Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

Физико-химическая основа процесса фторирования гидродифторидом аммония заключается в способности кислородсодержащих соединений переходных и многих непереходных элементов при взаимодействии с NH 4 HF 2 образовывать очень удобные для переработки фторометаллаты аммония. При фторировании 25 г графитового концентрата перемешивали с 5 г NH4HF2, растворенными в 5 мл воды. Полученную густую массу медленно нагревали до температуры 190-200 °С, затем повышали температуру до 400 °С. После выдерживания образца при этой температуре в течение 2 ч в никелевом конденсаторе было собрано 2,8 г десублимата (NH 4 ) 2 SiF 6 , а во фторопластовом конденсаторе — 0,8 г смеси NH 4 HF 2 и NH 4 F, которая в дальнейшем может быть использована для возврата фторирующего реагента в оборот. Сублимированный гексафторосиликат аммония имел высокую чистоту, содержание примесей в нем не превышало 4-10 мас. %. Нелетучий остаток в реакционном контейнере повторно перемешивали с 5 г NH4HF2, растворенными в 5 мл воды. Полученную массу нагревали до температуры 190-200 °С и выдерживали при этой температуре в течение 2 ч. Вес профторированного продукта составил 24,7 г. Судя по данным рентгенофазового анализа, примеси в профторированном в две стадии продукте были представлены растворимыми в воде фтораммониевыми солями алюминия, титана и железа и нерастворимым флюоритом. Процесс выщелачивания проводили путем 2-кратного растворения профторированного продукта в воде при Т : Ж = 1 : 10. Взвесь отстаивали, прозрачный раствор сливали. Последнюю порцию фильтровали, полученный объединенный фильтрат упаривали до сухих солей. Масса полученного продукта составила 1,44 г. По данным рентгенофазового анализа он представлял собой смесь комплексных фтораммониевых солей алюминия, железа и титана. Зольность очищенного таким способом графита составила 0,56 %. Повысить чистоту графита можно путем использования кислотного выщелачивания, поскольку в данном случае основными примесями являются нерастворимые в воде фториды кальция и магния. Полученный на этой стадии после водного выщелачивания графит обрабатывали 10 %-м раствором соляной кислоты при Т : Ж = 1 : 8 или 15 %-м раствором азотной кислоты при Т : Ж = 1 : 5 в течение 1 ч при температуре 700 °С. Далее смесь фильтровали, промывали водой и высушивали. При этом чистота полученного графита составила 99,98 % [6]. Ранее [5] было высказано предположение о вхождении редких земель на наноуровне в структуру природного графита. В связи с этим представлялось важным проанализировать состав раствора кислотного выщелачивания профторированого продукта. Для этого азотнокислый раствор выпаривали досуха. В полученном остатке обнаружено присутствие высоких концентраций редкоземельных элементов (табл.). Эти материалы наглядно подтверждают наши выводы о тесных связях редкоземельных компонентов и природного графита. Содержание редкоземельных элементов в выпаренном фильтрате, г/т Элемент Содержание, г/т Элемент Содержание, г/т Y 67,0 Gd 18,2 La 640,2 Tb 2,3 Се 263,4 Dy 12,6 Рг 33,2 Ho 2,5 Nd 102,4 Er 7,0 Sm 16,8 Tm 0,9 Eu 3,75 Yb 5,3 Сверхчистый графит найдет широкое применение в качестве конструкционного материала в атомной энергетике, теплотехнике, а также как исходное сырье для получения коллоидного графита, окиси графита и расширенного графита, микроэлектронике (производство электронных компонентов), авиастроении, автомобилестроении (детали топливной системы, топливопроводы), оборонной промышленности. Из полученного сверхчистого графита были изготовлены графитовые стержни и шихта, которые использовались для создания электродуговой плазмы. Шихта представляет собой смесь графитового порошка с коллектором в виде стружки низкоуглеродистой стали. Для проведения эксперимента была создана плазменная установка, представляющая собой герметичную камеру прямоугольной формы и внутренними размерами 1000 х 800 х 80 мм. Камера оснащена системой подачи и откачки буферного газа, а при необходимости и охлаждающего, кварцевыми окнами для оптических наблюдений и измерений. Там же смонтированы термовводы подачи напряжения на плазматрон, который находится внутри камеры. Этот ламинарный плазматрон использовался в эксперименте как генератор низкотемпературной плазмы. Коэффициент сжатия плазмообразующего газа (аргона) n составил 0,5-0,8. В качестве электродов использовались графитовые стержни из природного материала. В результате горения электрической дуги происходило плавление шихты. Применение плазмохимического метода позволило выделить дисперсные материалы. Для изучения полученных образцов применялись установка «Дрон», микрозондовый анализатор, атомно-силовой и сканирующие электронные микроскопы. В результате проведенных исследований в порошке установлено наличие высоких содержаний фуллеренов, углеродистых нанотрубок и алмазоподобного графита. Сопоставление природных углеродистых наноструктур, обнаруженных в ружинском графите (рис. 2), и искусственных наноформ, синтезированных из него же, показывает их удивительное внешнее и внутреннее сходство. 182