» » Способы получения чистых металлов
01.06.2015

Восстановление окислов металлов водородом применяется для по лучения чистых германия, вольфрама, молибдена, висмута и железа; аналогичным путем получается рений из перрената калия.
Исходным материалом для производства германия служит его чистая двуокись, восстановление которой осуществляют в графитовых лодочках, помещенных в трубчатую печь с наружным обогревом. Для уменьшения потерь от улетучивания низшего окисла германия GeO процесс ведут сначала при 600°, затем при 800—900°. В той же печи при температуре выше 960° порошок германия переплавляют в слитки.
Для получения чистого германия необходимо применять лодочки из особо очищенного графита; примеси, содержащиеся в обычном графите, могут попадать в германий, снижая его качество.
Существенное влияние на качество продукта оказывает чистота водорода. Поскольку для восстановления 1 кг германия требуется около 600 л водорода, содержание примесей в последнем должно быть менее 0,002 мг/м3. Очистку водорода от сопутствующих газов — кислорода, азота, сероводорода, углекислоты — производят обычно с помощью титановой стружки, нагретой до 900°. Хорошим сорбентом большинства сопутствующих газов является активированный уголь, охлажденный до температуры жидкого азота; при этом поглощаются также остатки влаги, конденсация которой способствует коагуляции аэрозолей. Очистку от аэрозолей осуществляют пропусканием водорода через несколько слоев фильтровальной бумаги; хорошим материалом для фильтров служит ткань Петрякова.
При соблюдении надлежащих условий получается германий высокой чистоты; однако такой металл еще не пригоден для полупроводниковой техники и требует дополнительного рафинирования приемами, описанными ниже при изложении кристаллофизических методов.
Восстановление водородом является единственным технологическим методом, применяемым в настоящее Бремя в промышленном масштабе для получения чистых вольфрама и молибдена.
Порошки металлического вольфрама и молибдена, полученные при восстановлении водородом хорошо очищенных ангидридов, после обработки металлокерамическим способом дают компактный металл, пригодный для производства изделий (проволоки, листа и др.).
Восстановление окислов углеродом используют главным образом для получения технически чистых металлов, нуждающихся в дальнейшем рафинировании, превращающем их в металлы высокой чистоты. Этот метод применяют для ряда цветных, большинства малых и некоторых редких металлов.
Оригинальным вариантом метода является разработанный К. Болке способ получения ниобия в вакууме по реакции
Nb2O5 + 5NbC = 7Nb + 5СО.

Приготовленный для этой цели карбид ниобия измельчают в порошок и смешивают с пятиокисью ниобия в требуемом соотношении. Брикеты смеси прокаливают в вакууме при температуре около 1600°. Для полного удаления углерода в виде СО в состав шихты вводят небольшой избыток пятиокиси ниобия, в последующих операциях металлокерамической обработки — главным образом высокотемпературной сварки — избыток пятиокиси ниобия улетучивается в вакууме при температуре ниже точки плавления металла. Этим способом получается компактный ниобий высокой степени чистоты.
Металлотермическое восстановление применяют в производстве титана, цирконня, гафния, тория, ниобия, тантала, урана и других металлов.
Восстановление двуокиси металла кальцием в вакууме или инертном газе используют для получения тория, циркония, гафния и титана.
Восстановление хлоридов магнием применяют в промышленном масштабе для получения титана и циркония.
Важнейшим технологическим процессом производства металлического урана является магние- или кальциетермическое восстановление из чистого тетрафторида, которое осуществляют в тиглях, помещенных в герметически закрытые аппараты (бомбы). Для получения урана, применяемого в атомной энергетике, необходимо пользоваться специально очищенным тетрафторидом и ректифицированным магнием или кальцием.
При всех методах металлотермического восстановления вначале получают технические металлы, обычно загрязненные металлом-восстановителем, которые в дальнейшем рафинируют. Однако по ряду примесей такие металлы могут быть ультрачистыми даже без дополнительного рафинирования; например, технический металлический уран, полученный из хорошо очищенного от редких земель фторида, является ультрачистым по этим примесям.
Электролизом водных растворов или расплавленных сред получают такие чистые редкие металлы, как галлий, торий, тантал, бериллий, цирконий и др.
Галлий чистотой 99,9% получают электролизом раствора галлата натрия, содержащего небольшое количество свободной щелочи. В качестве катода используют жидкий галлий, в качестве анода — графитовый стержень, нержавеющую сталь или никель. Процесс ведут при температуре 45—50°.
Тантал, содержащий сотые доли процента основных примесей, может быть получен электролитическим разложением пятиокиси тантала, растворенной в смеси расплавленных солей К2ТаF7, KF и КСl. Пятиокись тантала в расплаве диссоциирует; при электролизе на катоде выделяется тантал, а на аноде — кислород. Электролиз ведут в тигле из графита, железа или никеля при 750°. Тигель служит анодом, а опушенный в тигель стержень из графита, молибдена или никеля — катодом. Осаждающийся на катоде танталовый порошок счищают, отмывают от солей и сушат.
Электролизом расплавленных солей получают чистый бериллий. В качестве электролита применяют обычно смесь солей ВеСl2 и NaCl в весовом соотношении 1:1, плавящуюся при температуре 215°. Катодом является никелевый тигель, в котором осуществляется процесс, анодом — графитовый стержень, вставленный в тигель через отверстие в крышке. Температура электролита 350°. Металлический бериллий снимают со стенок тигля в горячем состоянии, отжимают от электролита на прессе и промывают.