Способ получения хлористого алюминия и двуокиси кремния

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU „„1225477 (я) 4 С 01 F 7/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ и,,, / Ж 1.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / .- -:.

Н flATEHTV (21) 3384222/22-02 (22) 19.01.82 (31) 116/81 (32) 20.01.81 (33) HU (46) 15.04.86. Бюл, К - 14 (7 1) Татабаньаи Сенбаньак (HU) и Металлургкомплект (ВС) (72) Динко Генчев (BG) „ Каталин Сабо, Силард .Ридерауэр, Янош Сепфелдьи, Миклош Юрмешши и Имре Бертоти (HU) (53) 661 ° 862(088.8) (56) Патент СССР Р 24313,, кл. С 01 F 7/58, опублик. 1931 ° (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО АЛЮМИНИЯ И ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ, включающий хлорирование алюминийсодержащего сырья и отделение хлористого алюминия, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения экономичности способа, в качестве алюминийсодержащего сырья используют технически чистый глинозем, хлорирование осуществляют при 800-1200 С с использованием в качестве хлорирующего агента четыреххлористого кремния, причем образующуюся двуокись кремния непрерывно удаляют.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, в качестве алюминийсодержащего материала используют концентрат окиси алюминия, обедненный железом, или окись алюминия, полученную по щелочной или кислотной методике.

3. Способ по пп.1 и 2, е т л и— ч а ю шийся тем, что четыреххлористый кремний вводят с помощью газа-носителя, например азота и/или моноокиси углерода.

4, Способ по пп. 1-3, о т л и ч аю шийся тем, что хлористый алюминий отделяют путем конденсации.

1225477

Ii:обретение относится к способу получения треххлористого алюминия и двуокиси кремния путем хлорирования,окиси алюминия при использовании в качестве хлорирующего агента четыреххлористого кремния.

Изобретение основано на реакции взаимодействия четыреххлористого кр"-: rrчя с реакционноспособными концепт гатами, обогащенными окисью алю- 10 мию.я. которые освобождены от железа и воды. с хорошим выходом при темпео ратуре выше 400 С; предпочтительно о .ежду 800 и l200 С. Остаток, состоящий из непрореагировавшей твердой 15 окиси алюминия и осажденной двуокиси крс пп я, может быть отделен от кремния известным способом при растворении окиси алюминия и удалении двуокиси кремния фильтрованием. PBctBo ренпая окись алюминия может быть сног=а превращена в окись алюминия и рециклизована в первую стадию реакции, тогда как непрореагировавший четыреххлористый кремний также рецик- лизуют и выделяют целевой треххлорис гый алюминий, в некоторых случаях после очистки.

Хотя реакция окиси алюминия и

F,,O, соответственно с четыреххлористым кремнием по следующим уравнениям.

2А1,,0, + 3SiC1„= 4А1С1, + 3Si0 и

2Ге,О,, + ЗБ:ьС1, = 4РеС1, + 3SiO известна, однако неизвестен способ.

О утилизации четыреххлористого кремния без какого-либо вспомогательного хпорирующего или восстанавливающего

40 аге::гга для полного превращения окиси аломиния в безводный треххлористый алюминий по экономичному пути. Íeсмотря ча то, что хлорирование окиси

J 45 железа начинается при более низкои температуре, чем у окиси алюминия, селективное хлорирование окиси алюминия не может быть достигнуто при работе при подходящей селективной температуре, так как в температурном интервале, благоприятном для хлорирования окиси алюминия, исходный материал еще содержит значительное копичество окиси железа. Следовательно, основной материал должен быть освобожден от железа. В противном случае трех лористый алюминий может быть заг-рязнен хлоридом железа.

Эксперименты показали, что обогащенные окисью алюминия концентраты окиси алюминия, которые содержат незначительное количество окиси железа, могут быть экономично переработаны по предлагаемому способу. Окись алюминия, полученная по процессу

Байера или после удаления железа кислотной обработкой, отвечает этим требованиям,. Четыреххлористый кремний может быть использован пля хлорирования окиси алюминия или с носителем, например азотом или моноокысью углерода,в нагретом вертикальном или горизонтальном трубчатом реакторе, циклоне или проточном реакторе, При подходящей конструкции реактора может бьггь устранено или по крайней мере значительно снижено вредное воздействие двуокиси кремния, образующейся во время хлорирования и осаждения на поверхности частиц окиси алюминия.

Реакция начинается примерно при о

400 С, íî конверсия возрастает при повышении температуры, следовательно, предпочтительно проводить реакцию при температуре от 800 до 1200 С.

Эффективность хлорирования зависит от качества исходного материала и условий реакции, поэтому желательно рециклизовать непрореагировавшие компоненты до тех пор, ггока все количество окиси алюминия не превратится в треххлористый алюминий, Так как в результате этой реакции четыреххлористый кремний превращается в двуокись кремния, последнее

1 соединение следует отделять от непрореагировавшей окиси алюминия, так как оно является нежелательным побочным продуктом, который может осаждаться на поверхности частиц окиси алюминия, в результате его ингибируется хлорирование непрореагировавrueA окиси алюминия. Двуокись кремния отделяют известным способом.

Окись алюминия, полученную при термическом разложении, рециклизуют на стадию хлорирования. Таким образом, окись алюминия возвращают в цикл до тех пор, пока все ее количество не будет превращено в треххлористый алюминий.

Полученный треххлорыстый алюминий отделяют от паровой смеси, состояшей из треххлористого алюминия ы непрореагировавшего четыреххлористого кремния путем конденсации, и рецыклизуют пары четыреххлористого кремния

1225477 в реактор хлорирования, его вводят в" реакцию со свежей окисью алюминия.

Согласно изобретению четыреххлористый кремний — хлорирующий агент, и непрореа.гировавшую окись алюминия выдерживают в цикле до тех пор,пока все количество окиси алюминия не прегратится в треххлористый алюминий и все количество четыреххлорисзом-носителем, например азотом ипн моноокисью углерода.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Газовую смесь, содержащую SiC1,, выводимую из конденсаторов, конденсируют при 0-5 С. Полученный жидкий продук затем подвергают разложению.

Разложение четыреххлористого кремния осуществляют в реакторе с движущимся слоем, используя окись алюминия, содержащую 99,557. А1, О,, полученную по способу Байера, в качестве реагента. Окись алюминия вводят в верхнюю часть реактора (подача

0,985 кг/ч), а жидкое состсяние обеспечивается 2,46 кг/ч SiC1„ подаваемого в реактор с помощью азота в качестве газа-носителя. Температура ожиженного (движущегося) слоя равна, 800 С.

В результате реакции между четыреххлористым кремнием и окисью алюминия около 457. исходного количества четыреххлористого кремния превращается в двуокись кремния.

Образовавшийся треххлористый алюминий и непрореагировавший четыреххлористый кремний удаляют из системы с помощью потока газа, тогда как твердую двуокись кремния и непрореагировавшую окись алюминия выгружают через перелив. Таким образом разлагают 1, 11 кг/ч четыреххлористого кремния и образуется i 16 кг/ч треххлористого алюминия. Конденсируют

1, 16 кг/ч треххлористого алюминия и

1,35 кг/ч четыреххлористого кремния и добавляют к хлоридам, полученным на стадии хлорирования, после чего эти компоненты далее обрабатывают вместе.

Смесь окись алюминия — двуокись кремния, удаленную через перелив (0,93 кг/ч), обрабатывают серной кислотой в реакторе, снабженном мешалкой, получая сульфат алюминия. При разложении полученного сульфата алюминия получают 0,5 кг/ч окиси алюминия, которую затем рециклизуют на стадию хлорирования. Пары SO,,âûäå m m ecsr op разложении, добавляют в реактор, оборудованный мешалкой,и используют для приготовления сульфата алюминия.

Пример 2. Непрерывное разложение четыреххлористого кремния.

При проведении хлорирования низкосортного боксита по методике при25 очистке

В качестве концентрата окиси алюминия применяют окись алюминия, полученную по щелочной или кислотной методике, или четыреххлористыи кремний вводят на стадию хлорирования с гатого кремния не превратится в двуокись кремния °

Треххлористый алюминий, выделенный конденсацией, при необходимости может быть подвергнут дальнейшей очистке известным способом. l5

Продуктом реакции является чистая безводная окись алюминия, которая может быть превращена в металлический алюминий известным способом, а выделившийся хлор может быть использован для хлорирования алюминийи силикатсодержащих минеральных материалов по предлагаемому способу. В

В результате также получают четыреххлористый кремний.

Четыреххлористый кремний, полученный в качестве побочного продукта при хлорировании алюминий- и кремнийсодержащих минералов или любым другим путем, может быть использован . для превращения окиси алюминия, содержащейся в ее концентрате, в треххлористый алюминий без применения какого-либо другого хлорирующего агента. В соответствии с этим способом четыреххлористый кремний взаимодействует с концентратом окиси алюминия, обедненным по железу, при температуре выше 400 С, предпочтительно между 800 и 1200 С, отделяют непрореагировавший четыреххлористый кремний от треххлористого алюминия, образовавшегося при реакции, и рециклизуют его на стадию хлорирования, из твердого остатка, имеющего пониженное содержание окиси алюминия и обогащенного двуокисью кремния, вь1деляют последнее соединение, оставшуюся окись алюминия рециклизуют на стадию хлорирования, а полученный треххлористый алюминий непрерывно удаляют и при желании подвергают дополнительной

1225477 мера 1 получают 2,46 кг/ч четыреххлористого кремния. Продукт конден=ируют и хранят в вице жидкости.

Из охлажттаемого танка, используе5 мого для хранения четыреххлористого

40 кремния, его подают н испаритель чри 60 С, в котором он испаряется

=o скбростью 1,8 кг/ч, после чего его вводят н систему, состоящую из двух реакторов, соединенных н батарею. В реакторы подают концентрат окиси алюминия, приготовленный гидоотеталлур гттческой обработкой Hbjco кок ..ественных бокситов (содержание

Л1., О., прегышает 98%), а пары четыреххлористого кремния пропускают через

"ло. т. этого материала. Первый реакго",I ;одержит - т кг Аl, О и имеет о гем ератуву 900 С. Из второго реакгора выгружают 1,8 кг/ч четыреххло— рчстог,) кремния, полученного при испарении и 0,6 кг/ч непрореагиронавшсй двуокиси кремния, а именно всего 2,4 кг/ч четыреххлористого крем— тия пропускают через загрузку А1,0, н черном реакторе. На этой с.тадии

50% четьтреххлористого кремния превращается в двуокись кремния и обратуется 1,25 кг треххлористого алю— ми:птя . > ..торидныс пары, выводимые из первого реактора, пропускают через ". .íäíñàòîð,, в котором треххлористый алюминий конденсируется при темпер"-."уре около 180 С. Непрореагиро35 павший четыреххлористый кремний (1,? кг/ч) затем вводят но второй реактор, который содержит 1,5 кг концентрата окиси алюминия и имеет температуру 900 С, Около 50% четыреххлористого кремния, пропущенного через этот слой, превращается в двуокись кремния и 0,6 кг/ч четыреххлористого кремния и 0,63 кг/ч треххлористого алюминия выгружают из реак—

45 тора, Треххлористый алюминий, полу.енный на этой стадии, объединяют с треххлористым алюминием, полученным на предыдущей стадии„ Непрореагиронавший четыреххлористый кремний ре50 циклизуют н первый реактор. Хаким обт азам четыреххлористый кремний на;opHTcR B sBMKHóToì цикле.

Для пополнения израсходованного концентрата окиси алюминия дополнительно добавляют в первый и во BTQ рой реакторы 1 кг/ч и. 0,5 кг/ч окиси алюминия соответственно. Двуокись кремния удаляют из нижней части реактора, Выход двуокиси кремния 0,5 кг/ч и 0,25 кг/ч соответственно.

Пример 3. Реакция четыреххлористого кремния с окисью алюминия в непрерывном протиноточном реакторе

Четыреххлористый кремний, образовавшийся в результате хлорирования бокситов, вводят в тарегьчатый реактор и через жидкость пробулькивают азот, Поток азота отрегулирован таким образом, чтобы испарялось

3 кг/ч четыреххлористого кремния.

Поток четыреххлористый кремний азот вводят в первый реактор системы из пяти реакторов. Температуоа в реакторах соответственно ранна 1000, 1050, 1100, 1150 и 1200 С. Концент— рат окиси алюминия подают во 2-й по

5-й реакторы раздельно. Конне трат алт тмит ия содержит 99, 0% Л . 0 и подается противотоком по отношению к смеси азот — четыреххлористый Кремний. В результате смесь азот — четыреххлористый кремний обогащается треххлористым алюминием, а содержание н ней четыреххлористого кремния непрерывно сттижается. Твердую фазу (А1, О, /SiO, ) отделяют от газовой фазы (И, /SiCli, /А1С1 ) в нагретых циклонах, вмонтированных между реакторами системы. Конвер ия четыреххло- ристого кремния н госледовательктых реакторах следующая, %:

1-Й 40

2-Й 43

3-й 48

4-й 52

5-й 55

Концентрат окиси алюминия добанлятот во ".-5-й реакторы четырьмя равными порциями. При такой компановке нсе коли:ество А12 О превращается н треххлористый алюминий, тогда как конверсия четыреххлористого кремния составляет 96,3%.

В этой системе образуется

3.15 кг/ч. треххлористого алюминия и

О,, 95 кг/ч двуокиси кремния. Треххлористый алюминий может быть отделен от системы т1, /SiÑ1„ îòäåëüíî и может быть далее переработан известным всобще способом.

По цанному способу около 96% хло-, ра, использованного для получения четыреххлористого кремния, моя:ет быть рекуперировано.

Двуокись кремния высокой степени чистоты, полученная при разложении

1225477 мощью четыреххлористого кремния, который использовался как источник потерь хлора при известной технологии.

Составитель О. Голыжников

Редактор M. Недолуженко Техред О.Сопко Корректор M. Шароши

Заказ 1971/62 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4 четыреххлористого кремния, может быть .использована для многочисленных практических целей.

Таким образом, производство треххлористого алюминия путем хлорирования алюминийсиликатсодержащих минеральных материалов более экономично, так как побочный продукт — четыреххлористый кремний, и высокочистая двуокись кремния, получаемая при этом, могут быть выгодно использованы.

Экономично получают чистый безводный треххлористый алюминий с поПолученный треххлористый алюминий может .быть разложен до алюминия и хлора, последний может быть рециклизован на стадию хлорирования,т.е. хлор выделяют в количестве, соответствующем количеству хлора, содержащемуся в четыреххлористом кремнии.

Таким образом снижаются потери хлора яо время хлорирования минералов.