cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2016-4-23-33cvmet-360Research ArticleМеталлургия редких и благородных металловMetallurgy of Rare and Precious MetalsОПТИМИЗАЦИЯ ФТОРИРОВАНИЯ ПОРОШКА ВОЛЬФРАМА ФТОРОМ В РЕАКТОРЕ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙOptimization of tungsten powder fluorination with fluorine in a fixed bed reactor, while ensuring environmental requirementsКоролевЮ. М.KorolevYu. M.

докт. техн. наук, профессор, президент

105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 9/23

Dr. Sci. (Eng.), Prof., President,

105005, Moscow, 2-nd Baumanskaya str., 9/23

stapm@mail.ruНаучно-техническая ассоциация «Порошковая металлургия»РоссияScientific-technical association «Powder Metallurgy»Russian Federation201621082016042333Copyright © Королев Ю.М., 20162016Королев Ю.М.Korolev Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/360

С использованием физико-химических основ процессов разработаны расчетные методики для моделирования фторирования порошка вольфрама фтором и конденсации полученного WF6, которые удовлетворительно описывают имеющиеся экспериментальные данные. С их помощью проведена оптимизация размеров оборудования и параметров процесса двухстадийного фторирования порошка вольфрама фтором с конденсацией жидкого WF6 после каждой стадии при температуре 2,5–3,0 °С. Показана возможность получения WF6 с производительностью 5,23, 6,53 и 7,83 кг/ч в реакторах диаметром 200, 300 и 360 мм соответственно при температуре 300–350 °С без принудительного охлаждения наиболее теплонапряженного первого фторатора. При этом достигается полнота использования фтора более 99,99 %, а количество выходящих из технологической цепочки вредных газов (F2, WF6) не приводит к превышению их предельно-допустимых концентраций уже в объеме вентиляционных газов. Даны рекомендации по организации производственного процесса фторирования порошка вольфрама.

In order to simulate tungsten powder fluorination with fluorine and condensation of WF6 produced, computational methods based on the physical and chemical process principles were developed which satisfactorily describe experimental data available. They were used to optimize the equipment size and parameters of two-stage tungsten powder fluorination process with the condensation of liquid WF6 after each stage at 2,5–3,0 °C. The possibility of WF6 production at an output rate of 5,23, 6,53 and 7,83 kg/h in reactors with a diameter of 200, 300 and 360 mm respectively, at a temperature of 300–350 °C without forced cooling of the most heat-stressed first fluorinator was demonstrated. Besides, the total fluorine utilization over 99,99 % was achieved with the amount of hazardous gases escaping the process (F2, WF6) below their maximum permissible concentrations even in the ventilation gas volume. Some recommendations were given on the organization of tungsten powder fluorination flow process.

вольфрамфторгексафторид вольфрамафторированиеконденсацияполнота использования фторапроизводительностьоптимизацияорганизация производствапредельно-допустимые концентрацииэкологияtungstenfluorinetungsten hexafluoridefluoridationcondensationtotal fluorine utilizationoutput rateoptimizationorganization of productionmaximum permissible concentrationsecologyReferencesКоролев Ю.М., Столяров В.И. Восстановление фторидов тугоплавких металлов водородом. М.: Металлургия, 1981. http://www.fluoridetech.ucos.ru.Korolev Yu.M., Stolyarov V.I. Vosstanovleyie ftoridov tugoplavkikh metallov vodorodom [Reduction of fluorides of refractory metals with hydrogen]. Moscow: Metallurgiya, 1981. http://www.fluoridetech.ucos.ru.Королев Ю.М. Осаждение вольфрама восстановлением его гексафторида водородом при стехиометрическом соотношении компонентов — экологически чистый процесс // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 1. С. 22—27.Korolev Yu.M. Deposition of tungsten by reduction of its hexafluoride with hydrogen under the stoichiometric component ratio: An environmentally pure production process. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 2. P. 149—154.Ruff O., Escher A. Tungsten Hexafluoride Producing Method // Anorg. Allgem Chem. 1931. Vol. 196. P. 413—420.Ruff O., Escher A. Tungsten hexafluoride producing method. Anorg. Allgem. Chem. 1931. P. 413—420.Clark H., Emeleus J. Chemical Properties of Tungsten Hexafluoride // Chem. Soc. 1957. P. 4778—4781.Clark H., Emeleus J. Chemical propertits of tungsten hexafluoride. Chem. Soc. 1957. P. 4778—4781.Martin W.R., Heestand R.L., McDonald R.E., Reimann G.Al. Application of Chemical Vapor Deposition to the Production of Tungsten Tubing // Proceeding of Chemical Vapor Deposition of Refractory Metals, Alloys and Compounds (Gаtlinburg, Tennesse. Sept. 12—14, 1967). P. 303.Martin W.R., Heestand R.L., McDonald R.E., Reimann G.Al. Application of chemical vapor deposition to the production of tungsten tubing. In: Proceeding of Chemical Vapor Deposition of Refractory Metals, Alloys and Compounds (Gatlinburg, Tennesse. 12—14 Sept. 1967). P. 303—311.Агноков Т.Ш., Королев Ю.М., Свидерский М.Ф., Соловьев В.Ф., Столяров В.И., Петранин Н.П., Победаш Н.В. Фторирование металлических отходов молибдена и вольфрама // Химия и технология молибдена и вольфрама. Нальчик: КБГУ, 1978. Вып. 4. С. 22—31.Agnokov T.Sh., Korolev Yu.M., Sviderskii M.F., Solov’ev V.F., Stolyarov V.I., Petranin N.P., Pobedash N.V. Ftorirovanie metallicheskikh otkhodov molibdena i vol’frama [The fluorination of metal waste molybdenum and tungsten]. In: Khimiya i tekhnologiya molibdena i vol’frama [Chemistry and technology of molybdenum and tungsten]. Nal’chik: KBGU, 1978. Is. 4. P. 22—31.Агноков Т.Ш., Королев Ю.М., Свидерский М.Ф., Соловьев В.Ф., Столяров В.И., Петранин Н.П., Победаш Н.В. Некоторые принципы моделирования реакторов для фторирования металлического вольфрама // Химия и технология молибдена и вольфрама. Нальчик: КБГУ, 1979. С. 18—24.Agnokov T.Sh., Korolev Yu.M., Sviderskii M.F., Solov’ev V.F., Stolyarov V.I., Petranin N.P., Pobedash N.V. Nekotorye printsipy modelirovaniya reaktorov dlya ftorirovaniya metallicheskogo voj’frama [Certain principles of modeling of reactors for fluorination of tungsten metal]. In: Khimiya i tekhnologiya molibdena i vol’fram [Chemistry and technology of molybdenum and tungsten]. Nal’chik: KBGU, 1979. P. 18—24.Мариненко Е.П., Рудников А.И., Крупин А.Г., Кузьминых С.А., Хохлов В.А. Лазарчук В.В., Комиссаров А.А. Способ получения гексафторида вольфрама: Пат. 2209771 (РФ). 2003.Marinenko E.P., Rudnikov A.I., Krupin A.G., Kuz’minyh S.A., Hohlov V.A. Lazarchuk V.V., Komisarov A.A. Sposob poluchenija geksaftorida vol’frama [Metod of producing tungsten hexafluoride]: Pat. 2209771 (RF). 2003.Sabasky B.J., Doane R.E. Synthesis of Semiconductor Grade Tungsten Hexafluoride: Pat. 5348723 (USA). 1994.Sabasky B.J., Doane R.E. Synthesis of semiconductor grade tungsten hexafluoride: Pat. 5348723 (USA). 1994.Кузьминых С.А., Галата А.А., Хохлов А.А., Лазарчук В.В., Крупин А.Г., Мариненко Е.П., Рудников А.И. Способ получения гексафторида вольфрама: Пат. 2310608 (РФ). 2004.Kuz’minyh S.A., Galata A.A., Hohlov A.A., Lazarchuk V.V., Krupin A.G., Marinenko E.P., Rudnikov A.I. Sposob poluchenijg geksaftorida vol’frama [Metod of producing tungsten hexafluoride]: Pat. 2310608 (RF). 2004.Korolev Yu.M. Synthesis of WF6 by fluorination of tungsten metal with flowing fluorine in a fixed bed tungsten reactor // Procedia Chemistry. 2014. Vol. 11. P. 73—77.Korolev Yu.M. Synthesis of WF6 by fluorination of tungsten metal with flowing fluorine in a fixed bed tungsten reactor. Procedia Chemistry. 2014. Vol. 11. P. 73—77.Cady G.H., Hargreaves G.B. Vapor Pressure of Some Heavy Transition — Metal Hexafluorides // J. Chem. Soc. 1961. Vol. 58. P. 1563—1574.Cady G.H., Hargreaves G.B. Vapor pressure of some heavy transition metal hexafluorides. J. Chem. Soc. 1961. Vol. 58. P. 1563—1574.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.- Л.: Госхимиздат, 1950.Kasatkin A.G. Osnovnye protsessy i apparaty khimicheskoi tekhnologii [Basic processes and devices of chemical technology]. Moscow—Leningrad: Goskhimizdat, 1950.Методические указания по измерению концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Вып. ХХI. М.: Минздрав СССР, 1986.Metodicheskie ukazaniya po izmereniyu kontsentratsii vrednykh Veshchestv v vozdukhe rabochei zony [Instruction for the measurement of concentration of harmful substances in the air of the working area]. Vol. XXI. Moscow: USSR Ministry of health, 1986.Основные свойства неорганических фторидов: Справочник / Под ред. Н.П. Галкина. М.: Атомиздат, 1976.Osnovnye svoistva neorganicheskikh ftoridov [Basic properties of inorganic fluorides: Directory]. Ed. N.P. Galkin. Moscow: Atomizdat, 1976.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.