Способ получения гексафторида вольфрама

 

Изобретение относится к технологии получения гексафторида вольфрама из металлического вольфрама и может быть использовано, например, при регенерации вольфрама из вольфрамового скрапа. Металлический вольфрам фторируют элементным фтором при повышенной температуре. Процесс ведут при линейной скорости фтора в зоне реакции 0,1-0,5 см/с до остаточного содержания вольфрама в %, которое не меньше 50-кратной величины линейной скорости фтора, измеренной в см/с. Способ обеспечивает 99,9%-ное использование фтора. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения гексафторида вольфрама из металлического вольфрама и может быть использовано, например, для регенерации вольфрама из вольфрамового скрапа.

Известен способ получения гексафторида вольфрама фторированием вольфрам-ториевого скрапа элементным фтором при температуре 250-550^oС, 100%-ном избытке фтора и линейной скорости фтора в реакторе 0,6-0,8 см/с. Получаемый гексафторид вольфрама конденсируют при температуре -20^oС [Красильников В.А., Карелин А. И., Андреев Г.Г. и др. Фторидная технология редких и тугоплавких металлов. В сб. "X Симпозиум по химии неорганических фторидов" Тезисы докладов, М. 9-11 июня 1998, с.7]. Процесс ведут до полного превращения всего вольфрама в его гексафторид. Недостатками способа являются невысокая степень использования фтора (не более 80%) и низкое извлечение гексафторида вольфрама в продукт (45-80%).

Известен способ получения гексафторида вольфрама путем фторирования металлического вольфрама элементным фтором при температуре 200-500^oС [Агноков Т.Ш., Королев Ю.М. и др. Химия и технология молибдена и вольфрама. Вып.4 - Нальчик. 1978, с.22-31] (прототип). Процесс ведут в аппарате, представляющем собой никелевый цилиндр диаметром 56 мм и длиной 670 мм, который на 2/3 объема равномерно заполнялся фторируемым материалом. При рекомендуемом расходе фтора от 40 до 120 г/ч выход по фтору также невысок и составляет 90±5%.

В расчете на свободное сечение реактора процесс ведут при линейной скорости фтора в реакционной зоне 0,8-2,4 см/с.

Образовавшийся в процессе фторирования гексафторид вольфрама выделяют конденсацией в конденсаторе, охлаждаемом сухим льдом. Присутствие непрореагировавшего фтора в газовой смеси, направляемой из реактора фторирования в конденсатор, уменьшает степень конденсации гексафторида вольфрама.

Эффективность конденсации можно повысить, увеличив степень использования фтора на операции фторирования [Королев Ю.М., Агноков Т.Ш. и др. Химия и технология молибдена и вольфрама. // Межвузовский сборник: Нальчик, 1983, с. 26-34].

В упомянутом источнике информации говорится о 98%-ной полноте использования фтора на операции фторирования.

Задачей изобретения является повышение степени использования фтора при фторировании металлического вольфрама до 99,9%.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения гексафторида вольфрама фторированием металлического вольфрама элементным фтором при повышенной температуре процесс ведут при линейной скорости фтора в зоне реакции 0,1-0,5 см/с до остаточного содержания вольфрама в %, которое не меньше 50-кратной величины линейной скорости фтора, измеренной в см/с.

Как показали наши экспериментальные исследования, при скорости фтора в зоне реакции менее 0,1 см/с степень использования фтора падает до 90-80%. Тепла, выделяющегося при экзотермической реакции фтора с вольфрамом, по-видимому, не хватает для самопроизвольного поддержания температуры, необходимой для реагирования исходных веществ, образуется застойный слой продуктов реакции, препятствующий диффузии фтора к вольфраму.

Превышение скорости сверх 0,5 см/с ухудшает условия теплового режима фторирования, резко повышается температура в зоне реакции, процесс приобретает тенденцию к неуправляемости - степень использования фтора снижается.

В заявляемом интервале скорости фтора в зоне реакции (0,1-0,5 см/с) в реакторе обеспечивается режим, позволяющий переносить тепло, выделяющееся при реакции, к непрореагировавшей части вольфрама и, благодаря хорошей теплопроводности металла, распределять его по длине реактора и рассеивать через стенку реактора.

В этих условиях степень использования фтора максимальная.

Как показали наши исследования, непрореагировавшая часть вольфрама сохраняет роль теплопроводника и обеспечивает максимальную степень (до 99,9%) использования фтора до тех пор, пока ее количество превышает или равно 50-кратной величине линейной скорости (в см/с) фтора в зоне реакции.

Исходя из этого условия выбирают минимальную величину остаточного содержания вольфрама в каждом цикле фторирования, равную 50-кратной величине линейной скорости фтора.

С точки зрения производительности эта величина является и оптимальной - при повышении остаточного содержания вольфрама сверх 50-кратной величины скорости фтора уменьшается выход гексафторида вольфрама в цикле, для переработки заданной партии вольфрама требуется больше циклов.

Способ осуществляют следующим образом.

В реактор фторирования, соединенный с конденсатором, охлаждаемым до температуры -20÷-70^oС, загружают заданное количество металлического вольфрама. Реактор нагревают до температуры 200-250^oС и осуществляют подачу фтора в реактор с линейной скоростью в зоне реакциии 0,1-0,5 см/с. В результате выделения тепла в процессе реакции температура в реакторе повышается до 360^oС. Образующийся в результате реакции гексафторид вольфрама конденсируют в конденсаторе при температуре -20÷-70^oС.

Процесс ведут циклически до остаточного содержания вольфрама в реакторе в каждом цикле 5-25% от первоначально загруженного, причем конкретную величину остаточного содержания задают из условия, полученного экспериментальным путем, g ≥ 50 V, где g - остаточное содержание вольфрама в реакторе фторирования в каждом цикле в % от загруженного в начале цикла, а V - величина линейной скорости фтора в зоне реакции, см/с, задаваемая в пределах от 0,1 до 0,5 см/с.

По окончании каждого цикла в реактор фторирования дозагружают металлический вольфрам до заданного количества.

Результаты опытов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, заявляемый способ позволяет повысить степень использования фтора в способе получения гексафторида вольфрама до 99,9%.

Формула изобретения

Способ получения гексафторида вольфрама путем фторирования металлического вольфрама элементным фтором при повышенной температуре, отличающийся тем, что процесс ведут при линейной скорости фтора в зоне реакции 0,1-0,5 см/с до остаточного содержания вольфрама в %, которое не меньше 50 кратной величины линейной скорости фтора, измеренной в см/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1