* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

155 МЕТАЛЛОТЕРМИЯ 156 применения упомянутых выше добавок и характера получаемого продукта (чистого металла или сплава). В зависимости от рода применяемого восстанови­ теля различают а л ю м и н о т е р м и ю , с и л ик о т е р м и ю (кремний обычно применяют в виде ферросилиция), м а г н и е т е р м и ю , кальциет е р м и ю и т. п. Выбор восстановителя опреде­ ляется не только термодинамич., но и технологии, и экономии, условиями. Если н у ж н о получить чистый металл, то н е о б х о д и м о , чтобы восстановитель не обра­ зовывал с ним сплавов и соединений, а избыток вос­ становителя и побочный продукт (шлак) легко отде­ лялись от восстанавливаемого металла (механич. путем, ошлаковыванием, отмывкой, отгонкой и т. п.). Необходимо т а к ж е , чтобы стоимость полученного металла оправдывала расходы на восстановитель. При восстановлении химически активных металлов реак­ торы заполняют инертными газами. Наиболее актив­ ным восстановителем окислов и галогенных соедине­ ний является кальций. Восстановление окислов гид­ ридом кальция также представляет собой кальциетермич. процесс, т. к. выделяющийся водород лишь в малой степени с л у ж и т восстановителем. КальциетерМич. восстановление химически прочных окислов — T i 0 , Z r 0 , T h 0 — н а и б о л е е полно протекает при 1 0 0 0 — 1 1 0 0 ° . При этих темп-pax давление паров Са высокое; чтобы исключить испарение кальция, вос­ становление проводят в герметически закрытых сталь­ ных р е а к т о р а х , заполненных аргоном. Кальцием вос­ станавливают L a , Се, Pr, Nd из и х хлоридов, T h , V , Y , Sc, G d , T b , D y , Ho, E r , T u , Lu—из фторидов. Маг­ нием восстанавливают из окислов U , V , В , из хлори­ дов — T i , Z r , T h , Т а , из фторида — U . При восста­ новлении тугоплавких металлов (Та, Nb, Zr) соот­ ветственно и з фтортанталата, фторниобата и фторцирконата к а л и я в качестве восстановителя приме­ няют натрий, т. к. образующийся при реакции N a F растворим в воде, что облегчает его отделение от по­ рошков Т а , Nb и Zr, в то время как M g F и C a F в воде нерастворимы. 2 2 2 2 2 деляют от фторидного шлака после о х л а ж д е н и я ме­ ханич. путем и промывкой водой. Фториды как и с х о д ­ ные материалы для восстановления более дороги, чем хлориды, но менее гигроскопичны. Металлотермич. процессы применяют также при рафинировании металлов и в производстве сплавов. Н а п р . , из чернового олова у д а л я ю т примесь свинца по реакции: Pb + SnCI — У Sn + p b C l 2 2 Алюминиевые сплавы очищают от примеси магния о б ­ работкой криолитом: 3Mg + 2 N a A l F • — У 6 N a F + 3MgF + 2А1 3 e 2 Кальциевый баббит, представляющий собой сплав Pb с Са и Na, а также свинцово-кальциевые сплавы получают обработкой сплава Pb—Na расплавленным СаС1 : 2 2Na (Pb) + CaCI — • Са (Pb) + 2NaCI 2 Иногда при восстановлении тугоплавких металлов с целью получения компактного слитка в ш и х т у вво­ дят специальные добавки, образующие с восстанавли­ ваемым металлом сплавы с пониженной темп-рой плав­ ления. Н а п р . , при восстановлении ThF4 кальцием в ш и х т у добавляют Z n C l для образования сравнительно легкоплавкого сплава T h — Z n . Из полученного сплава Zn отгоняют в вакууме при 1100°. При восстановлении YF3 кальцием в ш и х т у вводят Mg для образования иттрий-магниевого сплава и затем в вакууме отгоняют из него магний. Выбор соединения, из к-рого восстанавливают ме­ талл, имеет большое значение в М. Так, нек-рые окислы металлов можно восстановить алюминием только до н и з ш и х окислов (напр., T i 0 до T i O ) , обла­ д а ю щ и х большой химич. прочностью. Значительно легче получать металлотермич. путем сплавы, по­ с к о л ь к у и х образование сопровождается уменьшением изобарного потенциала системы. Так получают, н а п р . , ферротитан и феррованадий (при присадке ж е л е з н о й р у д ы ) , сплавы N i — T i , Си—Ti, Zr—Сг и др. При вос­ становлении хлоридов (напр., T 1 C I 4 , ZrCU, Т а С ] , SiCU) о б р а з у ю т с я сравнительно легкоплавкие шлаки, основная масса к-рых легко отделяется от корольков или губки восстановленного металла в самом реакторе. В нек-рых с л у ч а я х , как, напр., в производстве титана и ц и р к о н и я , остатки исходных солей и восстанови­ т е л я , относительно летучих, удаляют из восстановлен­ ной г у б к и отгонкой в вакууме (см. Титан и Цирко­ ний). Темп-ры металлотермич. плавки при восстанов­ лении хлоридов достигают 1100°. При восстановлении более тугоплавких фторидов развиваются темп-ры до 1400—1500°. Слиток восстановленного металла от­ 2 2 5 Поскольку изобарные потенциалы образования х л о ­ ридов NaCl и СаС1 близки, эта реакция энергично протекает только в присутствии свинца как раствори­ теля кальция. В а к у у м н а я м е т а л л о т е р м и я приме­ няется для восстановления относительно летучих металлов из химически прочных соединений. Созда­ ние в системе вакуума сдвигает реакцию в сторону образования летучего продукта, давление пара к-рого в данных условиях выше остаточного давления, с о з ­ даваемого в аппарате. Н а п р . , равновесие реакции: Si + 2MgO 2Mg + S i 0 при атмосферном давле­ нии и умеренно высоких теми-pax (ниже 1200°) сдви­ нуто влево в соответствии со значениями AZ MgO и S i 0 , показанными на рисунке. Между тем, в вакууме порядка Ю — 1 0 ~ м м рт. ст. при 1100—1200° рав­ новесие этой реакции сдвинуто вправо, т. е. в сторону восстановления магния кремнием, т. к. выделяющиеся пары Mg уходят из сферы реакции. При восстанов­ лении летучих металлов создание в системе вакуума обычно позволяет снизить рабочую темп-ру металло­ термич. процесса на 300—400°. Кроме того, созданиевакуума в значительной степени уменьшает опасность взаимодействия паров металлов с кислородом и а з о ­ том. В вакуумной М. применяют гл. о б р . нелетучие восстановители — A l , S i , сплавы A l — S i , С а С . Крем­ ний применяют обычно в виде 75%-го ферросилиция. Известны также комплексные восстановители, напр. ферросилиций — карбид кальция. 2 2 2 - 1 2 2 Характер конденсации паров восстановленных ме­ таллов определяется давлением их паров в тройной точке и остаточным давлением в системе. Пары M g Са, Sr и редкоземельных металлов обычно конденси­ руют в кристаллы, а пары Ва и щелочных металлов — в жидкость. В отличие от внепечных и обычных печных метал­ лотермич. процессов, протекающих с образованием& ж и д к и х шлаков, большинство восстановительных про­ цессов в вакуумной М. сопровождается образованием твердых силикатных или алюминатных шлаков (или извести), н а п р . , по реакциям: r 2CaO + 2MgO + Si — • 6CaO + 2AI —> MgO + CaC •—> 4BaO + 2Al • — У 2Li O.AI O +Si — У 2 2 2 s 2Mg + 2 С а О - S I 0 3Ca + 3 C a O - A I 0 Mg + CaO+2C ЗВа + B a O - A I 0 4U+Al 0 -Si0 2 2 a 8 2 8 3 3 Шихту для вакуумных металлотермич. процессовобвгчно з а г р у ж а ю т в печи или реторты в виде брикетовиз смеси порошков исходных окислов и восстановите­ лей. Вакуумным металлотермич. восстановлением при соответствующем подборе исходных соединений и восстановителей также можно непосредственна получать сплавы, н а п р . Са—Mg, L i — M g и др.