Способ непрерывного получения окислов элементов

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.01.80 (21) 2898702/23-26 (51) М: Кл.

С 01 В 13/14

С 01 G 1/02 с присоединением заявки №вЂ”

СССР

Опубликовано 23.10.(11. Бюллетень № 39 (53) УДК 541.451 (088.8) лВ делам лзебретеллй и атермтий

Дата опубликования описания 23.10.81

А. И. Гойхрах, Б. 3. Шалумов, Е. А. Рябенко, А./И. Кузнецов и В. М. Ермолаева (72) Авторы. изобретения (71} Заявитель (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ

ОКИСЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ

ГееУдаРстеелльа кемлтет (23) Приоритет:—

Изобретение относится к технологии производства окислов элементов, например, $10, А!аОа, NgO; ЙОа и РЬаОа, применяемых в полупроводниковой технике, электротехни ке, оптическом приборостроении и других ,отраслях новой техники.

Содержание примесей в окислах, .исполь зуемых в этих областях, лимитируется в весьма малых количествах, порядка i 10 е мас.%, и применение их возможно лишь в дисперсной форме с размерами частиц до 2000 мкм.

Известен способ получения дисперсных окислов элементов парофазным гидролитическим преобразованием их галргенидов в пламени горелки в кислороде воздуха..При этом, кроме целевого продукта, образуется, хлористый водород, а в абгазе остается 6— !

0/р свободного хлора, который подавлЯют азотом или водяным паром 11).

Недостатками этого способа являются образование химически агрессивных и токсичных веществ, усложняющих технологию и условия труда, а также необходимость и сложность глубокой очистки как исходного галогенида, так и подаваемых воздуха и пара.

Наиболее- близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ непрерывного получения окиси алюминия разложением гидроокиси алюминия в печи горячим газовым потоком, причем гидроокись предварительно высушивают отходящими газами в каскаде сушильных камер с кипящим слоем 12), Недостатком этого способа является получение полидисперсного окисла, содержащего куски различной крупности. Для получения однородного высокодисперсного продукта необходимо проведение энергоемкого процесса измельчения. Кроме того, на стадии ступенчатой сушки и промежуточной транспортировки, а также при размоле, про1$ исходит загрязнение вещества из-за невозможности достижения требуемой герметизации аппаратуры, полного устранения коррозии и эрозии ее элементов.

Исследования показывают, что в таких и аналогичных условиях достигают содержание примесей на уровне 1 — 5 10 масс.% и более.

874604 зо

3

Процессы фильтрации, сушки и размола требуют также дополнительной затраты значительного количества энергии и труда.

Цель изобретения — повышение дисперсности продукта и снижение содержания в нем примесей.

Указанная цель достигается путем термического разложения соединений соответствующих элементов с содержанием от 20 до

90% влаги, которые подают на нагретый слой целевого продукта, взятого в количестве, G = 3 — !О AT, где вычисляемом по формуле G — количество целевого продукта, А — производительность процесса в единицу времени, Т вЂ” длительность разложения.

Кроме того, подачу исходного соединения осуществляют при достижении в слое температуры разложения этого соединения.

Попадая в подвижный дисперсный слой и смешиваясь с ним исходное соединение интенсивно упаривается и быстро затвердевает, так как теплопереда ющая поверхность дисперсного слоя весьма велика, что дает большую поверхность ее контакта (теплопередачи) с жидкой фазой, а разность температур слоя и жидкости также велика (более 300 С).

В этих условиях происходит интенсивное парообразование с перегревом и увеличением объема пара, что обеспечивает затвердевание в дисперсном мелкозернистом состоянии н без образования конгломератов, а процесс обезвоживания и разложения идет бесперебойной.

Содержание минимального количества примесей достигается различными методами очистки и синтеза исходных соединений, а при осуществлении процесса разложения и получения целевого окисла задача состоит в создании условий, препятствующих загрязнению и повышению содерЖания примесей.

Проведение обезвоживания и разложения в одной камере и устранение стадий фильтрации, сушки, размола и транспортировки существенно снижают загрязнение готового соединения и обеспечивают получение окислов с содержанием примесей 1 !О масс. /о н менее.

Содержание влаги до 90О/о соответствует ее содержанию в исходных соединениях при их получении до фильтрации. Минимальное содержание 20О/о дает еще достаточную подвижность, требуемую для подачи в печь, смешения с днсперсным слоем и получения необходимого парообразования.

Тепловой расчет и эксйерименты показывают, что для создания поверхности теплообмена, обеспечивающей, полное испарение и перегрев воды, количество загруженного слоя целевого продукта должно составлять не менее 3 AT. Загрузка целевого продукта в количестве более 10 AT уже безполезна и вызывает перегрузку печи., Пример 1. B горизонтальную электропечь с вращающимися гребками для перемещения вещества загружают !68 кг (7 AT) целевого продукта — диоксида кремния особой чисД тоты с содержанием примесей металлов Fe, Ni, Сг, Со на уровне 1 — 3 10 масс. о/p.

Производительность А = 3 кг/ч, длительность разложения Т = 8 ч. Размер частиц загружаемого продукта до 1500 мкм. Температуру печи и загруженного продукта доводят при перемешивании до рабочей (800 С}, при которой получают модификацию аморфного диоксида кремния. Затем в начальную зону печи начинают подавать на подвижный дисперсный слой с дозировкой 15 кг/ч золь ортокремневой кислоты, содержащий 80 /о влаги. Содержание примесей в золе в пересчете на целевой продукт находится на уровне 7.10 — 2.105 масс. /о. Одновременно из конечной зоны печи начинают выпускать готовый продукт. В непрерывном режиме из печи получают 3 кг/ч однородного диоксида кремния с размерами частиц не более

1500 мкм. Содержание примесей получаемого целевого продукта находится на уровне не более 1 — 3 10 масс. /о, Результаты остаются стабильными и после наработки целевого продукта в количестве в несколько раз превышающем предварительно загруженное количество.

Пример 2. Во вращающуюся горизонтальную электропечь загружают дисперсную окись алюминия особой чистоты с частицами до 2000 мкм, G = 2!О кг (3 AT), где А =

= 10 кг/ч целевого продукта, а Т = 7 ч.

Содержание примесей элементов (металлов) составляет 6 10 — 5 10 масс. /p. При достижении температуры 600 С в начальную зону печи начинают непрерывную подачу суспензии с дозировкой 61,2 кг/ч, содержащей

75О/р воды. Содержание примесей в суспенэии в пересчете на окись алюминия находится на уровне 4 10 6 — 3 10 масс. /p. Из печи получают 10 кг/ч целевого продукта с частицами до 2000 мкм и содержанием примесей 6 10 6 — 5 10 масс. /о.

Пример 3. При получении окиси алюминия особой чистоты по примеру 2 предварительно загружают такой же целевой продукт в количестве G = 40 АТ = 10 10 7 = 700 кг.

При достижении той же температуры (600 С в начальную зону печи начинают подавать суспензию гидроокиси алюминия, содержащую 20 /р воды и такое же количество примесей в пересчете на окись алюминия (4 10 e — 3 10 s масс. /О). Часовое количество подаваемой суспензии гидроокиси алюминия составляет 19,0 кг.

Из печи получают также 10 кг/ч целевого продукта такого же качества по чистоте и дисперсности.

Пример 4. При получении окиси алюминия особой чистоты в печь загружают дисперсную окись алюминия с частицами до

2000 мкм в количестве 6 AT = 6 10 X х 7 = 420 кг. Содержание примесей- составляет как и в примере 2, 6 10 — 5 10 P/p.

При достижении температуры 600 С в начальную зону начинают подачу суспензии гидроокиси алюминия с содержанием во874604

Формула изобретения

Составитель А. Кузнецов

Редактор А. Шишкина Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетиик

Заказ 9236/35 Тираж 508 Поднисное

ВНИИПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ды 90о/о и с таким же количеством примесей, как и в примере 1 6 10 в — 5 X

X 0 в масс. %. Размер частиц до 2000 мкм.

Пример 5. Во вращающуюся горизонталь ную печь загружают G = 6AT = 144 кг дисперсной окиси магния с частицами до

2000 мкм с содержанием примесей металлов

Fe, Cu, Ni, Cr, Со 8.10в — 3.10 масс. /в.

Производительность А = 3 кг/ч, а время разложения Т = 8 ч. Печь с загруженным продуктом нагревают до температуры разложения (600 С), после чего начинают непрерывную подачу в слой суспензии углекислого магния, содержащей 50о/р воды с лимитируемымн примесями металлов Fe, Cu, Ni, Сг, Со на уровне 6 10 в — 2-10 в масс. P/p в пересчете на окись магния. Суспензню подают в количестве 13,3 кг/ч. Из печи непрерывно получают, поддерживая постоянный уровень дисперсного слоя, целевой продукт в количестве 3 кг/ч с содержанием примесей указанных элементов на уровне 8 10 — 3 Х

Х 10 масс. /p. Размер частиц до 2000 мкм.

Пример б. В горизонтальную печь непрерывного действия загружают -дисперсную двуокись титана с частицами до 2000 мкм в количестве 8АТ = 8-5.6 = 240 кг с содержанием примесей элементов 1 10 в— — 5 10 масс. /о. При достижении температуры 500 С в начальную зону печи начинают подавать суспензию гидроокиси титана

Т1(ОН)м с содержанием 30 /о воды и с количеством примесей на уровне 8 - 10 а—

2 10 в масс. P/о. Суспензню подают в количестве 10,35 кг/ч.

Иэ печи получают 5 кг/ч целевого продукта с содержанием примесей в пределах

1- IO — 5.10 в масс. % с частицами до

2000 мкм.

Пример 7. В горизонтальную печь непрерывного действия загружают свинцовый сурик РЬэО4 с частицами до 1500 мкм в количестве 5 AT = 5-20-4 = 400 кг с содержанием примесей элементов 8-10 — 3.10 масс.

При достижении 500 С в начальную зону печи начинают подавать суспензню карбоната свинца с содержанием 40 /о воды и с ко-. личеством примесей на уровне 5.10 в — — l-1О 4 масс. о/<. Суспенэию подают в количестве 42 кг/ч. Иэ печи получают 20 кг/ч свинцового сурика с содержанием примесей в пределах 810 — 3 10 4 масс. о/p. Размер части до -1500 мкм.

Воэможность получения по данному способу дисперсных окислов элементов в процессе термического разложения без применения процессов сушки и размола обеспечивает также значительно меньшее содержание, в производимых окислах примесей.

Это дает возможность освоить новые виды техники и продукции, улучшить технические характеристики продукции в электронной, полупроводниковой, оптической и других отраслях новой техники, где в окислах элементов особой чистоты существует острая

1 потребность и всемерное повышение их частоты играет решающую роль.

В результате устранения сушки, размола, промежуточной транспортировки данный способ дает также значительную экономию энер- гии и трудовых затрат.!. Способ непрерывного получения окисла лов элементов путем термического разложения соединений соответствующих элементов, отличающийся тем, что, с. целью теовышения дисперсности продукта и снижения содержа ния в нем примесей, используют исходные соединения с содержанием влаги 20 — 90о/в, З которые подают на нагретый слой целевого продукта, взятого в количестве, вычисляемом по формуле G = 3 — 10 AT, где (з — количество целевого продукта, А — производительность процесса в единицу времени и Т—

За длительность процесса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу исходного соединения осуществляют нри достижении в слое температуры разложения этого соединения.

Источники информации, 40 принятые во внимание при экспертизе

I. Патент СССР № 464991, кл. С 01 В 13/!4, 1972.

2. Патент ФРГ № 1767511, кл. С Ol F 7/44, 1976 (прототип).