способ получения металлического скандия

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СКАНДИЯ, включающий восстановление фторида скандия кальцием в инертной атмосфере в танталовом тигле при нагревании и разделение фаз, отличающийся тем, что процесс ведут путем загрузки в тигель монолитного кальция, нагревания его до расплавления с последующей подачей в него расплавленного фторида скандия и прекращения нагревания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к получению металлического скандия.

Известен способ получения металлического скандия методом магниетермического восстановления [1]

Недостатком данного способа является получение сплава магний-скандий, содержащего не более 24 мас. последнего, что затрудняет выделение из него чистого металла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [2] при котором фторид скандия восстанавливают до металла кальцием при 1600^оС в тигле из тантала, молибдена, вольфрама или ниобия. Собственно металлотермическая реакция протекает после плавления кальция (при 850^оС), перегрев до 1600^оС и выдержка при этой температуре в течение 10-20 мин необходимы для разделения скандия и шлака ввиду близких значений их удельной плотности.

Недостатком этого способа является загрязнение получаемого скандия материалом тигля до 5-7 мас. а также быстрое изнашивание дорогостоящих тиглей.

Целью изобретения является повышение качества получаемого скандия, повышение срока службы тиглей, повышение производительности процесса.

Цель достигается тем, что в известном способе в тигель из тугоплавкого металла загружают монолитный кальций, нагревают его до расплавления, вливают в него расплавленный фторид скандия и нагрев прекращают.

Применение кальция в монолитной форме позволяет резко повысить разовую загрузку и тем самым увеличить производительность процесса.

При смешении расплавленного кальция с расплавленным фторидом скандия, выделяющегося по реакции тепла, как установлено экспериментально, оказывается вполне достаточно для полного разделения металла и шлака. Таким образом, нет необходимости нагревать тигель до 1600^оС и выдерживать при этой температуре, что приводит в способе прототипа к его интенсивному взаимодействию со скандием, загрязнению последнего и быстрому изнашиванию. Эксперименты по прототипу и предлагаемому способу проводили в индукционной печи типа ИСВ-0,016 в танталовом тигле диаметром 80 мм и высотой 320 мм. В экспериментах по прототипу смесь порошка фторида скандия и стружки кальция загружали в тигель, проводили реакцию.

В экспериментах по предлагаемому способу в тигель загружали слиток кальция, а фторид располагали над танталовым тиглем в циркониевом стакане с отверстием диаметром 3-5 мм в дне. Причем циркониевый стакан находился в зоне индуктора, питаемого от отдельного источника. После вакуумирования камеры печи и заполнения аргоном проводили расплавление кальция (при 850^оС) и расплавление фторида скандия (при 1260^оС), после чего фторид через отверстие вытекал в расплав кальция, где происходило их смешение и прохождение реакции. В момент истечения фторида скандия нагрев танталового тигля прекращали.

Результаты экспериментов по прототипу и предлагаемому способу приведены в таблице.

Как следует из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ позволяет повысить единовременную загрузку по скандию в 3,2 раза, снизить содержание тантала в скандии с 3-6 мас. до 0,01-0,03 мас. и увеличить средний срок службы танталовых тиглей с 14 до 65 процессов. Способ прошел промышленные испытания и рекомендован к внедрению ПО ПГМК.