Мазмұны

9.3 Бериллийді өндіру технологиясы

Бериллий оксиді термодинамикалық беріктігінің жоғары (G298 = -586 кДж) болуына байланысты металл бериллийді алу үшін бастапқы қосылыс ретінде пайдаланылмайды. ВеО-ны тотықсыздандыру кезінде кальций бериллийді СаВе13 түзілуіне байланысты кальциймен ластанған металл алынады. Көміртекті тотықсыздандыру арқылы ВеО-дан металл алу да мүмкін емес, өйткені бериллий карбиді түзіледі.
Қазіргі уақытта бериллий екі жолмен алынады: бериллий фторидін магниймен тотықсыздандыру және хлорид электролитінен электролиз арқылы.
Бериллий фторидінің магнийтермиялық тотықсыздануы. Бериллий галогенидтерінен металлотермиялық тотықсыздану үшін жоғары балқу температурасы (803 ℃) және қайнау температурасы (1327 ℃) бар фторидті қолдануды дұрыс деп санайды. Бұл бериллийдің балқу температурасынан (1283 ℃) жоғары температураның көтерілуімен атмосфералық қысымды тотықсыздандыруға және металды қождан оңай бөлуге мүмкіндік береді. Бериллиймен қосылыс және қатты ерітінді түзбейтін магний - тотықсыздандырғыш ретінде қолданылады:

Тотықсыздану индукциялық пештерде орналасқан қыздырылған графитті тигельдерде жүзеге асырылады. Тотығудан қорғау үшін флюс ретінде қосымша қоспаларды қоспайтын MgF2 және BeF2 қолданылады. Осы мақсатта магний стехиометрияның 75% мөлшерінде шихтаға енгізіледі. Қалған артық BeF2 флюстың құрамында болады. Герметикалық емес пеште процесті флюстың астында жүргізуге болады, бірақ таза металл алу үшін пешті инертті, газбен толтырған жөн.
Тотықсыздандыру 900-1000 ℃ температурада жүзеге асырылады, содан кейін температура бериллийдің балқу температурасынан жоғары 1300 ℃ дейін көтеріледі. Бұл жағдайда бериллий балқымасы флюстың бетіне жүзіп, бір құймаға "линза" жиналады. Тигельді салқындату кезінде бериллий шлактан бұрын қатаяды, бұл балқытылған шлактан бериллий құймасын қысқышпен алуға мүмкіндік береді. Осыдан кейін шлак тигель түбіндегі тесік арқылы графит ыдысына құйылады. Бериллий құймаларының бетіндегі шлакты алып тастап, құйманы айналмалы барабандарда сумен жуады.
Ұнтақталған шлактан ВеF2 аммоний фторидінің ерітіндісімен шаймалау арқылы алынады, ерітінді BeF2 өндіріс цикліне түседі.
Ерімейтін қалдықта тотықсыздандыру операцияларында қолданылатын магний фториді болады. Алынған бериллий құймаларында 1,5% дейін Mg, шамамен 0,1% ВеО, ~0,1% Fe, Al және басқа қоспалар бар. Ол 1500 ℃ температурада рафинациялық вакуумдық қайта балқытуға ұшырайды. Балқыту графит қалыптарына құйылған индукциялық пештерде бериллий оксидінің тигельдерінде жүзеге асырылады. Балқытылған бериллий келесі қоспалармен сипатталады,%: Fe 0,05-0,1; Al 0,02 - 0,03; Si 0,01 - 0,03; Мn 0,01 - 0,02; Mg 0,03 - 0,05; Сu 0,003 - 0,005; Ni 0,003-0,005.
Сонымен қатар, бериллийді карбид пен бериллий оксидінің, шлактың дисперсті қосылыстарынан центрифугалық құюмен біріктірілген вакуумды балқыту арқылы тазартуға болады.
Берилийді электролизбен алу. Бериллийді электролиттік өндірудің өнеркәсіптік әдісі құрамында салмағы бойынша 1:1 қатынасында ВеСl2 және NaCl бар хлоридті электролитті қолдануға негізделген. Бұл қатынас төмен температурада (шамамен 350 ℃) электролиз жүргізуге мүмкіндік беретін 215 ℃ температурада еритін эвтектика құрамына жақын (58,7% ВеС12 + 41,3% NaCI).
420 ℃ температурада эвтектикалық құрамның балқымасындағы ВеСl2 ыдырау кернеуі 2,08 В құрайды. Анод ретінде графит таяқшасы, катод ретінде ваннаға салынатын никельді ауыстырмалы перфорацияланған тигельдер қолданылады (3.2-сурет).
Ауыстырмалы катодты қолданған кезде бастапқыда электролит бериллийге қарағанда электропозитивті қоспалардан тазартылады (Si, Fe, Ni және т.б.), шамамен 1,5 В кернеуде (яғни, ВеС12-нің ыдырау кернеуінен төмен). Содан кейін катод ауыстырылады және кернеуді қажетті мәнге дейін жоғарылатады, бұл кезде катод - тигелдің қабырғаларында бериллий қабыршақтар түрде бөлінеді. Анодтан бөлінетін хлор электролизер қақпағындағы құбыр арқылы шығарылады. Электролиз бастапқы катодтық ток тығыздығы ~0,1 А/см2 және анодтық ток тығыздығы шамамен 0,4 А / см2 жағдайында жүргізеді. Ток бойынша шығын 60-65% құрайды.

Бериллий тұнбасы бар катод, ваннадан ыстық күйінде алынады. Салқындағаннан кейін электролитті бөлуге арналған катодтан алынған металл сумен, сосын азот қышқылымен, сұйылтылған сілтінің ерітіндісімен қайтадан сумен жуылады, центрифугаланады және кептіріледі.
Қабыршақты бериллий гидравликалық престе брикеттерге басылады, брикеттер вакуумдық пеште бериллий оксидінен жасалған тигельдерде ериді. Төменде вакуумды балқытудан кейінгі электролиттік бериллийдегі қоспалардың шамамен мөлшері келтірілген,%: Fe 0,007; Аl 0,003; Si 0,02 - 0,003; Ni 0,003; Cl 0,002; Сu0,002; Са 0,003.