Восстановление и дистилляция

В настоящее время основным процессом термического восстановления является производство магния и кальция на заводах фирмы «Доминион магнезиум» и фирмы «Нью Инглэнд лайм корпорейшн». Предполагалось, что вакуумно-ретортный способ производства не может успешно конкурировать по экономичности с электролитическим способом. Однако весьма возможно, что преимущества конструкционных и строительных материалов для установок опровергнут это положение, так как основная часть себестоимости на заводах, производивших магний во время войны, складывалась из высоких расходов на оборудование и его эксплуатацию. Еще более важным является качественное преимущество металла, полученного термическим восстановлением, по сравнению с электролитическим металлом. Термически восстановленный металл является более подходящим восстановителем в промышленном производстве высокореакционных металлов.

В настоящее время в США (шт. Алабама) предполагается строительство нового завода производительностью 10 000 т магния в год путем восстановления доломита ферросилицием. Магний будет использоваться в качестве восстановителя. Интересно отметить, что в России проведены исследования по силикотермическому восстановлению силикатов магния. В опубликованных данных подчеркивается, что только глубокий вакуум дает удовлетворительные результаты.

В США осуществлен ряд других процессов термического восстановления на небольших установках, в которых вакуум или ускоряет реакции или предохраняет продукты от загрязнения. Интересным и необычным примером является восстановление редкоземельного элемента самария из его окислов другим более легко получаемым редкоземельным элементом лантаном, осуществленное Спеллингом и его сотрудниками. Самарий обладает значительно большей упругостью пара, что позволяет производить дистилляцию его из реакционного объема.

Ряд редких металлов изготовляется диссоциацией их йодидов при пониженном давлении. Применение вакуума в технике диссоциации при высоких температурах обладает большими потенциальными возможностями. Например, фирма «Эйр редакшн компани» осуществила опытную установку для производства кальция путем диссоциации карбида кальция в дуговой вакуумной печи, что является весьма экономичным процессом.

На заводах фирмы «Электромет» осуществляется один из наиболее крупных промышленных вакуумных процессов: получение из обычного углеродистого феррохрома, содержащего углерод и кислород, низкоуглеродистого феррохрома. Это пример скорее рафинирования, нежели восстановления, тем не менее он иллюстрирует потенциальные возможности вакуумной техники в промышленности..

Количество таких примеров применения вакуума для производства известных металлов велико. Следует указать на получение цинка, свинца и кадмия путем обработки в вакууме (100 мк. рт. ст.) при температуре 950—1100° смеси сульфидов и окислов этих металлов. Образующийся сернистый газ откачивается насосами, а цинк, кадмий и свинец конденсируются. В России дистиллировали сульфид олова при давлении 100 мк. рт. ст. из смеси богатых оловянистых шлаков с добавками пиритов при нагреве до 1100°.

Фирма «Брокен Хилл ассошиейтед смелтерс» (Австралия) успешно продолжила работы, начатые в США, по промышленному обесцинкованию свинца в вакууме. Первая промышленная установка для обесцинкования свинца, созданная Айсбеллом (фирма «Джозеф лэд»), работает уже в течение нескольких лет. В Австралии пущен в эксплуатацию большой завод, на котором этот процесс осуществляется непрерывно.

В США и за их пределами вакуумная дистилляция широко используется для получения щелочных и щелочноземельных металлов высокой степени чистоты. Улучшение конструкционных материалов и методов нагрева, несомненно, будет содействовать развитию вакуумных промышленных установок. В частности, в Горном бюро США ведутся работы по научно-техническому обоснованию процессов дистилляции металлов. Дистилляция в качестве конечной ступени экстракции из жидких металлических растворов в настоящее время не нашла промышленного применения. Представляет интерес получение богатых алюминием осадков с помощью восстановления в дуговом разряде глинозема, сопровождающееся растворением алюминия в жидком цинке. Возможность конечной отгонки цинка путем дистилляции уже была осуществлена, однако экономичный вариант процесса еще не разработан.

Дальнейшее расширение применения вакуумных процессов для производства широко распространенных металлов зависит от ряда факторов, в частности: 1) от требований более высокой чистоты; 2) от необходимости переработки некоторых местных руд, использование которых только началось и которые будут, по-видимому, иметь огромное потенциальное значение; 3) от развития больших и недорогих в эксплуатации вакуумных печей для восстановления и дистилляции, работающих при высоких температурах и низких давлениях.

Одной из наиболее интересных областей применения вакуума для восстановления и дистилляции является электрическая дуга высокой интенсивности. На заводе фирмы «Витро корпорейшн» применяется процесс восстановления в дуге родонитовой руды углеродом. В этом процессе РУДУ и уголь смешивают и прессуют в виде электрода, причем температура на аноде может быть выше 7000°, когда вещества вступают в реакцию и испаряются. Образующиеся пары марганца частично конденсируются. Кроме того, практикуется получение также и других металлов при низких давлениях в столбе дуги. Основной проблемой, требующей дальнейшей разработки, является предупреждение обратной реакции реагирующих продуктов. Дуговой процесс облегчает трудности при изготовлении камер для высокотемпературного восстановления, а такж5е позволяет получить более высокие температуры реакции.