ИТС 24-2017 Производство редких и редкоземельных металлов

     1.3.1 Легкие редкие металлы

1.3.1.1 Бериллий самый легкий из конструкционных материалов. Металлический бериллий был получен восстановлением его хлорида. Производство соединений бериллия металла и его сплавов возникло в 20-30 годах прошлого столетия.

Среднее содержание бериллия в земной коре (по А.П.Виноградову) равно 3,8·10. Известно около 40 минералов бериллия, представляющих преимущественно различные сложные селикаты. Промышленное значение имеют берилл, хризоберилл, гельвин, бертрандит и даналит.

Производство бериллия в нашей стране пока не соответствует ее потребностям и потенциальным возможностям. Единственное традиционно эксплуатируемое месторождение бериллиевого сырья "Изумрудные копи" представлено флогопит-маргарит-бериллиевыми рудами плагиоклазитов. Их эксплуатация осуществляется Малышевским РУ, специализированным на выпуск драгоценного кристаллосырья - изумрудов с сопутствующим александритом. Попутно в советское время выпускался преобладающий количественно берилловый концентрат при содержании в исходной руде 0,14% ВеО. Кроме того, берилл (с танталоколумбитом) извлекался из пегматитов соседних месторождений (Квартальное, Липовый Лог), характеризующихся Ta-Nb-Be-й специализацией. Попутные берилловые концентраты выпускались также Забайкальским ГОКом, специализированным на производстве профилирующей литиевой (сподумен) продукции, и Белогорским ГОКом (Казахстан), специализированным на выпуске танталовых концентратов.

Сложнее будет решаться задача глубокой химико-металлургической переработки различного бериллиевого сырья, которая в СССР осуществлялась на Ульбинском химико-металлургическом заводе в г.Усть-Каменогорске. Тем более что ее решение предусматривалось нереализованной Федеральной программой "ЛИБТОН" Росатома (1996 г.). Предпринимаемые в настоящее время попытки ее реанимировать на базе приостановленных, дезинтегрированных и частично утраченных мощностей бывшего Забайкальского ГОКа в пос.Первомайском с использованием остаточных руд и техногенных ресурсов с недопустимо низкими содержаниями редких металлов, нерешенными технологическими задачами их извлечения и потребительского спроса по-прежнему представляются нереальными.

Потребности России в бериллии частично (в пределах 1,5-2 т) удовлетворяются за счет импорта из Казахстана продукции Ульбинского ХМЗ. В перспективе на 2020 г. ежегодные потребности в целом оцениваются в 70 т (в СССР порядка 100 т) при условии роста его использования высокотехнологичными производствами (аэроракетнокосмическая техника, оборонно-промышленный комплекс, атомными, телекоммуникационными и др.). Поэтому необходимо государственное решение бериллиевой проблемы как за счет мобилизации собственных ресурсов, так и за счет привлечения их из стран ЕврАзЭС, включая организацию совместных производств на ОАО "Ульяновский моторный завод" и увеличение импорта из зарубежных стран как сырья, так и конечной бериллиевой металлопродукции.

Бериллий, благодаря оптимальному сочетанию физических, химических и механических свойств, оценивается в современном мире как космический металл: один из самых легких, прочных, тугоплавких, коррозионно устойчивых и сохраняющих размерность при температурных колебаниях. В АРКТ используются облегченные конструкции из бериллиевых материалов ("Шаттл"). Наиболее заметно расширяется использование бериллиевых сплавов - от традиционного производства наиболее известных бериллиевых бронз - Cu-Ве (от 0,2%-0,7% до 2% Be) и Al-Be-х (до 68% Be) до создания фирмой BWI уникального сплава Alloy 390 для мобильных телефонов.

1.3.1.2 Литий был открыт в 1817 г. в минерале петалите (алюмосиликате лития), из которого его выделили в виде сульфата. В элементарном виде литий был получен разложением его оксида электрическим током. В 1855 г. был разработан промышленный способ получения лития электролизом его хлорида.

Литий - элемент I группы периодической системы Д.И.Менделеева, самый легкий из металлов. Природный литий содержит смесь двух изотопов (7,52%) и (92,48%). Изотопы лития резко отличаются по значению поперечного сечения захвата тепловых нейтронов.

Порядковый номер - 3.

Плотность, г/см - 0,531.

Температура, плавления - 180,5°С.

Вместе с тем литий - самый электроотрицательный элемент в водной среде. Эта аномалия объясняется сильной гидратацией иона лития. В расплавленных средах, где отсутствует гидратация, потенциал лития выше, чем других щелочных металлов, что согласуется с величинами ионизационных потенциалов.

В сухом воздухе при обычной температуре литий медленно реагирует с кислородом и азотом, покрываясь пленкой, содержащей оксид и нитрид лития. Реагирование ускоряется в присутствии влаги. В кислороде (-200°С) литий горит голубым пламенем, образуя оксид. Литий энергично разлагает воду с выделением водорода и образованием раствора гидроксида. С водородом при температуре 500-600°С литий образует гидрид LiH, с азотом выше 250°С -  нитрид . Фтор, хлор и бром реагируют с литием на холоде, йод - при нагревании. Сера, углерод и кремний при нагревании взаимодействуют с литием с образованием соответственно сульфида , карбида и силицида . Углекислый газ активно реагирует с литием, образуя карбонат лития.

Большинство металлов и сплавов координирует в жидком литии. Никель и сплавы никеля с хромом удовлетворительно стойки в жидком литии до температуры 225°С. Наиболее устойчивы против действия лития до температуры 1000°С ниобий, тантал и молибден. Кварц, стекло и фарфор быстро растворяются в литии при температуре 200°С.

Литий занимает особое положение среди щелочных металлов, сближаясь по ряду свойств со щелочно-земельными, особенно с магнием. Это сходство проявляется в относительно малой растворимости карбоната, фосфата и фторида лития, а также в более резко выраженной, чем у остальных щелочных металлов, способности к образованию двойных солей с остальными представителями группы.

Оксид лития - бесцветное кристаллическое вещество, образующееся при окислении лития кислородом, а также термическом разложении гидроксида, карбоната или нитрата лития. Оксид растворяется в воде с сильным разогревом с образованием раствора гидроксида LiOH.

Растворимость гидроксида лития в воде примерно в пять раз ниже растворимости гидроксидов натрия и калия:

При выпарке из раствора кристаллизуется моногидрат лития - сильная щелочь. В твердом состоянии и в концентрированных растворах уже при обычной температуре он разрушает стекло и фарфор, поэтому его хранят в таре из пластмассы.

Карбонат лития , отличается сравнительно малой растворимостью в воде: 1,26% (при 25°С) и 0,83% (при 75°С).

Сульфат лития - хорошо растворимая соль: 25,7% при 20°С и 23,1% при 80°С. В отличие от сульфатов натрия и калия сульфат лития не образует двойных солей типа квасцов.

Хлорид лития LiCI - бесцветное вещество (=614°С, =1380°С). Соль хорошо растворима в воде (80,6% при 20°С). В отличие от хлоридов натрия и калия хлорид лития растворяется в органических растворителях (спиртах, кетонах, хлороформе и др.) с образованием литийорганических соединений.

Фтористый литий - белое кристаллическое вещество (=848°, =1680°С). Соль малорастворима в воде (0,133% при 25°С, не растворяется в соляной кислоте, но легко растворяется в азотной и серной кислотах.

Гидрид лития LiH - твердое вещество белого цвета (t=690°С). Получается взаимодействием расплавленного лития с водородом при температуре 680-700°С. В отсутствие водорода термически разлагается при температуре 800-850°С. Водой энергично разлагается с выделением водорода: