- 46 -
Ərinti
Ərintinin su emalı
Çöküntü natrium niobat Məhlul Na
2
SiO
3
, Na
2
SnO
3
,
və tantalat, Fe
2
O
3
, Mn
3
O
4
, Na
2
WO
4
və digər qarışıqlar,
Na
2
TiO
3
və başqaları artıq qələvi
Turşu parçalanması Qələvinin regenerasiyasına
verilir
Məhlul Çöküntü (Ta
2
Nb
2
)O
5
·xH
2
O,
FeCl
3
, MnCl
2
qarışıqlar (Si, Ti, Fe və s.)
Yuma və süzmə
(Ta
2
Nb
2
)O
5
·xH
2
O oksidləri qatışığı
Şəkil 9.1. Tantal və niobium oksidləri ilə qatışığı alınma sxemi.
İşin yerinə yetirilməsi
İlkin material kimi tantalit (kolumbit) konsentratının qələvi ilə emalından
alınmış ərinti işlədilir. Ərinti çəkilir və saxsı və ya şüşə stəkana doldurulur. 70-
80
0
C temperaturlu qaynar su ilə B:M=1:2.5 şərtilə 30 dəqiqə ərzində mexaniki
qarışdırıcı ilə qarışdırma aparılır. Qalıq çökdürülür, məhlul dekantasiya edilir.
Sonra qalıq təkrarən qaynar (70-80
0
C) 7 %-li NaOH məhlulu ilə 30 dəqiqə emal
edilir. Qalıq yenidən çökdürülür və məhlul süzgəcdən ehtiyyatla dekantasiya
edilir. Qələvi məhlulunun dekantasiyasından sonra stəkana ehtiyyatla qatı xlorid
turşusu tökürlər. Xlorid turşusu miqdarı 100 q ərintiyə 200 q olmaqla götürülür.
Emal su qurğusunda 85-90
0
C temperatura kimi qızdırmaqla 30 dəqiqə
müddətində aparılır. Bu zaman qalığ ağ rəng alır.Məhlulun çökdürülməsi və de-
kantasiyasından sonra qalığ qaynar 5 %-li sulfat turşusu ilə dəmir və manqan
duzlarının yuyulmasına kimi yuyulur. Əgər qalıq pis çökürsə onda işi
sürətləndirmək üçün məhlul qalığın çökməmiş narın hissəcikləri ilə boş stəkana
- 47 -
boşaldılır. Bu çökmənin sona çatması üçündür və sonra qalığın əsas kütləsinin
yuyulması davam etdirilir.
Hidratlaşmış oksidlər qatışığı Buxner qıfında süzülür. Əgər çökmə iki stə-
kanda aparılıbsa əvvəlcə süzgəcə iri qalıq və sonra isə xırda fraksiyalı çökmüş
qalıq verilir. Hidroksidlər qatışığı süzgəcdə 3-4 dəfə qaynar 1 %-li sulfat
turşusu ilə yuyulur. 100-120
0
C temperaturda filtrat ilə birlikdə qurudulur və
çəkilir. Qurutmadan sonra toz və ya ovuntuda nəmlik 20-25 % təşkil edir. Sonra
tantal və niobiumun son məhsula keçməsi aşağıdakı tənlik vasitəsilə
hesablanılır:
%
100
C
A
B
Burada:
A-ərintinin başlanğıc çəkisi, q;
C-ərintidə Ta və Nb oksidləri qatışığı miqdarı;
B-alınmış məhsulun miqdarı, q
İşi yerinə yetirərkən təhlükəsizlik texnikası qaydalarına riayət etmək la-
zımdır. Belə ki, işə təlimatdan sonra buraxılırlar. Vakuum altında süzmə zamanı
vakuum sınaq şüşələri ekran və ya dəsmal ilə örtülür, qələvi və turşu məhlulları
ilə iş sorucu şkafda aparılır, müdafiə rezin əlcəklərindən istifadə olunur və s.
Material və qurğular
1. Şüşə və ya saxsı stəkan.
2. Mexaniki qarışdırıcı.
3. Tərəzi.
4. Vakuum sınaq şüşəli Buxner qıfı.
5. Su qurğusu.
6. Quruducu şkaf.
7. Qatı HCl turşusu.
8. Ərinti.
9. 5 və 1 %-li sulfat turşusu.
10. 7 %-li yeyici natrium məhlulu.
Yoxlama sualları
1. Tantal və niobium oksidləri.
2. Oksidlərin alınma üsulları.
- 48 -
3. Təcrübədə Ta və Nb oksidləri qatışığı alınma üsulları.
4. Tantal və niobiumun bir-birindən ayrılması üsulları.
5. Emal üsulları.
Ədəbiyyat
1. В.К.Кулифеев, Б.Г.Коршунов, Н.Н.Ракова, В.В.Сафонов “Металлургия
ред ких металлов и порошковал металлургия”.Лабораторный
практикум М. МИС и С. 1987
2. А.Н.Зеликман, Б.Г.Коршунов “Металлургия редких металлов”. М.
1991.
3. А.Н.Зеликман “Металлургия редких металлов”. М. 1980.
- 49 -
LABORATORİYA İŞİ № 10
ALÜMİNOTERMİKİ ÜSULLA FERRONİOBİIUM ALINMASI
İşin məqsədi
Laboratoriya şəraitində niobiumun alüminotermiki üsulla alınmasının öy-
rənilməsi işin əsas məqsədidir.
Nəzəri hissə
Son zamanlar işlənmiş niobiumun yüksək oksidləşmə dərəcəli oksidlərin-
dən alüminium vasitəsilə bərpası az mərhələli və sadə qurğulu olduğundan bu
üsul digər üsullara nəzərən üstünlük təşkil edir. Bu üsul aşağıdakı ekzotermiki
reaksiyaya əsaslanır:
3Nb
2
O
5
+10Al=6Nb+5Al
2
O
3
(10.1)
∆G
0
T
= -925,3+0,1362T, kq/mol Nb
2
O
5
Bu reaksiya yüksək xüsusi istilik effektinə (2640 kc/kq) malikdir. Bu görə
də kənardan qızdırma tələb olunmur. Əgər şixtədə alüminiumun stexiometrik
miqdardan 30-40 % artıq olarsa onda prosesin temperaturu ~2150-2200
0
C çatır.
Bərpa prosesinin tez baş verməsindən posa və metallik fazanın ərimə
temperaturuna nisbətən təqribən 100-150
0
C qalxması onların bölünməsi üçün
kifayət edir. Yuxarıda göstərilən miqdar alüminium artıqlığı olduqda tərkibində
8-10 % alüminium olan niobium ərintisi alınır. Bu zaman niobiumun real kənar
edilməsi 98-98,5 % təşkil etməlidir.
Sənaye miqyasında alüminotermiki bərpa polad butalarda həyata keçirilir.
Əritmə məhsullarını yaxşı boşaldılmasını təmin etmək üçün buta sökülə bilən
variantında hazırlanılır. Başqa mümkün variant isə massiv sökülə bilən mis
butalardan istifadə etməkdir. Qurudulmuş Nb
2
O
5
və ~100 mkm ölçülü
alüminium tozu qatışığı butaya doldurulur. Hava ilə əlaqəni kəsmək üçün buta
arqon ilə doldurulmuş kameraya yerləşdirilir. Bərpa reaksiyası şixtənin bütün
kütləsi boyu tez baş verir. Alınmış ərinti külçələri xırdalanır və 1800-2000
0
C
temperaturda vakuum termiki emala uğradılır. Bu məqsədlə alüminiumun əksər
hissəsini (miqdar 0,2% olana qədər) kənar etmək üçün ~0,13 Pa qalıq təzyiqi
şərtilə qrafit qızdırıcılardan istifadə edilir. Sonra elektron-qövslü sobalarda
saflaşdırıcı əritmə aparılır. Nəticədə yüksək təmizlikli niobium külçələri alınır.
bu külçələrin tərkibində qarışıqların miqdarı aşağıdakı kimi olur:
- 50 -
Al< 0,002%; C 0,005% ; Cu <0,0025%; Fe <0,0025 %; Mg, Mn, Ni, Sn
<0,001%; N 0,005% ; O
2
<0,010% ; Si< 0,0025% ; Ti <0,005% ; V< 0,0025 %
və s.
Qeyd etmək lazımdır ki,liqaturların metallotermiki üsulla alınması daha
geniş yayılmış üsuldur. Texniki təmiz metallar, ferroərintilər və liqaturlarla
poladın legirlənməsi böyük əhəmiyyət kəsb edir. Oksidli və digər
birləşmələrindən metalların alüminium ilə bərpası alüminotermiki üsul adlanır.
Metal oksidlərinin alüminium ilə qarşılıqlı əlaqəsini aşağıdakı tənlik formasında
göstərmək olar:
2/m Me
n
O
m
+4/3Al=2n/m Me+2/3Al
2
O
3
(10.2)
Reaksiyanın tarazlıq sabiti:
3
2
3
3
2
m
Al
O
Me
m
O
Al
n
Me
a
a
a
a
K
m
n
olar.
Burada: a
Me
, a
3
2
O
Al
,a
m
n
O
Me
,a
Al
uyğun maddələrin aktivlikləridir.
Tətbiqi
hesabatlar
apardıqda
maddənin
aktivliyinin
onların
konsentrasiyasına bərabər götürmək olar. Onda
3
2
3
3
2
m
Al
O
Me
m
O
Al
n
Me
N
N
N
N
K
m
n
olar.
Burada: N
Me
, N
3
2
O
Al
, N
m
n
O
Me
, N
Al
- uyğun maddələrin mollarla miqdarıdır.
Tarazlıq halında Me:Me
n
O
m
konsentrasiyaların nisbəti metalın maksimal kənar
edilməsi ilə xarakterizə edilir. Tarazlıq sabitinin temperatur asılılığı hansı ki, bu
Me və Me
n
O
m
-in tarazlıq konsentrasiyalarının ölçüsünü müəyyən edir,aşağıdakı
tənlik ilə alına bilər:
lgK=-∆G
0
T
/18,155T
Burada: ∆G
0
T
-reaksiyanın Gibbs enerjisidir, c/mol.
Bu reaksiyanın öz-özünə baş verməsi üçün əsas şərait bərpa olunacaq
metal oksidlərinə nisbətən alüminium oksidinin daha yüksək termodinamiki
möhkəmliyə malik olmasıdır.
- 51 -
Cədvəl 10.1
1900-2700K temperatur intervalında oksidlərin alüminium ilə bərpa reak-
siyalarının ∆H
0
T
və ∆S
0
T
qiymətləri.
Alüminotermiki bərpa reaksiyası
∆H
0
T
, kc/mol
∆S
0
T
, kc/(mol·K)
2/5Nb
2
O
5(k)
+4/3Al
(j)
=4/5Nb
(k)
+2/3Al
2
O
3
-370,14
0,0542
2/3Fe
2
O
3(k)
+4/3Al
(j)
=4/3Fe
(j)
+2/3Al
2
O
3
-577,00
0,0455
Təkcə kondensasiya olunmuş fazalar iştirak etdikdə xarici təzyiqin
dəyişməsi təcrübi olaraq reaksiya tarazlığına təsir etmir. Lakin bəzi hallarda
alüminotermiki bərpa reaksiyasının tarazlıq halının dəyişməsi üçün xarici
təzyiqin qiymətinin dəyişilməsindən istifadə etmək olar. Alüminotermiki
prosesin temperaturunun təqribi qiymətini aşağıdakı tənlik ilə hesablamaq olar:
h
E
E
H
H
t
1
0
1
0
/
/
/
/
Burada:
t-posa və metallik fazanın təbəqələşmə anında ərintinin temperaturu,
0
C
∆H
0
-oksid-bərpaedicinin əmələ gəlmə entalpiyası, C/q-ekv
∆H
1
-bərpa olunan oksidin əmələ gəlmə entalpiyası, C/q-ekv
E
0
-metal-bərpaedicinin ekvivalent kütləsi.
E
1
-bərpa olunan oksidin ekvivalent kütləsi.
h- əmsaldır, alüminotermiki reaksiya üçün 0,752 qəbul edilir.
İşin yerinə yetirilməsi
Laboratoriya şəraitində işi yerinə yetirmək üçün ilk növbədə tərkibində 20
% niobium olan 5 q ferroniobium almaq üçün şixtəni hesablamaq lazımdır. He-
sablanmış miqdar niobium və dəmir oksidləri saxsı qabda qarışdırılır. Alınmış
qatışığa alüminium tozu əlavə edilir. Şixtə ehtiyyatla qarışdırılır. Qurudulmuş
butanın dibinə 3,0 q kalsium oksid yerləşdirilir və sonra şixtə sıxlaşdırılır və
şüşə çubuq ilə şixtədə bir az dərində yuva açırlar. Açılmış yuvaya alışdırıcı
qatışıq yerləşdirilir. Alışdırıcı qatışıq qabda 4,5 q barium peroksid və 1q narın
alüminium tozunun silkələnməsi ilə alınır. Buta metallik qaba yerləşdirilir.
Metallotermiki reaksiya başa çatdıqdan sonra buta soyudulur və ondan
ferroniobium çıxarılır, posadan təmizlənilir və çəkilir. İşi yerinə yetirən zaman
təhlükəsizlik texnikası qaydalarına riayət etmək lazımdır. İşə təlimat keçdikdən
- 52 -
sonra başlamaq olar. İşə başlarkən müdafiə eynəyi taxmalı, təcrübəni sorucu
şkafda aparmalı və s.
Material və qurğular
1. Şamot və ya alund buta.
2. Metallik qab.
3. Niobium oksidi.
4. Dəmir oksidi.
5. Alüminium tozu.
6. Müxtəlif saxsı qablar.
7. Şnur.
8. Barium peroksid.
9. Kalsium oksid.
Yoxlama sualları
1. Metallotermiki bərpanın fiziki-kimyəvi əsasları.
2. Metallotermiki üsulla niobium və onun ərintilərini almaq üçün istifadə edilən
niobium birləşmələri.
3. Fe-Nb hal diaqramı.
4. Amillərin prosesə təsiri.
5. Lazımi reagent miqdarının hesablanılması.
6. Çıxımın hesablanılması.
7. Materiallara qoyulan tələbatlar.
8. Qurğular.
Ədəbiyyat
1. В.К.Кулифеев, Б.Г.Коршунов, Н.Н.Ракова, В.В.Сафонов “Металлургия
редких металлов и порошковая металлургия”. Лабораторный прак-
тикум М. МИС и С. 1987.
2. А.Н.Зеликман, Б.Г.Коршунов “Металлургия редких металлов”. М.
1991.
3. А.Н.Зеликман “Металлургия редких металлов”. М. 1980.
Dostları ilə paylaş: |