Оглавление 203 204 205 206 207 — — — 270 

Получение металлов высокой чистоты. Развитие в последние годы ряда новых отраслей техники ставит перед промышленностью задачу получения металлов значительно более высокой степени чистоты, чем допускалось ранее. Так, например, для надежной работы ядерного реактора необходимо, чтобы в расщепляющихся материалах такие «опасные» примеси, как бор, кадмий и другие, содержались в количестве, не превышающем миллионных долей процента. Чистый цирконий, являющийся одним из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов, становится совершенно непригодным для этой цели, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния. В используемом в качестве полупроводника германии допускается содержание не более 1 атома фосфора, мышьяка или сурьмы на 10 миллионов атомов металла. В жаропрочных сплавах, широко применяемых в современной авиации, совершенно недопустима даже ничтожная примесь свинца или серы.

Исследование металлов, полученных в весьма чистом состоянии, показало, что прежние представления об их свойствах являются в ряде случаев ошибочными. Многие металлы, считавшиеся хрупкими, непластичными, обладают в чистом виде высокой пластичностью. Так, например, титан оказался настолько пластичным, что его можно ковать, прокатывать в тонкие листы, ленты и т. д. Весьма пластичным является и чистый хром. Алюминий высокой степени чистоты так же мягок, как и свинец; электропроводность же его значительно выше, чем у обычного алюминия.

Чистые металлы могут быть получены электролизом, восста-новлением из различных химических соединений водородом, кальцием, магнием или алюминием и другими способами, однако степень чистоты получаемых по этим способам металлов недостаточна для современной техники. Поэтому в последние годы разработаны специальные методы очистки металлов. Из этих методов наиболее перспективными являются: 1) очистка металлов путем их переплавки в вакууме; 2) так называемая «зонная» плавка металлов и 3) разложение летучих соединений металлов на раскаленной поверхности.

Очистка металлов путем их переплавки в вакууме основана на различии температур кипения очищаемого металла и имеющихся в нем примесей. При работе по этому методу отгоняют либо примеси от металла, либо очищаемый металл от примесей. Метод используется для получения весьма чистых лития, кальция, стронция и бария. Он может быть также применен для получения хрома, марганца и бериллия.

«Зонная» плавка основана на различии в растворимости примесей в твердой и жидкой фазах очищаемого металла. При «зонной» плавке лодочку или тигель специальной формы со слитком (стержнем) очищаемого металла передвигают с весьма малой скоростью (несколько миллиметров в час) через печь. При этом происходит расплавление небольшого участка (зоны) металла, находящегося в данный момент в печи. По мере продвижения лодочки (тигля) зона жидкого металла перемещается от одного конца слитка к другому. Примеси, содержащиеся в металле, собираются в зоне плавления, перемещаются вместе с ней и, после окончания плавки, оказываются в конце слитка. Многократное,повторение операций дает возможность получить металл весьма высокой степени чистоты.

Путем «зонной» плавки очищают от примесей германий, кремний, олово, алюминий, висмут и галлий.

Разложение летучих соединений металлов на нагретой поверхности. Титан, цирконий, хром, тантал, ниобий, кремний и ванадий легко образуют химические соединения, летучие при сравнительно невысоких температурах.

При соприкосновении таких соединений с раскаленной поверхностью они разлагаются, образуя слой весьма чистого металла.

В качестве примера опишем получение чистого титана. Титан легко реагирует с иодом, образуя газообразное при 200—250° соединение. Таким образом, если нагревать смесь загрязненного примесями титана с иодом, то титан будет отделяться от примесей и переходить в газообразную фазу. Пропуская образовавшийся газ над нагретой до 1200—1400° проволокой, его разлагают на составные компоненты. При этом титан осаждается на проволоке, а освободившийся иод отделяется и может быть использован для обработки новых порций загрязненного титана.

204 205 206

Вы читаете, статья на тему Получение металлов высокой чистоты