Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

в настоящее время перерабатывается по сложной технологической цепочке, включающей операции разложения и экстракции, аналогичной переработке отходов ниобата лития с получением пентаоксида ниобия [5]. Представляло интерес применение магниетермического восстановления к получению порошка тантала, пригодного для использования в качестве материала анодов конденсаторов, непосредственно из отходов производства монокристаллов танталата лития. Исходным материалом для восстановления служили некондиционный монокристалл и отходы обработки монокристалла танталата лития, которые измельчали в порошок крупностью менее 0.1 мм (удельная поверхность 0.2 м2-г-1). Для исследования влияния крупности частиц на степень восстановления порошок рассевом делили на фракции 70-100, 50-70 и менее 50 мкм. Последнюю для удаления пылевидных частиц, образующихся при размоле и покрывающих поверхность, промывали дистиллированной водой и сушили. Восстановление парами магния вели в реторте-реакторе из нержавеющей стали с внутренним диаметром 100 мм и герметичной крышкой, оборудованной патрубками для подсоединения к вакуумной системе и ввода термопары. В реторте размещали реакционный стакан из нелегированной стали с максимально плотно закрывающейся крышкой для уменьшения потерь магния из реакционного объема. На дне стакана располагали емкость с магнием, выше которой размещали контейнер с исходным материалом. Восстановление проводили при температуре 750-850°С в вакууме (остаточное давление 10 Па) или при остаточном давлении аргона в реакторе 5-10 кПа; выдержка при температуре восстановления составляла 2-14 ч. Давление аргона контролировали при помощи образцового вакуумметра с ценой деления шкалы 0.5 кПа, температуру - с помощью регулятора температуры «Термодат-13К2». После завершения процесса и охлаждения реактора до комнатной температуры полученный порошок тантала пассивировали путем порционной подачи воздуха в реактор. Реакционную массу измельчали и подвергали кислотной обработке 10%-й раствором соляной кислоты. Полноту восстановления контролировали по увеличению массы продуктов реакции, рентгенофазовым анализом их состава и по остаточному содержанию лития в порошке. Подробно схема экспериментальной установки, методика восстановления оксидных соединений тантала парами магния и последующей обработки реакционной массы изложены в работе [6]. Фазовый состав продуктов определяли с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-2 (CuKa- излучение). На приборе Micromeritics TriStar II 3020 измеряли удельную поверхность адсорбционным статическим методом БЭТ и параметры пористости - методом BJH. Морфологический анализ порошков проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM LEO-420. Содержание металлических примесей в порошках определяли атомно-эмиссионной масс-спектроскопией с фотографической регистрацией спектра, лития - атомно-эмиссионным способом на приборе Analist 400, а магния - атомно-абсорбционным методом на приборе «Квант-АФА». Концентрацию кислорода измеряли методом газоадсорбционной хромотографии в сочетании с импульсным нагревом на анализаторе К-671. Результаты исследования зависимости степени восстановления и удельной поверхности полученных порошков тантала от крупности исходного порошка танталата лития приведены в табл. 1, где £уд - удельная поверхность порошка, Т - температура восстановления. Таблица 1. Восстановление разных фракций порошка танталата лития № Фракция, мкм T, °С Время, ч Давление, кПа Степень восстановления, % с~уд, м *г-1 1 -50 750 4 10-2 58 16.5 2 -50 750 4 5 61 - 3 -50 800 4 - 100 5.4 4 50^70 800 4 - 22 - 5 50^70 850 4 - 68 - 6 50^70 800 8 - 27 9.6 7 70^100 800 14 - 61 17.0 Данные, приведенные в табл.1, свидетельствуют, что, в отличие от танталата магния, фракция крупнее 50 мкм в этих условиях полностью не восстанавливается. Это можно объяснить тем, что крупные частицы танталата магния представляют собой спеченные конгломераты мелких частиц размерами не более 10 мкм, кроме того, сами частицы имеют большое число дефектов и межкристаллитных границ, способствующих проникновению магния во внутренний объем. Порошок танталата лития представляет собой индивидуальные частицы монокристалла гораздо большего размера. При этом для них характерно незначительное число дефектов, что затрудняет диффузию магния в объем. Сделанные с помощью СЭМ микрофотографии поверхности частицы после восстановления в течение 4 ч при температуре 800°С показали, что основное восстановление протекает на дефектных участках кристалла, в то время как есть участки поверхности без каких либо следов изменения. Рентгенофазовый анализ порошков, полученных при степени восстановления менее 65%, показал наличие в них, кроме металлического тантала, исходного танталата лития. В связи с этим порошки подвергали дополнительному восстановлению при температуре 750 и 800°С и остаточном давлении аргона 5 кПа. Условия процесса и удельная поверхность порошков после повторного восстановления фракции 70-100 мкм приведены в табл.2. 179