт. ст., при температуре 1200 - 1300 °C.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумную дистилляцию металлической скандиевой губки ведут в вакууме 10'4 - 10’5 мм рт. ст. при
температуре 1550 - 1600 °C, и выдержке при этой температуре в течение 4,5 - 5 часов.
5
15
20 зо
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202080106916.9A CN116406429A (zh) | 2020-11-10 | 2020-12-04 | 一种高纯金属钪的制备方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136802A RU2748846C1 (ru) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | Способ получения металлического скандия высокой чистоты |
| RU2020136802 | 2020-11-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022103295A1 true WO2022103295A1 (ru) | 2022-05-19 |
Family
ID=76301360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/000660 WO2022103295A1 (ru) | 2020-11-10 | 2020-12-04 | Способ получения металлического скандия высокой чистоты |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116406429A (ru) |
| RU (1) | RU2748846C1 (ru) |
| WO (1) | WO2022103295A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115261620A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-11-01 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 金属热还原制备金属钪的方法及金属钪的应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2038397C1 (ru) * | 1992-12-11 | 1995-06-27 | Компания "Иналет" | Способ получения металлического скандия |
| RU2048566C1 (ru) * | 1992-07-29 | 1995-11-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Альфа-1 ВАМИ" | Способ получения кристаллического скандия |
| RU2052528C1 (ru) * | 1993-06-29 | 1996-01-20 | Акционерное общество закрытого типа "Сплав" | Способ получения скандия |
| CN102465210A (zh) * | 2010-11-02 | 2012-05-23 | 北京有色金属研究总院 | 一种高纯稀土金属的制备方法及其装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3275681B2 (ja) * | 1995-12-26 | 2002-04-15 | 大平洋金属株式会社 | 高純度酸化スカンジュウムの製造法 |
-
2020
- 2020-11-10 RU RU2020136802A patent/RU2748846C1/ru active
- 2020-12-04 WO PCT/RU2020/000660 patent/WO2022103295A1/ru active Application Filing
- 2020-12-04 CN CN202080106916.9A patent/CN116406429A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2048566C1 (ru) * | 1992-07-29 | 1995-11-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Альфа-1 ВАМИ" | Способ получения кристаллического скандия |
| RU2038397C1 (ru) * | 1992-12-11 | 1995-06-27 | Компания "Иналет" | Способ получения металлического скандия |
| RU2052528C1 (ru) * | 1993-06-29 | 1996-01-20 | Акционерное общество закрытого типа "Сплав" | Способ получения скандия |
| CN102465210A (zh) * | 2010-11-02 | 2012-05-23 | 北京有色金属研究总院 | 一种高纯稀土金属的制备方法及其装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115261620A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-11-01 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 金属热还原制备金属钪的方法及金属钪的应用 |
| CN115261620B (zh) * | 2022-05-23 | 2024-04-26 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 金属热还原制备金属钪的方法及金属钪的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116406429A (zh) | 2023-07-07 |
| RU2748846C1 (ru) | 2021-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4837376A (en) | Process for refining silicon and silicon purified thereby | |
| ZA200400346B (en) | Medium purity metallurgical silicon and method for preparing same | |
| US9567227B2 (en) | Process for producing silicon, silicon, and panel for solar cells | |
| US4457903A (en) | Semicontinuous process for the production of pure silicon | |
| WO2022103295A1 (ru) | Способ получения металлического скандия высокой чистоты | |
| JP3838717B2 (ja) | マグネシウムの精製方法 | |
| JPH10158754A (ja) | 高純度ビスマスの製造方法及び製造装置 | |
| RU2361941C2 (ru) | Способ получения лигатуры алюминий-скандий, флюс для получения лигатуры и устройство для осуществления способа | |
| JPH10121163A (ja) | 高純度インジウムの製造方法および製造装置 | |
| KR101664763B1 (ko) | 고순도 망간의 제조 방법 | |
| EP0606977B1 (en) | Analytical method for nonmetallic contaminants in silicon | |
| US4049470A (en) | Refining nickel base superalloys | |
| SU873692A1 (ru) | Способ получени лигатур алюминий-скандий | |
| RU2407815C1 (ru) | Способ получения в вакууме слитков особочистой меди | |
| CA2484331C (en) | Method of purifying metal salt, method of deacidifying titanium material and method of producing the same | |
| JP4209964B2 (ja) | 金属バナジウム又は／及び金属バナジウム合金の溶解方法並びに鋳造方法 | |
| JPH10121162A (ja) | 高純度アンチモンの製造方法および製造装置 | |
| RU2583574C1 (ru) | Способ получения галлия высокой чистоты | |
| RU2082793C1 (ru) | Способ получения гафния | |
| US1814073A (en) | Purification of calcium | |
| RU2370558C1 (ru) | Способ получения высокочистого кобальта для распыляемых мишеней | |
| JPH0885833A (ja) | 希土類金属の精製方法 | |
| RU2819192C1 (ru) | Способ получения высокочистого никеля для распыляемых мишеней | |
| US3726666A (en) | Dephosphorization of aluminum alloys by cadmium | |
| US2384256A (en) | Refining of copper base alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20961742 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20961742 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |