Nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế thử nghiệm bột zirconi kim loại bằng phương pháp nhiệt kim can xi

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 - 2008 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH ĐIỀU CHẾ THỬ NGHIỆM BỘT ZIRCONI KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HOÀN NGUYÊN NHIỆT CANXI MÃ SỐ: ĐT – 08/07 – 09/NLNT CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CÔNG NGHỆ XẠ HIẾM CƠ QUAN CHỦ QUẢN: VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KSC NGUYỄN VĂN SINH 7952 2 MỤC LỤC NỘI DUNG Trang MỤC LỤC 2 Cán bộ tham gia đề tài 5 Một số ký hiệu và chữ viết tắt 6 Abstract 6 Tóm tắt 6 PHẦN I. MỞ ĐẦU 8 PHẦN II. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN 10 II.1. Lịch sử phát triển của zirconi và bột zirconi kim loại 10 II.2. Những nghiên cứu lý luận dẫn đến các phương pháp sản xuất hiện nay 12 II.3. Tổng quan các phương pháp điều chế zirconi kim loại 13 II.3.1. Các ph ương pháp khử 13 II.3.2. Các phương pháp điện phân 17 II.3.3. Các phương pháp phân huỷ nhiệt 17 II.4. Cơ sở lý thuyết quá trình hoàn nguyên nhiệt kim 19 II.4.1. Các tính chất của zirconi và hợp chất của nó 19 II.4.1.1. Tính chất của zirconi kim loại 19 II.4.1.2. Tính chất của zirconi tetraclorua 19 II.4.1.3. Tính chất của zirconi dioxit 19 II.4.2. Cơ sở lựa chọn kim loại hoàn nguyên 20 II.4.3. Cơ sở lựa chọn chất trợ dung 21 II.4.4. Lý thuyết quá trình hoàn nguyên nhiệt kim 22 II.4.4.1. Hoàn nguyên oxit nói chung và ZrO 2 nói riêng 22 II.4.4.2. Hoàn nguyên zirconi tetraclorua 24 II.5. Các phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm 25 II.5.1. Nhiệt độ bùng cháy 25 II.5.2. Tốc độ cháy 26 II.5.3. Kích thước hạt 26 II.5.4. Diện tích bề mặt 27 II.5.5. Hàm lượng Zr và tạp chất 27 II.5.6. Hàm lượng zirconi hoạt hóa 27 PHẦN III. THỰC NGHIỆM 29 III.1. Các thiết bị chính sử dụng trong nghiên cứu công nghệ 29 III.2. Các hóa chất thí nghiệm 29 III.3. Phương pháp nghiên cứu 29 III.4. Kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị 29 III.4.1. Thiết kế chế tạo lắp ráp hệ thiết bị nhiệt kim 29 III.4.2. Thiết kế chế tạo chén nhiệt kim 31 3 III.4.2.1. Chén nhiệt kim hệ hở 31 .III.4.2.2. Chén nhiệt kim hệ kín áp lực 31 III.3. Thiết kế chế tạo bom nhiệt kim 32 III.4. Nghiên cứu gia công điều chế nguyên liệu đầu 33 III.4.1. Nghiên cứu gia công canxi kim loại 33 III.4.1.1. Kết quả canxi thu được sau khi gia công 33 III.4.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ bảo quản tới chất lượng canxi 34 III.4.2. Nghiên cứu gia công muối trợ dung (TrD): CaCl 2 , NaCl, KCl 34 III.5. Nghiên cứu điều chế tetraclorua zirconi 35 PHẦN IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THẢO LUẬN 37 IV.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ nhiệt kim 37 IV.2. Nghiên cứu công nghệ xây dựng qui trình nhiệt kim 37 IV.2.1. Nghiên cứu tác dụng của chất trợ dung (TrD) tới khả năng hình thành bột 38 IV.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng TrD tới chất lượng sản phẩm 39 IV.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng ZrO 2 tới chất lượng sản phẩm 40 IV.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng Ca đến chất lượng sản phẩm 41 IV.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt kim đến chất lượng sản phẩm 41 IV.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng khí Ar đến chất lượng sản phẩm 42 IV.2.7. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đế n hệ số thu hồi và chất lượng sản phẩm 43 IV.2.8. Ảnh hưởng của áp suất chân không tới chất lượng sản phẩm 43 IV.3. Nghiên cứu qui trình xử lý sản phẩm sau nhiệt kim 44 IV.3.1. Nghiên cứu tỷ lệ R/L tới tốc độ hòa tan 44 IV.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HCl để tách tạp chất trong bán sản phẩm tới chất lượng sản phẩm 45 IV.3.3. Nghiên cứu điều ki ện rửa sản phẩm bằng dung môi etilic 46 IV.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của số lần rửa sản phẩm bằng axeton tới chất lượng sản phẩm 46 IV.3.5. Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ sấy tới chất lượng sản phẩm 47 IV.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường bảo quản tới chất lượng sản phẩm 48 IV.5. Phân tích đánh giá chất lượng s ản phẩm 50 IV.5.1. Đánh giá phổ kích thước hạt 50 IV.5.2. Đánh giá hàm lượng Zr và Zr hoạt hoá 51 IV.5.3. Đánh giá hàm lượng Zr chung và các tạp chất 53 IV.5.4. Đánh giá nhiệt độ bùng cháy 54 PHẦN V. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG 56 V.1. Chuẩn bị mẫu hỗn hợp thuốc hỏa thuật mồi cháy MC1 56 4 V.2. Nghiên cứu tinh luyện bột Zr – XH 56 V.3. Xác định diện tích bề mặt sản phẩm sau nung 61 V.4. Ứng dụng vào chế tạo thuốc hỏa thuật MC1 62 V.5. Nghiên cứu mở rộng qui mô thiết bị 63 PHẦN VI. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 66 VI.1. Sơ đồ qui trình 66 VI.2. Hạch toán giá thành sản phẩm 67 PHẦN VII. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 VII.1. Kết luận 68 VII.2. Kiến nghị 68 Lời cám ơn 69 Tài liệu tham khảo 70 Ph ụ lục 1: Bảng tham khảo tiêu chuẩn bột zirconi các nước Phụ lục 2: Qui trình công nghệ điều chế bột zirconi kim loại 71 72 5 CÁN BỘ THAM GIA ĐỀ TÀI STT Họ và tên Học hàm, học vị, chuyên môn Cơ quan 1 Nguyễn Văn Sinh KSC Viện Công nghệ xạ hiếm 2 Cao Phương Anh KS Nt 3 Đào Trường Giang KS Nt 4 Trần Duy Hải KS Nt 5 Trần Thị Thanh Hiền KS Nt 6 Ngô Quang Hiển KS Nt 7 Tạ Thị Phương Mai KS Nt 8 Đàm Văn Tiến KS Nt 9 Trần Thị Hồng Thái ThS Nt 10 Nguyễn Minh Đức SV Đại học Công nghệ 6 MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ICP - MS Kh KTH, µm Lt Tt TrD t b/c , o C ϑ, cm/s η sf % R L S, m 2 /g Khối phổ plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) Chất khử hay chất hoàn nguyên Kích thước hạt, µm Lý thuyết Thực tế Chất trợ dung Nhiệt độ tự bùng cháy Tốc độ cháy, cm/s Hiệu suất thu sản phẩm, % Rắn Lỏng Diện tích bề mặt, m 2 /g Abstract Zirconium metal, especially in the state of powder, is a material that is widely used in lots of industrial fields. The consumption of zirconium metal for nuclear industry is 90% of the quantity of zirconium produced on the world. The left (10%) is used in different non-nuclear industry fields such as metallurgy, chemistry, and national defense. The results reported comprises 1) A system for the metal-thermic reduction that was well sealed to be able to reduce the pressure of the system to 10 -2 atmosphere at 900- 1000 0 C was made. This equipment unit gave the productivity of 100-300g/batch. 2) A procedure for technology of reducing zirconium dioxide by metal-thermic method using calcium was determined. Obtained product had the total zirconium content of 98.51% and other specifications such as activated zirconium content of 95,00%, total damaging element content of less than 2%, self-combust temperature of lower than 200 0 C, meant particle size of 4.891µm, particle size distribution range of 0,06-19 µm. Those specifications were almost the same as the ones of products from other countries, and satisfied the request of the Military Industrial. A very important part of the know- how that is vacuum distill refinement of metal powder at 800 0 C in the high-vacuum refining furnace VRS-15G was successfully employed to obtain high quality zirconium powder. The application of the obtained products to prepare pyrotechnic MC1 for detonator fuse heads at Military Industrial Head Office was also reported Tóm tắt Zirconi kim loại nói chung, bột zirconi kim loại nói riêng là nguyên liệu được ứng dụng rất rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của công nghiệp. 90% zirconi kim loại được ứng dụng vào công nghiệp nguyên tử, còn lại 10% được ứng dụng vào các ngành 7 công nghiệp khác phi hạt nhân như công nghiệp luyện kim, công nghiệp hóa chất và ứng dụng đặc biệt quan trọng trong công nghiệp quốc phòng. Báo cáo này trình bày các kết quả đã nghiên cứu, đó là: Hệ thiết bị nhiệt kim do đề tài chế tạo đảm bảo độ kín áp suất chân không đến 10 -2 at ở nhiệt độ 900 - 1000 o C đạt năng suất sản phẩm 100 - 300g/mẻ; Qui trình công nghệ hoàn nguyên nhiệt kim dioxit zirconi bằng canxi kim loại, đã thu được bột kim loại với hiệu suất sản phẩm 95 - 98%, đạt chỉ tiêu thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn các nước và tiêu chuẩn quân sự của Tổng cục Công nghiệp quốc phòng là hàm lượng tổng Zr đạt 98,51%; hàm lượng Zr hoạt hóa đạt 95,0%, tổng các tạp chất có hại nhỏ hơn 2%, nhiệt độ bùng cháy ≤ 200 o C (đạt tiêu chuẩn qui định), kích thước hạt trung bình đạt 4,891 µm, phổ phân bố kích thước hạt từ 0,06 đến 19 µm. Trong báo cáo này trình bày một phần quan trọng của yếu tố công nghệ là tinh luyện sản phẩm ở nhiệt độ 800 o C trong lò tinh luyện chân không cao VRS-15G, bột thu được có chất lượng cao. Sản phẩm của đề tài đã được nghiên cứu ứng dụng vào chế tạo thuốc hỏa thuật mồi cháy MC1 tại Tổng cục công nghiệp quốc phòng Bộ Quốc phòng, kết quả cũng được trình bày trong báo cáo này. 8 PHẦN I. MỞ ĐẦU Zirconi kim loại nói chung và bột zirconi kim loại nói riêng là vật liệu đặc biệt, có một số tính chất đặc trưng mà không kim loại nào có được, đó là: tiết diện bắt nơtron nhiệt thấp (0,185 đến 0,2 barn); nhiệt độ nóng chảy cao, khả năng chống ăn mòn lớn, khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có độ dẻo cao, dễ gia công cơ học. Nhờ có các tính chất đặc biệt đó nên zirconi được sử dụng chính trong lĩnh vực hạt nhân làm vỏ bọc viên nhiên liệu. Hiện nay trên thế giới có khoảng 80 – 90% zirconi kim loại sản xuất ra được dùng vào công nghiệp hạt nhân. Ngoài lĩnh vực hạt nhân ra còn khoảng 10% được dùng trong công nghiệp quốc phòng, điện, điện tử, chế tạo máy, hàng không, vũ trụ, luyện kim và hoá chất. Các sản phẩm chính có liên quan đến zirconi là: ZrO 2 được dùng trong lĩnh vực gốm sứ, gốm cao cấp, gốm chịu nhiệt, chịu mài mòn. Silicát zirconi sạch, mịn được dùng trong thuỷ tinh, gốm sứ. Các hợp chất của Zr như ZrC, ZrN để chế tạo lớp lót chịu nhiệt độ cao ứng dụng vào chế tạo tuy-e tên lửa. Các loại muối như ZrCl 4 , ZrF 4 , ZrI 4 được sử dụng rất nhiều vào chế tạo Zr kim loại chất lượng cao. Đặc biệt ZrCl 4 được sử dụng làm nguyên liệu để kết tủa đồng thời với các hợp chất hữu cơ C m H n trong môi trường khí trơ bằng phương pháp bốc hơi ngưng tụ tạo ra lớp ZrC ứng dụng vào chế tạo các chi tiết chịu nhiệt của tên lửa. Zr là nguyên tố rất hoạt động vì vậy trong tự nhiên chúng chỉ tồn tại dưới dạng hợp chất. Khoáng chất phổ biến nhất của Zr trong tự nhiên có dạng ZrO.SiO 4 . Sản phẩm này ở Việt Nam có trữ lượng khá lớn tới hàng triệu tấn nằm dọc bờ biển miền Trung. Do đó đây đây là yếu tố rất thuận lợi để Việt Nam chế biến và sử dụng các sản phẩm từ zircon. Zr là nguyên tố nằm ở nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn có số thứ tự z= 40, khối lượng nguyên tử 91,22. Dạng tự nhiên chủ yếu tồn tại ở đồng vị 90 Zr = 51%; 91 Zr = 11,2%; 92 Zr = 17,1%,… Zr không tan trong HCl, H 2 SO 4 , nước cường thuỷ nhưng tan trong HF và hỗn hợp của H 2 SO 4 với (NH 4 ) 2 SO 4 theo tỷ lệ 3/2. Hiện nay trên thế giới, sản xuất zirconi kim loại xốp theo phương pháp Kroll do J. W. KRoll phát minh ra. Cũng như zirconi kim loại, bột zirconi kim loại có nhiều tính chất đặc biệt khác hẳn với các bột kim loại khác là nhiệt độ tự cháy thấp, năng lượng nhiệt cháy sinh cao, có thể cháy được cả trong môi trường ẩm hoặc nước, yếm khí nên nó được dùng nhiều trong công nghiệp quốc phòng để chế tạo thuốc hoả thuật, dây cháy chậm, ngòi hẹn giờ, kíp nổ vi sai. Đặc biệt là chất cháy có năng lượng nhiệt cao, nhiệt độ tự cháy thấp nên chúng được ứng dụng đặc biệt làm chất cháy cung cấp năng lượng nhiệt cho các loại pin nhiệt trong tầng đẩy thứ hai của tên lửa trong công nghiệp quốc phòng. Ngoài ra trong công nghiệp luyện kim nó được chế tạo hợp kim Zr-Cu, Zr-Sn, Zr-Al,…để chế tạo các chi tiết trong lĩnh vực điệ n, điện tử, ống điện từ, đèn nháy, các ống thu khí, làm vật liệu bền nhiệt, bền hoá,…Trong công nghiệp hoá chất, bột Zr được dùng làm tác nhân xúc tác cho một số phản ứng hoá học. Đặc biệt zirconi là kim loại có tính bền cao 9 với môi trường ăn mòn, với các axit HCl, HNO 3 và trong kiềm, bền ở nhiệt độ cao, tính chất này được kết hợp với tính chất không bắt nơtron chậm nên hợp kim của nó được làm vật liệu cấu trúc chủ yếu của lò năng lượng nguyên tử. Vì có nhiều ứng dụng quan trọng trên đây nên năm 2007 - 2009 Viện Công nghệ xạ hiếm Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã triển khai nghiên cứu đề tài điều chế bột zirconi kim loại là: “Nghiên cứu xây dựng qui trình điều chế thử nghiệm bột zirconi kim loại bằng phương pháp hoàn nguyên nhiệt canxi” để cung cấp sản phẩm cho công nghiệp quốc phòng theo mục tiêu và các nội dung cần đạt được sau đây: Mục tiêu: 1. Thiết kế chế tạo thiết bị hoàn nguyên nhiệt kim với năng suất 100g/mẻ; 2. Xây dựng qui trình điều chế bột zirconi kim loại bằng phương pháp hoàn nguyên v ới canxi. Nội dung: 1. Nghiên cứu chế tạo hệ thiết bị nhiệt kim; 2. Nghiên cứu khảo sát lựa chọn, gia công các nguyên liệu đầu; 3. Nghiên cứu xây dựng qui trình hoàn nguyên nhiệt kim bằng canxi; 4. Nghiên cứu xây dựng qui trình xử lý bán sản phẩm sau hoàn nguyên; 5. Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm Zr kim loại bột; 6. Khảo sát đánh giá chất lượng sản phẩm bằng nhiệt độ bùng cháy sau thời gian lưu giữ; Thời gian thực hiệ n: 2 năm: 2007 – 2009; Kinh phí thực hiện: 400 triệu đồng; Sản phẩm đề tài: 1. Hệ thiết bị nhiệt kim qui mô phòng thí nghiệm; 2. Sản phẩm bột Zr kim loại, số lượng 1500g, hàm lượng ≥ 95%; 3. 01 bài báo: “Nghiên cứu xây dựng qui trình điều chế thử nghiệm bột zirconi kim loại bằng phương pháp hoàn nguyên nhiệt canxi” đăng trên tạp chí Nuclear Science Technology của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam. 10 PHẦN II. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN II.1. Lịch sử phát triển của zirconi và bột zirconi kim loại Vào năm 1945 Cục khai khoáng mỏ Albani ở Mỹ bắt đầu tiến hành nghiên cứu khảo sát tính kinh tế của việc chế tạo zirconi kim loại dẻo. Các nhà khoa học đã sử dụng các dữ liệu công nghệ có được từ năm 1921, tuy nhiên các khuynh hướng mới ban đầu được đề cập đến là của nhà bác học William J. KRoll, một nhà luyện kim đã được hoàn thiện từ l ĩnh vực kim loại đất hiếm. Một quá trình khử magie để chế tạo titan kim loại dẻo được phát triển bởi William KRoll tại phòng thí nghiệm ở Luxambua và tác giả đã khẳng định rằng có thể xử dụng công nghệ cơ bản tương tự để chế tạo zirconi kim loại. Năm 1824 nhà hoá học Berzelius người Thuỵ Điển đã điều chế được bột zirconi kim loại bằ ng việc khử natriflorua zirconi với natri, tuy nhiên sản phẩm vẫn còn lẫn nhiều tạp chất. Cho mãi tới năm 1865 khi mà Troost sau khi lặp lại nhiều lần các thí nghiệm của Berzelius đã mở ra được khả năng điều chế zirconi kim loại, như vậy đã thu được kim loại bằng việc khử hơi của ZrCl 4 với magie. Không riêng Berzelius mà cũng không riêng Troost đã điều chế ra zirconi sạch, kim loại sạch này có tính dễ dát mỏng, dễ uốn và có khả năng chịu được ăn mòn cao mà cả Lely và Hamburger cũng đã chế tạo được các viên kim loại zirconi dẻo bằng phản ứng của hơi tetrazirconi clorua được ngưng tụ lại với natri kim loại trong bom áp suất kín. Vào các năm tiếp theo, năm 1925 Van Arkel đã giới thiệu phương pháp phân ly nhiệt muối iôt. Von Zeepplin đã phát triển tiếp phương pháp của Troost và đã có được các patent vào các năm 1939, 1940 và 1941. Phương pháp trên là nung nóng chảy NaCl – ZrCl 4 và magie trong một chén sắt. Hỗn hợp được nóng chảy hoàn toàn, muối hòa tan được gạn bỏ đi, phần kim loại được tạo ra ở đáy chén hoà tách với nước, axit clohydric và được sấy khô. Tính ròn của kim loại zirconi là do có lượng lớn tạp chất phi kim loại mà cơ bản là oxy, hydro và nitơ. Các khí này được sinh ra trong quá trình khử, trong dung dịch nước khi xử lý sản phẩm sau nhiệt kim bằng phương pháp ướt hoặc trong quá trình bảo quản do kim loại tiếp xúc v ới không khí. Việc loại không khí và các chất khí nhiễm bẩn ở mức tới hạn nào đó thì đã tạo được kim loại xốp dẻo. Để thực hiện được giải pháp này cần tiến hành điều chế sản phẩm trong chân không và trong môi trường khí trơ. Tháng 2 năm 1945, chỉ 90 gam zirconi kim loại đầu tiên điều chế được bằng phương pháp khử magie tại phòng thí nghiệm của Albany, điều này đã t ạo nên một sự phấn khích lớn, sự động viên lớn cho các nhà khoa học tại đây. Sau đó trên cơ sở này các nhà khoa học đã phát triển tiếp quá trình công nghệ, tháng 11 năm 1945 lớp zirconi kim loại đầu tiên được hình thành ở dưới đáy của lò arc-melting. Vào đầu tháng 12 năm 1945 từ 1,8 đến 2,7 kg zirconi kim loại trên một tuần đã được chế tạo phục vụ cho công việc nghiên cứu hoá học, sản xuất và nấu luyện cacbit. Vào tháng 2 năm 1947 pilot có năng suất 27 kg zirconi kim loại một tuần đi vào hoạt động. Trong quá trình phát triển Cục Khai khoáng mỏ của Mỹ đã liên tục thay đổi kích thước thiết bị để tăng sản lượng zirconi kim loại xốp theo yêu cầu thực tế. Sau những [...]... Phần thực nghiệm 1 Nghiên cứu chế tạo, lắp ráp hệ thiết bị nhiệt kim; 2 Nghiên cứu khảo sát lựa chọn một trong hai hệ nhiệt kim: Hệ oxit zirconi và hệ tetraclorua zirconi phù hợp nhất để điều chế bột (vì để điều chế bột zirconi kim loại với chất khử là canxi thường sử dụng 2 loại nguyên liệu đầu chính là dioxit zirconi và tetraclorua zirconi) ; Phần kết quả và thảo luận 3 Nghiên cứu xây dựng qui trình trên... qui trình trên hệ nhiệt kim đã được lựa chọn; 4 Nghiên cứu xây dựng qui trình xử lý sản phẩm sau nhiệt kim; 5 Đánh giá chất lượng sản phẩm bằng các phương pháp khác nhau; 6 Nghiên cứu bảo quản bột trong các môi trường khác nhau; 7 Nghiên cứu xử lý tinh luyện để thu bột chất lượng cao; 8 Nghiên cứu ứng dụng bột thí nghiệm vào chế tạo thuốc hoả thuật MC1 quân sự III.4 Kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị... sử dụng 3 nhóm phương pháp sau: 1 Các phương pháp khử 2 Các phương pháp điện phân 3 Các phương pháp phân hủy nhiệt II.3.1 Các phương pháp khử /8/, /15/ Phần này bao gồm các phương pháp khử các clorua và florua, các oxit bằng các kim loại và cacbon * Khử ZrCl4 bằng Na, Ca và Mg Phương pháp của D Lely và L Hamburger vào năm 1914 chế tạo Zr dẻo đầu tiên bằng cách dùng Na để khử ZrCl4, kim loại thu được... tiếp - Dùng kim loại này để hoàn nguyên hợp chất kim loại khác thường gọi là phương pháp hoàn nguyên nhiệt kim Ví dụ dùng Na, Ca, Al, để hoàn nguyên ZrO2, ZrCl4 thu Zr kim loại Hoàn nguyên zirconi oxit nói riêng, cơ chế quá trình hình thành zirconi kim loại bột bằng phương pháp nhiệt kim ZrO2 với Ca đã được nhiều nhà khoa học đưa ra những cơ chế khác nhau Bản chất của phản ứng là quá trình oxyhoá -... triển khai đề tài điều chế bột zirconi kim loại bằng phương pháp điện phân muối nóng chảy nhưng vì công nghệ, thiết bị phức tạp, vật tư không đảm bảo,…nên đã không điều chế được sản phẩm đảm bảo chất lượng cung cấp cho nhu cầu quốc phòng Vậy phương pháp nhiệt kim ZrO2 bằng canxi kim loại và hệ thiết bị phù hợp mà đề tài đặt ra đã điều chế được sản phẩm cung cấp cho quốc phòng, đây là điều kiện cần thiết... ra kim loại có thể sử dụng các phương pháp sau đây: - Hoàn nguyên bằng hydro; - Hoàn nguyên bằng CH4; - Hoàn nguyên bằng kim loại Trong đề tài này chúng tôi đề cập đến phương pháp hoàn nguyên ZrCl4 bằng Ca kim loại Nguyên tắc của phương pháp này là: Dùng kim loại có ái lực hóa học với halogen là Ca kim loại lớn hơn kim loại cần luyện sẽ thực hiện được phản ứng thế, tách chúng ra khỏi halogenua Phương. .. clorua canxi nóng chảy trong môi trường khí Ar Khí Ar ở điều kiện áp suất khí quy n Bằng phương pháp này có thể thu được kim loại Zr sạch 15 99,5% nhưng vì có sự cân bằng giữa Zr và Ca mà không thể tách hết được oxi, và vì vậy kim loại vẫn bị giòn D.B.Alnutt và G.C.Scheer đã khử Zr bằng Ca ở trong một bom để điều chế kim loại có độ sạch thích hợp với quá trình Van Arkel Khối kim loại khử được hòa tách bằng. .. giờ nâng nhiệt áp suất chân không chỉ giảm 17,8% so với ban đầu, như vậy có thể khẳng định rằng với độ dò khí như trên vẫn đảm bảo độ chân không tốt cho quá trình hoàn nguyên Vậy thiết bị nhiệt kim trên hoàn toàn đảm bảo điều kiện để điều chế kim loại nhạy cảm cao với oxy như zirconi, titan,… 32 III.4 Nghiên cứu gia công nguyên liệu đầu III.4.1 Nghiên cứu gia công canxi kim loại Canxi là kim loại thuộc... xảy ra là quá trình oxy hóa thường kèm theo tỏa nhiệt mạnh Nhiệt sinh ra vô cùng lớn, với quá trình khử ZrO2 bằng Ca kim loại năng lượng nhiệt sinh ra là ∆H = - 45000 calo, nhiệt độ có thể tăng lên tới 1500oC Đây là điều kiện rất không lợi với quá trình tạo bột vì khi đó bột kim loại mới sinh sẽ bị kết khối tạo thành các cục kim loại lớn hoặc bột kim loại mới sinh sẽ dễ dàng tạo thành hợp kim với vật... định rằng khử oxit zirconi bằng hydro ở áp suất 5 at và nhiệt độ 2500oC, có mặt một kim loại như vonfram, kim loại này hấp thụ zirconi sinh ra Có khả năng là một số phản ứng khử sẽ xảy ra khi có mặt W, phương pháp này không có khả năng áp dụng cho việc sản xuất zirconi kim loại II.3.2 Phương pháp điện phân L.Troost, người có nhiều nghiên cứu sản xuất zirconi đã tiến hành cả các phương pháp điện phân . Nam đã triển khai nghiên cứu đề tài điều chế bột zirconi kim loại là: Nghiên cứu xây dựng qui trình điều chế thử nghiệm bột zirconi kim loại bằng phương pháp hoàn nguyên nhiệt canxi” để cung. bị nhiệt kim qui mô phòng thí nghiệm; 2. Sản phẩm bột Zr kim loại, số lượng 1500g, hàm lượng ≥ 95%; 3. 01 bài báo: Nghiên cứu xây dựng qui trình điều chế thử nghiệm bột zirconi kim loại bằng. quan các phương pháp điều chế zirconi kim loại Để điều chế zirconi kim loại ta có thể sử dụng 3 nhóm phương pháp sau: 1. Các phương pháp khử 2. Các phương pháp điện phân 3. Các phương pháp phân