Металлотермическое восстановление

Эти методы были испробованы по отношению к оксиду и галогенидам бериллия.

Для восстановления оксида бериллия из обычно применяемых металлов пригоден лишь Са. Однако продукт восстановления загрязняется кальцием вследствие образования соединения CaBe₁₃. Неудачна и попытка использовать для восстановления Ti и Zr. В данном случае реакция проходит в твердой фазе (температуры плавления компонентов очень высоки), поэтому выход во многом зависит от степени контактирования ВеО с восстановителем, в связи с чем брикетирование производили под давлением 101 МПа. Этот процесс, проводившийся в глубоком вакууме (133 Па) и при 1785°С, оказался слишком дорогим, чтобы получить широкое применение.

Для восстановления фторида и хлорида бериллия применимы все обычные металлы-восстановители. Из галогенидов менее пригоден хлорид бериллия. Его труднее обезводить, процесс восстановления можно проводить лишь ниже 500°С (температура кипения ВеCl₂). Это намного ниже температуры плавления металла, поэтому бериллий получается в виде тонкого порошка, который легко окисляется при выгрузке и с трудом отделяется от шлака.

Фторид бериллия (Т_Кип 1327°С) позволяет вести процесс с получением расплавленного бериллия, образующего корольки металла. Из восстановителей наиболее подходит магний, так как щелочные металлы, например Na, обладают низкой температурой кипения.

Магнийтермическое восстановление фторида бериллия. Это самый распространенный метод получения металлического бериллия. Peакция восстановления фторида бериллия магнием протекает быстро уже при температуре около 900°С, однако для разделения продуктов реакции они должны быть нагреты до 1300°С, то есть выше температур плавления бериллия и фторида магния. В процессе восстановления выделяется большое количество тепла, которое идет на испарение магния, что создает возможность выброса материала из зоны реакции.

Указанные осложнения устраняют добавлением флюсов, на плавление которых это тепло и расходуется. Наиболее целесообразным оказалось использовать в качестве флюса избыток BeF₂, что исключает загрязнение металла посторонними добавками. Система MgF₂–BeF₂ (рисунок 3.5) позволяет выбрать наиболее рациональный состав шлака. Хорошие результаты могут быть достигнуты при введении магния в количестве не более 75 % от стехиометрически необходимого. При таком соотношении бериллий легко отделяется от шлака за счет растворения с поверхности частичек восстановленного металла оксидной пленки, мешающей их слиянию. Плотность шлака больше плотности бериллия, поэтому он всплывает на поверхность ванны.

Восстановление ведут в графитовых тиглях, нагреваемых в индукционных печах. Расплавленный бериллий накапливается на поверхности шлака. При охлаждении тигля металл кристаллизуется раньше шлака, что позволяет извлекать слиток бериллия из расплава солей. Шлак в расплавленном состоянии сливают из тигля в графитовую изложницу. Соли с поверхности слитка бериллия растворяют в воде. Фторид бериллия извлекают из шлака в процессе выщелачивания раствором фторида аммония. Получаемый раствор поступает на стадию производства фторида бериллия. Нерастворимый осадок, состоящий из фторида магния, после переработки используют в качестве флюса в процессе восстановления. Частицы и куски восстановленного металла содержат 97 % Be, а также некоторое количество шлака и непрореагировавшего магния. Суммарное извлечение бериллия в процессе восстановления 96 %, продолжительность цикла 3,5 ч.