Основы процесса рафинирования магния возгонкой
|
Условия разделения металлов разгонкой в вакууме недостаточно изучены. Для общих суждений можно пользоваться следующими теоретическими положениями. Сплавы металлов сравнительно мало отклоняются от закона Рауля для разбавленных растворов, согласно которому упругость пара растворителя понижается пропорционально молярной доле растворенного вещества. Наиболее полная разгонка сплавов возможна. когда у его компонента резко различны упругости паров. Разделение металлов разгонкой характеризуется коэффициентом разделения, представляющим собой отношение упругостей их паров при данной температуре.   Из кривых на рис. 173 видно, что отношение упругости насыщенных паров любых двух металлов с понижением температуры увеличивается. Следовательно, вакуумной разгонкой металлы будут лучше разделяться при возможно низкой температуре. Из табл. 204 видно, что при отгонке магний должен легко отделяться от примесей железа, меди, кремния, алюминия. Коэффициенты разделения для них в точке плавления магния составляют 10в7—10в9. Щелочные и щелочноземельные металлы трудно отделить от магния. Упругости их паров либо близки, либо выше, чем для магния, а коэффициенты разделения составляют 10в-2—10в2. Эти металлы испаряются раньше или одновременно с магнием. Изложенные положения в общем достоверны для сплавов, компоненты которых не взаимодействуют между собой с образованием интерметаллических соединений. В последнем случае активность компонентов летучих металлов сильно понижается. Многие металлы-примеси образуют с магнием интерметаллические соединения. Так, алюминий образует Mg4Al3, кремний Mg2Si, медь Mg2Cu, кальций Mg2Ca. Данных об упругостях и составе паров этих соединений нет. Опыт показывает, однако, что при отгонке магния эти примеси не переходят в конденсат. Пользуясь изменением активностей компонентов в сплавах, образующих интерметаллические соединения, можно отогнать магний от летучих примесей в нем, связав их соответствующими добавками. По-видимому, при вакуумной отгонке магния, загрязненного кальцием, можно, добавляя к нему алюминий или кремний, предотвратить испарение кальция, который, как известно, образует алюминид или силицид кальция. При отгонке магния можно до некоторой степени снизить примесь калия и натрия конденсацией их в более холодных частях конденсатора. Упругость пара магния в тройной точке составляет 2,63 мм. При таком или меньшем остаточном давлении он при температуре до точки плавления будет возгоняться. Дистилляция магния возможна при более высоком давлении, вплоть до атмосферного, и при соответствующей температуре (табл. 194). При повышенном давлении можно перегонять жидкий магний и конденсировать его в твердом виде, если конденсатор не будет перегреваться выше точки плавления магния. При рафинировании магния возгонкой легче получить чистый металл, чем при дистилляции. При нормальном давлении дистилляция магния возможна яри температуре его кипения. Для этого нужны печи из стойких против магния материалов. Особенно важно, чтобы в жидком магнии не растворялись примеси из стенок конденсатора. Кроме того, при дистилляции вероятнее перенос примесей из испарителя в конденсатор. Возгонка магния в вакууме легко осуществима, так как для нее можно применить газонепроницаемую железную аппаратуру. При возгонке в вакууме можно вполне избежать уноса парами магния твердых частичек из садки и таким образом получить достаточно чистый конденсат. Необходимая для практики скорость возгонки магния легко достигается, так как для этого надо, по Кролю, чтобы упругость испаряемого металла была не ниже 2 мм рт. ст. При развитой поверхности испарения магния и притока нужного количества тепла рафинирование возгонкой будет достаточно производительным.  В результате возгонки в вакууме металл конденсируется в крупные тесно сросшиеся между собой кристаллы (друзы) высокой чистоты. Зависимость давления пара магния от температуры (рис. 174) позволяет выбрать параметры для практического осуществления возгонки. При рафинировании магния возгонкой его из чушек сырца возгон содержит до 0,005% Si и следы алюминия. Возгонка идет достаточно быстро при температуре в испарителе 600° и в конденсаторе 500°. Опыты возгонки магния из электронной стружки при 600° и остаточном давлении 0,2—0,4 мм рт. ст. дали возгон, содержащий следы алюминия. Примеси железа и других металлов в возгоне могут быть уменьшены до тысячных и меньше долей процента, особенно при повторной возгонке. Так, в результате возгонки магния, содержавшего 0,033% Fe и 0,001% Cu, был получен сублимат с 0,0042¾) Fe и 0,0002% Cu. После второй возгонки примесь железа снизилась до 0,0001%, а меди до 0,00005%. |
