Способ получения тетрафторида кремния



Способ получения тетрафторида кремния

 


Владельцы патента RU 2542288:

Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (RU)

Изобретение может быть использовано для утилизации продуктов переработки отвального гексафторида урана и получения особо чистого кремния. Реакционную смесь, содержащую тетрафторид урана и двуокись кремния в мольном соотношении (1,007-1,015):1, соответственно, подвергают механохимической активации в дезинтеграторе до содержания в реакционной смеси фракции частиц 7-15 мкм в пределах 34-45%. Не позднее чем через 30 мин после окончания процесса активации реакционную смесь термообрабатывают при 600-750°C. В результате твердофазного взаимодействия между тетрафторидом урана и двуокисью кремния получают свободную от кремния закись-окись урана с содержанием фтора 0,2 - 0,26% и тетрафторид кремния. 1 ил., 5 пр.

 

Изобретение относится к технологии переработки тетрафторида урана и может быть использовано для утилизации продуктов переработки отвального гексафторида урана и получения особо чистого кремния.

Известны способы получения тетрафторида кремния основанные на взаимодействии диоксида кремния с фтористым водородом или плавиковой кислотой. Кремнефторид натрия при нагревании до температуры 600 - 700°С разлагается с образованием газообразного SiF4 (Галкин Н.П, Зайцев В.А., Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М., Атомиздат, 1975). Основным недостатками этих способов является энергоемкость и однократность применения твердой соли NaF из-за ее спекания и потери активности.

Получение тетрафторида кремния из тетрафторида урана описано в патенте (US Patent №5888468, С01В 33/08). Способ основан на твердофазном взаимодействии в смеси диоксида кремния и тетрафторида урана при мольном соотношении 1:1, при 650°С. Недостатками этого способа являются неполнота конверсии диоксида кремния и значительное остаточное содержание кремния в реакционной смеси в диоксиде урана.

Известен способ (патент РФ №2412908, С01В 33/107), используемый нами в качестве прототипа, по которому для получения оксидов урана и тетрафторида кремния из тетрафторида обедненного урана используют твердофазное взаимодействие между тетрафторидом урана и двуокисью кремния на воздухе, в интервале температур 600-650°С, при мольном соотношении (1,05-1,10):1, в течение 1-2 час. Этот способ предусматривает предварительную обработку реакционной смеси в течение 7-20 минут только в дезинтеграторе специальной конструкции.

Использование этого способа позволяет получать тетрафторид кремния (выход в готовый продукт 100%) и закись-окись урана, загрязненную UO2F2 (содержание фтора 1,2-1,3%).

Недостатками рассматриваемого способа являются:

Неполнота реагирования и, связанная с этим, необходимость работать с большим избытком тетрафторида урана сверх стехиометрии, что приводит к необходимости дополнительной операции обесфторирования оксидов урана. Содержание фтора в оксидах урана свыше 0,5% приводит к существенной коррозии емкостей хранения.

Использование только специальной конструкции роторного дезинтегратора, что не дает возможности распространения этого способа на дезинтеграторы другого типа.

Нами предлагается способ получения тетрафторида кремния из тетрафторида урана, свободный от указанных недостатков.

Технический результат предлагаемого способа заключается в получении тетрафторида кремния в результате термообработки предварительно механически активированной смеси двуокиси кремния и тетрафторида урана, взятой с минимальным избытком тетрафторида урана. Механическая активация проводится в дезинтеграторах любого типа. В качестве попутного продукта образуется закись-окись урана с содержанием фтора 0,2-0,26%.

Технический результат достигается тем, что смесь тетрафторида урана и двуокиси кремния при мольном соотношении в интервале (1,007-1,015):1 обрабатывают в дезинтеграторе до содержания в ней фракции частиц размером 7-15 мкм в пределах 34-45%, а процесс термической обработки реакционной смеси при температуре 600-750°С проводят не позднее чем через 30 мин после окончания процесса ее активации.

Реализация этого способа позволяет, в отличие от прототипа, использовать для активации дезинтеграторы любой конструкции (роторные, шаровые, пружинные, планетарные), проводить процесс при практически стехиометрическом соотношении реагентов и получать оксиды урана с минимальным содержанием фтора.

Проведенными нами исследованиями было установлено, что обработка реакционной смеси в дезинтеграторе приводит к изменению кинетики реагирования. Процесс, в общем виде, описывается следующим уравнением:

Известно, что твердофазные взаимодействия происходят на границе раздела фаз, где большое влияние на кинетику их протекания оказывает состояние поверхности реагирующих частиц. Активация реакционной смеси тетрафторида урана и двуокиси кремния в дезинтеграторе приводит к деформации и частичному разрушению кристаллической структуры реагентов, и возникновению структурных дефектов на границе раздела фаз. Кроме того, на границе раздела фаз возникают комплексные агломераты - промежуточные продукты реагирования. Эти обстоятельства способствует увеличению скорости образования новых фаз - твердого оксида урана и газообразного тетрафторида кремния.

В настоящее время отсутствуют общепринятые критерии, определяющие эффективность механической активации. Нами, при рассмотрении смеси двуокиси кремния и тетрафторида урана, предлагается использовать в качестве критерия эффективности механической активации поверхности ее гранулометрический состав. До определенного предела между этими величинами существует взаимосвязь, обусловленная увеличением удельной поверхности и соответственно общего количества структурных дефектов. Но эта взаимосвязь носит сложный характер, не является заранее известной и зависит от фракционного состава.

В ходе изучения рассматриваемой системы нами было установлено, что механическая активация реакционной смеси тетрафторида урана и двуокиси кремния до содержания в ней фракции частиц 7-15 мкм , равной 34-45% , приводит к возрастанию скорости и глубины реагирования, что позволяет получать оксиды урана с минимальным содержанием фтора. Однако дальнейшее увеличение содержания этой фракции не приводит к возрастанию скорости реагирования в рассматриваемой смеси, а в некоторых экспериментах наблюдается ее снижение. На наш взгляд, это объясняется возрастанием скорости разрушения комплексных агломератов компонентов смеси в результате дополнительного механического воздействия. В результате нами было установлено, что зависимость эффективности активации от гранулометрического состава имеет экстремальный характер, при этом максимум активности реакционной смеси приходится на содержание фракции 7-15 мкм в диапазоне концентраций 34-45%. Характерно то, что, как показали исследования, этот признак не зависит от типа дезинтегратора и определяется природой исходных реагентов.

Образование структурных дефектов в кристаллических решетках компонентов реакционной смеси является обратимым процессом. После прекращения обработки реакционной смеси в дезинтеграторе происходит дезактивации структурных деформаций кристаллической решетки и снижение химической активности. Было установлено, что для смеси тетрафторида урана и двуокиси кремния наиболее сильное и резкое снижение активности происходит через 35-40 мин после окончания обработки в дезинтеграторе. Поэтому отличительный признак о времени проведения термообработки смеси в период не позднее чем через 30 минут является существенным и неоднозначным и подходит под критерий «новизна».

Пример 1

Реакционную смесь тетрафторида урана и двуокиси кремния с мольным соотношением 1,09:1 обрабатывали в дезинтеграторе пружинного типа в течение 15. Полученную смесь подвергали термообработке в печи при температуре 650°С в течение 1,5 часа. В результате получали тетрафторид кремния с выходом из SiO2 , равным 91%, и закись окись с содержанием фтора 0,68%.

Пример 2

Реакционную смесь тетрафторида урана и двуокиси кремния с мольным соотношением 1,009:1 обрабатывали в дезинтеграторе роторного типа до содержания в ней частиц фракции 7-15 мкм , равном 41%. Через 20 мин полученную смесь подвергали термообработке в печи при температуре 650°С в течение 1 часа. В результате получали тетрафторид кремния с выходом из SiO2 , равным 100, и закись-окись с содержанием фтора 0,22%.

Пример 3

Реакционную смесь тетрафторида урана и двуокиси кремния с мольным соотношением 1,011:1 обрабатывали в дезинтеграторе шарового типа до содержания в ней частиц фракции 7-15 мкм , равном 38%. Через 20 мин полученную смесь подвергали термообработке в печи при температуре 650°С в течение 1 часа. В результате получали тетрафторид кремния с выходом из SiO2 , равным 100, и закись-окись с содержанием фтора 0,24%.

Пример 4

Реакционную смесь тетрафторида урана и двуокиси кремния с мольным соотношением 1,01:1 обрабатывали в дезинтеграторе роторного типа до содержания в ней частиц фракции 7-15 мкм , равном 39%. Через 45 мин полученную смесь подвергали термообработке в печи при температуре 650°С в течение 1 часа. В результате получали тетрафторид кремния с выходом из SiO2 , равным 89%, и закись-окись с содержанием фтора 0,54%.

Пример 5

Реакционную смесь тетрафторида урана и двуокиси кремния с мольным соотношением 1,009:1 обрабатывали в дезинтеграторе пружинного типа до содержания в ней частиц фракции 7-15 мкм , равном 24%. Через 20 мин полученную смесь подвергали термообработке в печи при температуре 650°С в течение 1 часа. В результате получали тетрафторид кремния с выходом из SiQ2 , равным 92%, и закись-окись с содержанием фтора 0,62%.

Способ получения тетрафторида кремния из тетрафторида урана в результате его твердофазного взаимодействия с двуокисью кремния, включающий механохимическую активацию реакционной смеси в дезинтеграторе с последующей термической обработкой, отличающийся тем, что проводят механохимическую активацию реакционной смеси с мольным соотношением тетрафторида урана к двуокиси кремния (1,007-1,015):1 до содержания в реакционной смеси фракции частиц 7-15 мкм в пределах 34-45%, а термическую обработку реакционной смеси ведут при 600-750°C не позднее чем через 30 мин после окончания процесса ее активации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано при конверсии тетрафторида урана. Производят получение тетрафторида кремния и диоксида урана из тетрафторида урана.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ выделения фтора включает загрузку смеси, содержащей фторид урана и окислитель, в реакционный сосуд со сплошным основанием и проемом, обращенным в сторону от основания, нагрев этой смеси в реакционном сосуде и образование по меньшей мере одного оксида урана и нерадиоактивного газообразного продукта из нагретой смеси.
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана. .
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к металлургии урана и производству его соединений, и может быть использовано в химической и ядерной технологиях.

Изобретение относится к области разработки экономически рентабельной и экологически безопасной технологии конверсии тетрафторида обедненного урана, полученного тем или иным способом, в частности, в окислы урана, предназначенные для длительного хранения или использования в реакторах на быстрых нейтронах, и алкилфториды, используемые в дальнейшем в качестве озонобезопасных хладоагентов, растворителей, пожаротушащих веществ или средств травления полупроводниковых плат.

Изобретение относится к области разработки экономически рентабельной технологии конверсии обедненного тетрафторида урана с получением окислов урана для длительного хранения или использования в быстрых реакторах, а также с попутным получением ценных фторсодержащих веществ.

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов, в частности к производству ядерного топлива с определенным содержанием изотопа 235U. .
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности металлургии урана и производству соединений урана, и может быть использовано в химической и ядерной промышленности, например, для изготовления топливных сердечников ТВЭЛов ядерных реакторов.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в производстве ядерного топлива. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к области технологии ядерных материалов и может быть использовано при конверсии тетрафторида урана. Производят получение тетрафторида кремния и диоксида урана из тетрафторида урана.

Изобретение относится к способам переработки отходов процесса синтеза хлорсиланов и алкилхлорсиланов. Предложен способ твердофазной нейтрализации жидких и твердых отходов синтеза хлорсиланов и алкилхлорсиланов, заключающийся в том, что жидкие и твердые отходы любого состава и в любом соотношении обрабатывают твердым реагентом, выбранным из карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов и их природных смесей нестехиометрического состава в массовом соотношении не менее чем 1,0:1,2 в расчете на сумму всех отходов в размольном оборудовании до получения твердого нейтрализованного продукта.

Изобретение относится к способу получения трихлорсилана. Производят взаимодействия кремния с газообразным HCl при температуре между 250°С и 1100°С и абсолютном давлении 0,5-30 атм.

Изобретение может быть использовано для уменьшения содержания бора и алюминия в галогенсиланах технической чистоты. Способ уменьшения содержания бора и/или алюминия в галогенсиланах технической чистоты включает стадии примешивания галогенсиланов к трифенилметилхлориду в аппарате (2) для образования труднорастворимых комплексов, перевода комплексов в узел разделения (3), включающий узел декантирования, узел центрифугирования, узел фильтрования и узел дистилляции, в котором происходит отделение комплексов посредством механического воздействия и выделение очищенных галогенсиланов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения высокочистого кремния. Способ включает этапы: получения трихлорсилана, получения моносилана посредством диспропорционирования трихлорсилана и термического разложения моносилана.

Изобретение может быть использовано для уменьшения содержания бора и алюминия в галогенсиланах технической чистоты. Способ непрерывного получения высокочистых галогенсиланов включает получение галогенсиланов технической чистоты, содержащих бор и алюминий, из металлургического кремния, смешивание полученных галогенсиланов с трифенилметилхлоридом в устройстве (2) для образования труднорастворимых комплексов и получение высокочистых галогенсиланов дистилляционным выделением комплексов в колонне (3).

Способ получения галогенированного полисилана как чистого соединения или смеси соединений с, по меньшей мере, одной прямой связью Si-Si, заместители которого состоят из галогена или из галогена и водорода, с атомным соотношением заместитель:кремний, по меньшей мере, 1:1, и почти не содержащего разветвленных цепей и циклов, включает реакцию галогенсилана с водородом в условиях образования плазменного разряда с плотностью энергии менее 10 Вт/см3.

Изобретение относится к способу крекинга высококипящих полимеров для увеличения выхода и минимизации отходов в процессе получения трихлорсилана. Предложен способ крекинга полихлорсилана и/или полихлорсилоксана, включающий стадии а) получения смеси, содержащей полихлорсилан и/или полихлорсилоксан; б) удаления твердых частиц из этой смеси с получением чистой смеси; и в) рециркуляции полученной чистой смеси в дистилляционный аппарат, и крекинг полихлорсилана и/или полихлорсилоксана в дистилляционном аппарате с получением трихлорсилана, тетрахлорсилана или их комбинации.

Изобретение относится к области химии. Устройство 1 для производства трихлорсилана включает в себя печь 2 разложения, нагревательный элемент 8, нагревающий внутреннюю часть печи 2 разложения, трубу 3 подачи полихлорсилана и хлористого водорода во внутреннюю нижнюю часть печи 2 разложения, трубу 4 для отведения реакционного газа из верхней части реакционной камеры 13, расположенной между наружной периферийной поверхностью трубы 3 подачи сырья и внутренней периферийной поверхностью печи 2 разложения, ребро 14, которое направляет текучую смесь полихлорсилана и хлористого водорода к нижнему концу отверстия трубы 3 подачи сырья для перемешивания и подачи сырья вверх реакционной камеры.

Изобретение относится к области катализа. Описан катализатор дисмутирования содержащих водород и галоген соединений кремния, содержащий в качестве носителя диоксид кремния и/или цеолит и по меньшей мере один линейный, циклический, разветвленный и/или сшитый аминоалкилфункциональный силоксан и/или силанол, который в идеализированной форме соответствует общей формуле (II) (R 2 )[ − O − (R 4 )Si(A)] a R 3 ⋅ (HW) w     (II) в которой A означает аминоалкильный остаток -(CH2)3-N(R1)2 с одинаковыми или разными R1, означающими изобутил, н-бутил, трет-бутил и/или циклогексил, R2 независимо друг от друга означают водород, метил, этил, н-пропил, изопропил и/или Y, R3 и R4 независимо друг от друга означают гидрокси, метокси, этокси, н-пропокси, изопропокси, метил, этил, н-пропил, изопропил и/или -OY, причем Y означает материал носителя, HW означает кислоту, причем W означает галогенид, остаток кремниевой кислоты, сульфат и/или карбоксилат, с a≥1 в случае силанола, a≥2 в случае силоксана и w≥0.

Описан способ получения трихлорсилана, в котором частицы кремния реагируют с тетрахлорсиланом, водородом и, необязательно, с хлористым водородом в реакторе (101) с кипящим слоем с получением потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, причем поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта отводят из реактора (101) через выпускное отверстие (117), перед которым установлен по меньшей мере один сепаратор (118) частиц, который избирательно пропускает только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера, и в котором предпочтительно через равномерные промежутки времени или непрерывно через по меньшей мере еще одно выпускное отверстие (109; 112) без такого сепаратора частиц частицы кремния отводят из реактора (101). Кроме того, описана система (100), которая пригодна для осуществления такого способа, и которая содержит первый реактор (101) с кипящим слоем и второй реактор (102) с кипящим слоем, которые соединены так, что кремний, удаляемый из первого реактора (101), можно направить во второй реактор (102). 2 н. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх