ИТС 24-2017 Производство редких и редкоземельных металлов

     2.1 Бериллий

Технологии получения соединений бериллия

Из черновых бериллиевых концентратов получают оксид и гидроксид бериллия, из которых затем получают фторид или хлорид бериллия - исходные соли для производства металлического бериллия.

В промышленной практике преимущественно применяют сульфатный способ переработки концентратов для получения оксида и гидроксида бериллия.

Сульфатный способ основан на переводе бериллия вместе с алюминием и железом в сернокислый раствор с оставлением основной массы диоксида кремния в нерастворимом остатке. Поскольку берилл медленно реагирует с концентрированной серной кислотой даже при температуре 200°С-250°С, проводят подготовительные операции сплавления концентрата с известью или термическое активирование берилла.

С известью концентрат плавят в электродуговых печах при температуре 1500°С-1600°С. Ориентировочно протекающий процесс описывается реакциями:

                 (2.1)

     
                                                (2.2)

Расплав гранулируют в воде и гранулы измельчают. Образующиеся в результате плавки соединения хорошо разлагаются концентрированной серной кислотой.

При термическом активировании берилла концентрат плавят при температуре 1700°С в дуговой печи с последующим быстрым охлаждением плава (закалкой) грануляцией в холодной проточной воде. Преимущество термического активирования перед плавкой с известью - меньший расход серной кислоты, которую в этом случае не приходится расходовать на взаимодействие с соединениями кальция.

Сульфатизация и выщелачивание

Для перевода бериллия и других компонентов в сульфаты измельченный гранулированный материал обрабатывают концентрированной серной кислотой при температуре 150°С-200°С в стальных реакторах. Затем полусухую массу выщелачивают водой при нагревании. В раствор переходят сульфаты бериллия, алюминия, железа, магния.

Из очищенного раствора выделяют гидроксид бериллия двумя способами:

1 Прямое осаждение гидроксида бериллия добавлением гидроксида натрия или пропусканием аммиака. При рН 7,5 и нагревании раствора до температуры 95°С-98°С выделяются хорошо фильтруемые осадки гидроксида бериллия (-форма).

2 Гидролитическое разложение бериллата натрия, полученного при добавлении в раствор сульфата избытка гидроксида натрия:

                             (2.3)

     
                                     (2.4)

Полученный технический гидроксид бериллия служит исходным материалом для получения чистого оксида бериллия и его солей. Из него также получают прокаливанием при температуре 700°С-800°С и технический оксид бериллия.

Для получения оксида бериллия высокой чистоты, применяемого в ядерной энергетике и производстве огнеупорных изделий, технический гидроксид очищают, используя различные способы.

Карбонатно-аммонийный способ очистки основан на растворении гидроксида бериллия в насыщенном растворе карбоната аммония, тогда как гидроксид алюминия и железа нерастворимы в них.

Дополнительная очистка от следов тяжелых металлов достигается осаждением сульфидов. При кипячении раствора комплексный карбонат разлагается с выделением основного карбоната бериллия. Прокаливанием последнего получают оксид бериллия.

Эффективен ацетатный способ очистки, который заключается в возгонке оксиацетата бериллия при температуре 360°С-400°С. Иногда чистый оксид бериллия получают через кристаллогидрат сульфата бериллия , который кристаллизуют выпариванием из сульфатного раствора.

Металлургия бериллия

Для металлотермического восстановления бериллия используют его фторид, который обладает высокими температурами плавления (800°С) и кипения (1327°С). Это позволяет проводить восстановление при атмосферном давлении с подъемом температуры выше плавления бериллия (1284°С), в результате чего легко отделить металл от расплава солей. В качестве восстановителя используют магний, не образующий с бериллием соединений и твердых растворов:

,                                                    (2.5)

     
кДж, кДж.