Введение к работе
Актуальность работы. Производство вольфрама - наиболее утоплавкого редкого металла, во многом определяет научно-технический ровень современного материаловедения. Главные структуры потребления ольфрама связаны с получением нержавеющих, инструментальных и аропрочных сталей для газовых турбин и ракетных двигателей, твердых плавов на основе карбида вольфрама, в светотехнике для нитей накаливания, в лектровакуумной технике для электродов с высокими эмиссионными арактеристиками, в производстве боеприпасов и ряде других отраслей науки и ехники. В процессе изготовления изделий из металлического вольфрама и :омпозиций на его основе, а также в процессе его использования, до 70 % юльфрама поступает на вторичную переработку в виде различных отходов. К аким видам отходов относятся отходы производства электродов из орированного вольфрама, содержание оксида тория Th02 в которых составляет >т 1,5 до 5 % масс. Вследствие весьма трудоемкой технологии выделения вдноактивного тория из металлического вольфрама, эти отходы складируются ю территориях электроламповых заводов, приобретая со временем повышенный радиационный фон. Другим видом отходов, являются отходы карбида вольфрама гспользуемого в производстве твердосплавного инструмента. В состав сплавов <арбвда вольфрама входит 85 - 95% карбида вольфрамаЛГС и 5 - L4 % кобальта кобальт служит цементируюшей добавкой, придающей сплаву необходимую ірочность. При производстве твердых сплавов до 40 % карбида вольфрама іереходит в отходы. Существующие методы переработки вольфрамсодержащих іключают около десяти энергоемких и трудоемких стадий по мокрой схнологической схеме с большими производственньши площадями. Что же асается утилизации отходов торированного вольфрама, то они, кроме ышеизложенного, должны удовлетворять всем требованиям радиохимических ронзводств.
Предлагаемая в настоящей работе сухая фторидная технологическая схема позволяет уже на первой стадии фторирования торированного вольфрама элементным фтором добиться разделения летучего гексафторида вольфрама WF<; от нелетучего тетрафторида тория - ThF4. Полученные продукты реакции могут быть снова использованы в производстве торированного вольфрама или і газо-фторидной металлургии для получения покрытий из металлическогс вольфрама.
Основание проведения НИР: указание МСМ № С-О1074 от 14.04.89 Программа развития СЗ до 2000 года № 60-01/82-ДСП от 07.04.92,утвержденка* директором СХК. Протокол технического совещания Сублиматного завода К< 60-02/2997 от 14.07.93., договор с ТПУ на переработку опытной партии отходої торированного вольфрама № 60-02/3063 от 20.07.93 и договор с ИФЦ прі НИИЯФ ТПУ № ТО-450/93 от 13.05.93. А также в рамках хоз. договоров № 0-27/93 с АО «Концерн ТВЭЛ»-г. Москва, 0-22/91, 0-2/97 с СХК, Сублиматньпі заводом г. Северск. Имеющих номера государственной регистрации.
Цель работы. Целью настоящей работы является исследование физико-химических, кинетических параметров процесса фторировать вольфрамсодержащих отходов элементным фтором; разработка технологическю параметров переработки вольфрамсодержащих отходов.
Положения выносимые на защиту
Данные термодинамического анализа систем W-F, ThO?-F, WC-F, Co-F,.
Результаты экспериментальных исследований процессов фторировани элементным фтором торированного вольфрама с присадкой тория, карбид вольфрама с присадкой кобальта и металлического кобальта. Вероятны механизм реагирования W(ThOj и WC(Co) с фтором, основные кинетически закономерности и оптимальные технологические параметры
3. Результаты полупромышленных испытаний и разработі
технологических рекомендаций для получения WF6 в укрупненных масштабах.
4. Ориентировочный расчет и разработка технологической схем
горидной переработки вольфрамсодержаших отходов. Научная повита.
1. Проведен термодинамический анализ систем W-F, ThOrFf WC-F,
o-F.
-
Впервые исследована кинетика фторирования элементным тором порошка тарированного вольфрама, карбида вольфрама, еталличесхого кобальта Исследовано влияние дисперсности порошка орированного вольфрама на степень его фторирования. Установлено, что тарирование штабика торированного вольфрама протекает в режиме жльтрационного горения во всем объеме образца. При фторировании вердосплавных пластин ВК - б (96 % вольфрама н 6 % кобальта) было становлено, что на скорость процесса фторирования карбида вольфрама одержащего кобальт, в интервале температур 300-370 С заметное влияние іказьівает образующийся трифгорид кобальта, яатяющийся фторирующим ігентом. Проведена математическая обработка кинетических данных, >пределены значения кажущейся энергии активации и установлена ідекватность іпзотекающих процессов выбранным физическим моделям.
-
Проведены опытно промышленные испытания, определены иггаматьные технологические режимы процесса фторирования.
-
Изучено распределение тория по технологической цепочке три фторировании вольфрама содержащего оксид тория и показано что практически весь торий остается в твердом остатке после фторирования в виде ThEt, полученный WFe не содержит тория.
Практическая ценность. На основании лабораторных и опытно-промышленных экспериментальных и расчетных данных определены оптиматьные технологические режимы фторирования торированного вольфрама, разработана полупромышленная установка, которая была изготовлена и смонтирована в производстве. Степень фторирования отходов составила 99%. практически весь торий остается в остатке после
фторирования в виде ThF4, полученный WF6 не содержит тория.
Экспериментально доказана возможность фторидной переработк отходов вольфрама. По разработанной технологии получено и поставлено да прикладных и научных целей ~ 80 кг гексафторида вольфрама.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работ докладывались на Международной конференции «Фундаментальные прикладные проблемы охраны окружающей среды» - ТГУ, Томск, 1995 го; 4-ой научно-практической конференщш Сибирского химического комбинат
- г.Северск, 1996 год; Международной научно-технической конференщ!
«Прогрессивные методы и технологии получения и обработ*
конструкционных материалов» - Волгоград, 1997 год; тезисы докладе
опубликованы на Международной конференции «Обращение
радиоактивными отходами и ядовитыми материалами» - Челябинск, 1997 го,
на 15-ой Интернациональном симпозиуме по фторидной химии - Канад
Ванкувер, 1997год; областной конференция «Качество во имя лучшей жизш
- Томск, 1997 год; Заявка на патент № 97107557/25 от 07.07.1997 года.
Публикации. По теме диссертации было опубликовано, тезис докладов (4), докладов на Международных конференциях (3), отчеты НИР ( Вето9.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на Г листах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, глав общей части, выводов, иллюстрирована 30 рисунками, содержит : таблиц. Список цитируемой литературы содержит 102 наименований.