Proces van Arkela-de Boera

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Sprzęt używany do procesu van Arkela-de Boera. Korpus jest wykonany ze szkła kwarcowego. (1) – pompa próżniowa
(2) – 6 mm elektroda molibdenowa
(3) – siatka molibdenowa
(4) – komora na surowiec
(5) – drut wolframowy

Proces van Arkela-de Boera (znany też jako proces jodkowy lub proces pręta kryształu) – pierwszy przemysłowy proces otrzymywania czystego cyrkonu, opracowany przez Antona van Arkela i Jana de Boera w 1925 roku[1]. Jest używany w produkcji niewielkich ilości niektórych metali o najwyższej czystości[2]. Jego podstawowym schematem jest przekształcenie oczyszczanego metalu w lotny jodek, który jest izolowany i rozkładany termicznie do czystego metalu[3]. Jedynymi metalami oczyszczanymi w tym procesie na skalę przemysłową były tytan, cyrkon i hafn, można go też wykorzystać do oczyszczania wanadu, toru lub protaktynu. Proces został wyparty w przemyśle przez proces Krolla i jest stosowany obecnie na znacznie mniejszą skalę.

Technologia[edytuj | edytuj kod]

Zanieczyszczony metal ogrzewa się w naczyniu próżniowym z jodem (lub innym fluorowcem) w temperaturze ok. 500 °C[3]. Powstające jodki, np. TiI4 lub ZrI4, ulatniają się pozostawiając zanieczyszczenia w stanie stałym[3]. Przy ciśnieniu atmosferycznym TiI4 topi się w 155 °C, a wrze w 377 °C, podczas gdy ZrI4 topi się w 499 °C (punkt potrójny), a w 431 °C sublimuje[4]. Temperatury wrzenia są niższe przy mniejszych ciśnieniach. Gazowy tetrajodek metalu jest rozkładany na rozgrzanym do białości (1200 °C) włóknie wolframowym[3]. W miarę jak coraz więcej metalu odkłada się, włókno zaczyna lepiej przewodzić prąd, przez co wymagane jest coraz więcej prądu do utrzymania wysokiej temperatury włókna. Proces oczyszczania opisują dwa równania:

Me(surowiec) + 2I2(gazowy)MeI4(gazowy)
MeI4(gazowy)Me(czysty) + 2I2(gazowy)

Do wytworzenia nowych porcji jodków używa się jod wydzielony w powyższej reakcji[3].

Podstawą efektywności procesu są następujące czynniki[2]:

  • zanieczyszczenia międzywęzłowe, takie jak tlen, węgiel lub azot, występują w surowym materiale w postaci tlenków, węglików i azotków, które nie reagują z jodem
  • niektóre z powstających jodków metali zanieczyszczających są na tyle stabilne termicznie, że nie ulegają rozkładowi na rozgrzanym włóknie
  • wiele zanieczyszczeń jest na tyle lotnych, że jeśli nawet ulegają transportowi w postaci jodku i rozpadowi termicznemu na włóknie, to pozostają w fazie gazowej i nie odkładają się z produktem
  • tworzenie jodków różnych metali wymaga różnych temperatur, np. jodek cyrkonu powstaje w ok. 300 °C, a jodek niobu w 400  °C, co umożliwia znaczące obniżenie zawartości niobu w oczyszczonym cyrkonie (z 2,5% do ok. 1‰)

Proces van Arkela-de Boera jest natomiast mało efektywny w usuwaniu np. hafnu i krzemu, które mają wyższe współczynniki transportu[2].

W zależności od warunków, proces może trwać od kilku godzin do kilku tygodni.

Proces jodkowy. Me oznacza metal


Galeria[edytuj | edytuj kod]

Przykłady kilku metali oczyszczonych za pomocą tego procesu:

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. A.E. van Arkel, J.H. de Boer. Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall. „Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie”. 148 (1), s. 345–350, 1925. doi:10.1002/zaac.19251480133 (niem.). 
  2. 2,0 2,1 2,2 R.H. Rakhasia, P.K Triphathy. Zirconium crystal bar from Zr-2,5Nb alloy scrap by iodide refining. „BARC newsletter”, maj 2005. BARC (ang.). 
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. T. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, s. 866. ISBN 978-83-01-13817-2.
  4. Physical Constants of Inorganic Compounds. W: CRC Handbook of Chemistry and Physics. David R. Lide (red.). Wyd. 90. Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4–96, 4–101. ISBN 9781420090840.