Electrochemical reduction of zirconium dioxide in chloride-oxide melts

Abstract

Цирконій та сплави на його основі завдяки унікальним фізико-хімічними властивостями широко використовують у різних областях сучасної науки і техніки. Основними споживачами цирконію є атомна енергетика, хімічна промисловість, металургія і медицина [1, 2]. Одним з найпоширеніших промислових методів отримання цирконію є процес Кролла [2], згідно з яким діоксид цирконію перетворюють за допомогою хлору та коксу в температурному інтервалі 900-1000 °С у тетрахлорид цирконію, а потім відновлюють магнієм до цирконію. Іншим поширеним методом промислового отримання цирконію є електроліз розплавлених сумішей, що містять хлоридні або фторидні сполуки цирконію [3]. Під дією електричного струму ці сполуки відновлюються на катоді до цирконію. На аноді залежно від умов електролізу виділяються або галогени, або галогенвуглецеві сполуки. Перспективним методом отримання цирконію може бути FFC Cambridge process [4-6], згідно з яким діоксид цирконію електрохімічно відновлюють у розплавленій суміші хлориду та оксиду кальцію. При цьому на катоді отримують цирконій, а зв'язані з ним іони кисню розряджаються на аноді. Оксид кальцію, що входить до складу розплавленого електроліту, забезпечує доставку до анода і розряд на ньому іонів кисню, які входять до складу діоксиду цирконію. Відмічено, що для забезпечення високого ступеня відновлення діоксиду цирконію необхідна його попередня підготовка. Для цього діоксид цирконію запресовують з похідними полівінілового спирту чи поліетиленгліколю [5] або з целюлозою, розчиненою в суміші етанолу та діетилового ефіру [6], а потім обпалюють при високих температурах.