Хлорирование соединений циркония
- Авторы: Филатов А.А.1
-
Учреждения:
- Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
- Выпуск: № 2 (2025)
- Страницы: 89-99
- Раздел: Статьи
- URL: https://bakhtiniada.ru/0235-0106/article/view/278830
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0235010625020019
- ID: 278830
Цитировать
Аннотация
В данной работе рассмотрены основные способы хлорирования природных соединений циркония, оценена эффективность существующих технологий и рассмотрены наиболее перспективные методы развития отрасли. В настоящее время во всем мире активно проводятся исследования и разработки новых, энергоэффективных способов переработки цирконий‒содержащих как природных соединений, так и техногенных отходов. Действующие гидрометаллургические способы переработки цирконий‒содержащих материалов обладают рядом существенных недостатков, таких как многостадийность, низкая степень и интенсивность извлечения циркония, высокий расход реагентов, или необходимость длительного захоронения в случае переработки отходов ядерной энергетики. Наиболее перспективными с технико‒экономической точки зрения представляются пирохимические способы переработки циркония в расплавленных солях благодаря большей интенсивности процесса и возможности утилизировать более широкий спектр соединений. Хлорные методы металлургии являются основой производства большинства редкоземельных элементов, а для таких элементов, как титан, цирконий, и гафний, не имеют приемлемых альтернатив и являются единственным способом получения высокочистого металла. Чаще всего хлорирование осуществляют в расплавах на основе хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, в пределах 1000 °С. Хлорирование оксидов чистым хлором без использования восстановителя невозможно, вплоть до температуры 827 °С и выше, из‒за положительных значений энергии Гиббса реакции, поэтому для осуществления процесса используют восстановители, в частности различные формы углерода, однако данный метод затрудняет соблюдение стехиометрии загружаемых реагентов, что приводит к накоплению углерода в зоне реакции. Основными препятствиями к развитию идеи использования четыреххлористого углерода стали высокая стоимость, токсичность и ограниченная растворимость в солевых расплавах, что делает его более пригодным для непосредственного хлорирования оксидов в парах CCl4. Более перспективным, с точки зрения энергозатрат, технологичности и общей эффективности процесса представляется хлорирование с использованием в качестве восстановителя элементарной серы. Для повышения эффективности хлорирования возможно использование комбинированного метода с применением системы хлор‒углерод‒сера. Предлагаемый метод позволяет снизить температуру процесса и синтезировать необходимые соединения непосредственно в реакторе, что позволит снизить число технологических операций и повысить рентабельность процесса.
Ключевые слова
Полный текст

Об авторах
А. А. Филатов
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: Aleksander.F.A@yandex.ru
Россия, Екатеринбург
Список литературы
- Filatov A.A., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. Comparative analysis of modern methods for producing Al–Zr alloys // Non‒ferrous metals. 2021. № 4. P. 78–86.
- Filatov A.A., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. Modifying Ability of an Al–Zr Master Alloy // Russian Metallurgy (Metally). 2021. № 8. P. 1036–1039.
- Filatov A.A., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. Production of Al‒Zr Master Alloy by Electrolysis of the KF‒NaF‒AlF₃‒ZrO₂ Melt: Modifying Ability of the Master Alloy // Metallurgical and Materials Transactions B. 2021. 52. № 6. P. 4206–4214.
- Дробот Д.В., Детков П.Г., Чернышова О.В. История создания хлорной металлургии редких и цветных металлов: первая публикация и современное состояние // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2022. № 5(116). С. 27–40.
- Xu L., Xiao Y., Sandwijk A., Xu Q., Yang Y. Production of nuclear grade zirconium: A review // Journal of Nuclear Materials. 2015. 466. P. 21–28.
- Морозов И.С. Применение хлора в металлургии редких и цветных металлов: Физико‒химические основы. М.: Наука. 1966.
- Bordbar H., Yousefi A.A, Abedini H. Production of titanium tetrachloride (TiCl₄) from titanium ores: A review. Polyolefins Journal. 2017. 4. № 2. P. 149–173.
- Зверев Л.В., Кострикин В. М. Хлорирование минерального сырья в расплаве солей. Минеральное сырье: сб. Вып. 2. М.: Геолтехиздат, 1961.
- Коршунов Б.Г., Стефанюк С.Л. Введение в хлорную металлургию редких элементов Л.: Металлургия. 1970.
- Иванов В. Хлорирование в солевом расплаве в технологии производства поликристаллического кремния // Электроника: наука, технология, бизнес. 2019. № 6. С. 154–160.
- Movahedian A., Raygan Sh., Pourabdoli M. The chlorination kinetics of zirconium dioxide mixed with carbon black // Thermochimica Acta. 2011. 512. P. 93–97.
- Динцес А.И. Потоловский Л.А. Основы технологии нефтехимического синтеза. М.: Гостоптехиздат. 1960.
- Цурика А.А. Семенов А.А., Ухов С.А. Получение тетрахлорида циркония хлорированием циркона и оксида циркония в присутствии серы // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2020. № 1 (102). С. 82–106.
- Семенов А.А., Цурика, С.А. Тиохлорирование в технологии титана, циркония и гафния // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2023. № 1(117). С. 86–110.
- Neelameggham N.R, Brown R.E., Davis B.R. Energy‒Efficient and Low‒GHG‒Emission «Thiometallurgy» // JOM. 2014. 66. № 9. P. 1622–1628.
- Cherepnev A.A. Problems of chlorination in the field of rare and scattered elements. Moscow, Leningrad: Metallurgy Publishing House, 1940. P. 49–51.
Дополнительные файлы
