Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
При выборе металла как конструкционного материала следует отдавать предпочтение металлу, соединения которого
* Следует иметь в виду, что в соляной и плавиковой кислотах, а также в водных растворах гидроокисей щелочных металлов тантал и цирконий постепенно становятся хрупкими и рассыпаются в порошок [36, 47].
87
будут подвергаться в конструируемой аппаратуре той или иной обработке. Безусловно, это возможно лишь в том случае, если данный металл относится к числу химически стойких. Тогда требование к величине скорости коррозии может быть снижено до 0,01—0,1 г/(м2-ч) при условии незначительного содержания (меньше 1-10-3% ) в данном металле других микропримесей. Например, операции кристаллизации и сушки особо чистых никелевых солей могут производиться в аппаратуре из высококачественного никеля.
В ряде случаев химическая коррозия металлов зависит не от природы соприкасающихся с ними веществ, а является результатом воздействия на металл либо продуктов гидролиза этих веществ, либо атмосферных газов (02, S02, N02 и др.). Так особо чистый трихлорсилан, полностью изолированный от кислорода и влаги воздуха, можно не только хранить без существенной потери качества в бочках из специальной стали, но и подвергать ректификации в колоннах, изготовленных из нержавеющей стали.
Следует с большой осторожностью подходить к использованию аппаратуры с защитными пленками из благородных и других металлов. Практически невозможно создать беспористые покрытия. Например, никелевые пленки в зависимости от толщины и состава гальванической ванны содержат на 1 см2 от 20 до 180 пор. Через эти поры при толщине пленки в 5 л/с в течение 20 мин диффундирует от стальных стенок реактора в продукционный раствор до 1,4- 10~4 г Fe3+ [23].
Керамика (фарфор). Применяется в качестве самостоятельного конструкционного материала для изготовления ряда аппаратов (насосы, реакторы, фильтры), используемых в основном в нейтральных * средах для получения большого количества чистых веществ с содержанием отдельных микропримесей не меньше 1 • 10"50/о **•
Химическая стойкость фарфоровых изделий в щелочных растворах небольшая: потеря веса в 2 н. водном растворе Ыа2СОз составляет 25—30 мг на 1 дм2 поверхности. В кислых средах * растворимость фарфора колеблется от 5 до 9 мг с 1 дм2 поверхности (10%-ная соляная кислота). Столь высокая растворимость фарфора в кислых средах ограничивает его использование.
Химическая устойчивость другой по составу плотной керамики (Zr02, А1203, BeO, MgO, MoSi2, TiB2, AIN) исследована подробно только у изделий из окиси бериллия [48]. Раствсу?и-
* В плавиковой и кремнефтористоводородной кислотах и их солях, а также в фосфорной кислоте, керамика (фарфор) сильно корродирует.
** Стандартный твердый фарфор содержит 40—55% глинистого вещества, 20—30% кварца и 20—30% полевого шпата [22].
мость в кислотах тиглей из А120з составляет менее 3 мг, а в щелочных растворах — менее 10 мг с 1 дм2 поверхности в 1 ч.
Эмали. Как и керамика, эмали являются продуктами сложного состава. Например состав кислотоупорной эмали следующий (в %) [22, 37]:
8Ю2......• • • 60-70 СаО..........до 10
ШгО.........Ю-20 А1403.........до 5
К20..........до 10 В203 .........до 5
Некоторые из этих окислов в зависимости от назначения эмали могут быть заменены на ТЮ2, БпОг, 2г02, ВаО и др. Тонкий эмалевый слой легко отмывается от поверхностных загрязнений, отличается большой механической прочностью и эластичностью, выдерживает нагревание до 300° С [22, 37].
Применение эмалей в технологии получения особо чистых веществ ограничивается их небольшой химической стойкостью. Растворимость эмалей в кислотах * (в том числе и органических) любых концентраций равна 0,15—2,6 г/(м2 • ч), а в 1—30% водных растворах Ыа2С03 и ЫаОН от 2,4 до 80,0 г/(м2 • ч) [37, 49, 50]. Введение в эмали 2т02 от 2,5 до 10%, независимо от содержания щелочных окислов, увеличивает ее щелочеустой-чивость. Однако потеря веса в 2 н. водном растворе ЫаОН остается все еще высокой и составляет 0,1—0,2°/о при 98° С после 3 ч обработки [49].
Другой недостаток эмалей — их высокая чувствительность к местным перегревам и охлаждениям, приводящая к появлению очень тонких трещин и так называемых «местных отколов». Поэтому при выборе аппаратуры для производства особо чистых веществ низших классов предпочтение всегда отдается фарфоровой или стеклянной аппаратуре.
Стекло. Воздействие водных растворов различных веществ на силикатное стекло можно свести в основном к двум видам процессов: растворению ** (растворы гидроокисей щелочных, щелочноземельных металлов и карбонатов щелочных металлов, плавиковая и кремнефтористоводородная кислоты и их соли) и выщелачиванию3* окислов щелочных и щелочноземельных металлов с образованием на поверхности защитного слоя из пленки БЮг (вода, нейтральные водные растворы солей различных металлов, кислоты, кроме плавиковой и т. д.) [30, 51]. Наиболее химически стойкие силикатные стекла теряют в весе при нагревании в воде при 100° С в течение 1 ч
* В плавиковой и кремнефтористоводородной кислотах и их солях, а также в фосфорной кислоте эмали сильно корродируют.
