Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Приведенные выше данные об атмосферных загрязнениях достаточно красноречиво свидетельствуют о больших трудностях получения особо чистых веществ со значительно меньшим содержанием микропримесей по сравнению с их концентрацией в атмосфере. При среднем содержании в воздухе промышленных районов около 1 • 10~4 г/м3 БОа концентрация этой примеси в денонсированной воде, находящейся в негерметично
закрытом сосуде, быстро увеличивается до 8-10-5%. Многим исследователям хорошо известна трудность получения ряда веществ с содержанием хлоридов менее 1 • 10~4% из-за постоян1' ного присутствия в воздухе лабораторных помещений хлористого водорода порядка \,3мг/м3 [4].
КОРРОЗИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ТЕХНОЛОГИИ ОСОБО ЧИСТЫХ ВЕЩЕСТВ
Правильный выбор необходимого конструкционного материала для осуществления заданной технологической операции без снижения качества обрабатываемого продукта — одна из наиболее сложных проблем. В настоящем разделе мы, естественно, не можем дать полного обзора химической и механической устойчивости всех используемых в настоящее время коррозион-ностойких материалов. Этому вопросу посвящены специальные монографии [22—44]. Мы рассмотрим лишь те материалы, скорость коррозии которых допускает их применение для изготовления аппаратуры и ее узлов, используемых при получении особо чистых веществ. При этом следует иметь в виду, что встречающаяся в некоторых монографиях качественная оце'нка химической стойкости материалов («устойчив», «вполне стоек» и т. д.) еще не определяет возможности его применения в технологии получения особо чистых веществ. Термину «вполне стоек» отвечает потеря веса материалом до 0,1 г/(м2-ч). Это значит, что в рабочем растворе, находящемся в реакторе емкостью около 100 л и изготовленного из материала с такой химической стойкостью, появляется после 1 ч работы 0,1—0,01% инородной примеси. Напомним, что в особо чистых веществах содержание микропримесей не должно превышать 1 • Ю-5 %. Отсюда следует, что в технологии получения особо чистых веществ можно использовать только такие материалы, скорость коррозии которых меньше 1 • 10"5 г/(м2-ч) *. Однако коррозия материалов, протекающая с подобной скоростью, до сих пор почти не изучалась.
Металлы и сплавы. Имеют ограниченное применение в технологии получения особо чистых веществ ввиду их относительно высокой скорости коррозии во многих жидких и газообразных средах. Скорость коррозии обычно составляет для так называемых нержавеющих сталей 0,05—0,8 г/ (м2 • ч) и только в единичных случаях снижается до 0,001 г/(м2-ч). Например, при 30° С скорость коррозии нержавеющей стали марки Х17Н5Г9АВ в 15—98%-ной СН3С00Н равна 0,0006 г/(м2-ч) [45]. При 20° С скорость коррозии монель-металла и магния в
* Химическая стойкость металлов часто оценивается в единицах проницаемости, мм/год. Скорость коррозии (У„), выражаемая в г/(л*2^ч), равна Ук = 0,114 Яр, где Л — проницаемость, мм) год; р — плотность металла, г/см3 [22].
36
48_70%-ной плавиковой кислоте меньше 0,002 г/(ж2 - ч) [26, 46], но уже при 115° С скорость коррозии у монель-металла возрастает в той же среде до 0,43 г/(м2-ч) [26].
Благородные металлы (золото, платина, палладий, иридий, родий и другие) считаются перспективным конструкционным материалом для изготовления аппаратов, работающих при высоких температурах (выше 250° С) в нейтральных средах, не содержащих свободного кислорода и окислителей [27]. В отдельных случаях благородные металлы обладают высокой химической стойкостью и в кислых средах. Так, платиновые и палладиевые дистилляционные и ректификационные аппараты широко используются для получения особо чистой плавиковой кислоты [46]. Платина разрушается в сухом хлоре выше 260° С [скорость коррозии 0,6г/(м2• ч)], во фторе при 480—560°С [скорость коррозии 75 г/(ж2 - ч)], в олеуме при 400° С [скорость коррозии 583 г/(м2-ч)], в 96%-ной серной кислоте выше 200° С в присутствии 02, НЫ03, Аз205 и других примесей; в фосфорной кислоте выше 100° С; в 36%-ной соляной кислоте выше 100° С, особенно в присутствии 02, СгОз, РеС13, МпС12 и других примесей. Палладий подвергается коррозии в азотной, фосфорной и соляной кислотах [26].
Среди обычных металлов особого внимания заслуживает тантал. Тантал не реагирует с бромом до 300° С, с иодом до 400° С, устойчив в СНзСООН любой концентрации от 20 до 390° С; царской водке при 18—60° С [29]. Скорость коррозии тантала в 60—70%-ной НЫ03 при 20—30° С меньше 1 • 10"5 г/(м2-ч), а в 36%-ной соляной кислоте* при 19— 110° С меньше 1 • Ю-4 г/(м2-ч) [26]. Разрушается тантал в 40%-ной плавиковой кислоте при 20° С, в фосфорной кислоте выше 175° С [скорость коррозии 0,004 г/(м2-ч)], в серной кислоте выше 100° С [26]. Таким образом, тантал по своей химической устойчивости приближается к платине. Считается [27], что устойчивость тантала определяется стойкостью защитных поверхностных пленок.
Особо чистый цирконий по своей коррозионной стойкости в кислотах приближается к танталу и превосходит последний по устойчивости в расплавах гидроокисей щелочных металлов. Например, скорость коррозии циркония в 1—37%-ной соляной кислоте при 35—100°С составляет от 1 • 10~4 до 6-Ю-3 г/(ж2-ч) [47], а в азотной и органических кислотах любой концентрации при 18—100°С — от 1 • Ю-2 до 1 • Ю-4 г/(м2-ч) [29].
