氟化

更新时间:2022-08-26 10:45

氟化是冶金工业中使金属氧化物反应生成金属氟化物,从而把金属元素从原来氧化物中提取出来的过程,即氟化冶金过程。

研究背景

金属氟化物作为过渡产物,在金属尤其是稀有金属工业生产上日益得到广泛应用。

金属氟化物的生成等压位的负值都相当大,比相应的氯化物更大。金属氟化物具有容易形成络合物,稳定性比较大,蒸气压又比较低,此外还容易制备成纯化合物,容易还原以及低的熔点沸点等优点,所以在用熔盐电解提取金属的过程中特别有用。

氟化方法

在冶金中用氟化法提取金属,都是先将原料中欲提取的金属制备成纯的氧化物,然后再用氟化剂将氧化物转化成氟化物,并利用金属氟化物的特性进一步提纯,最后用金属热还原熔盐电解方法制取纯金属。工业上常用的氟化剂是元素氟氟化氢气体。

元素氟

金属氧化物用氟进行氟化的反应式如下:

式中y为金属的原子价。例如的氟化反应式为:

且在500℃温度条件下,在空气气氛中只要有极微量的氟存在,像这样很稳定的氧化物都可以被氟化。

氟化氢气体

气体氟是很昂贵的试剂,在生产中通常用氟化氢来代替,其反应式为:

但是,氧化物与氟化氢反应的标准自由焓变量,比氟反应要少负约340KJ。因而,氟化氢的氟化能力比氟要弱得多。

应用举例

下面以铀冶金方面的例子来说明氟化法的应用。

二氧化铀提取铀的第一步,是将二氧化铀用氟化氢进行氟化,按如下反应制得四氟化铀

可以求得反应的为

从以上数据可算得反应的平衡气相组成(以气相中的的百分含量表示)与温度的关系,用作图法表示于图《平衡气相组成与温度关系示意图》:

由图可见,在低温下,气相中以水蒸气为主,即 氟反应平衡向右移动的趋势大。若在高温下,气相中以氟化氢为主,即平衡向右移动的趋势小。因此,上述氟化反应应当控制在较低温度(400~500℃左右)下进行。上述反应为放热反应,在600℃时其热效应很大。因此,只要在开始时加热到反应温度,以后反应就可以自动进行。为了防止温度过高,在反应器上还要安装冷却装置。

因为六氟化铀的沸点很低(56℃),因而可以在较低温度下,用气相扩散法分离天然铀中的同位素。从热力学上来说,六氟化铀可由二氧化铀直接用氟进行氟化而制得,但要消耗较多昂贵的氟。因而实际上是先制得四氟化铀以后,再将四氟化铀固体与氟反应,制成六氟化铀,其反应式为:

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