Хлорирование соединений циркония

В данной работе рассмотрены основные способы хлорирования природных соединений циркония, оценена эффективность существующих технологий и рассмотрены наиболее перспективные методы развития отрасли. В настоящее время во всем мире активно проводятся исследования и разработки новых, энергоэффективных способов переработки цирконий‒содержащих как природных соединений, так и техногенных отходов. Действующие гидрометаллургические способы переработки цирконий‒содержащих материалов обладают рядом существенных недостатков, таких как многостадийность, низкая степень и интенсивность извлечения циркония, высокий расход реагентов, или необходимость длительного захоронения в случае переработки отходов ядерной энергетики. Наиболее перспективными с технико‒экономической точки зрения представляются пирохимические способы переработки циркония в расплавленных солях благодаря большей интенсивности процесса и возможности утилизировать более широкий спектр соединений. Хлорные методы металлургии являются основой производства большинства редкоземельных элементов, а для таких элементов, как титан, цирконий, и гафний, не имеют приемлемых альтернатив и являются единственным способом получения высокочистого металла. Чаще всего хлорирование осуществляют в расплавах на основе хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, в пределах 1000 °С. Хлорирование оксидов чистым хлором без использования восстановителя невозможно, вплоть до температуры 827 °С и выше, из‒за положительных значений энергии Гиббса реакции, поэтому для осуществления процесса используют восстановители, в частности различные формы углерода, однако данный метод затрудняет соблюдение стехиометрии загружаемых реагентов, что приводит к накоплению углерода в зоне реакции. Основными препятствиями к развитию идеи использования четыреххлористого углерода стали высокая стоимость, токсичность и ограниченная растворимость в солевых расплавах, что делает его более пригодным для непосредственного хлорирования оксидов в парах CCl₄. Более перспективным, с точки зрения энергозатрат, технологичности и общей эффективности процесса представляется хлорирование с использованием в качестве восстановителя элементарной серы. Для повышения эффективности хлорирования возможно использование комбинированного метода с применением системы хлор‒углерод‒сера. Предлагаемый метод позволяет снизить температуру процесса и синтезировать необходимые соединения непосредственно в реакторе, что позволит снизить число технологических операций и повысить рентабельность процесса.