Изобретение относится к неорганической химии, в частности к химии синтеза хлоридов металлов высокой чистоты для использования их в квантовой электронике и для синтеза высокочистых металлорганических соединений, а также в качестве катализатора синтеза оксида алюминия квалификации осч, используемого в радиоэлектронной промышленности.
Известен способ получения трихлорида галлия из простых веществ действием сухого газообразного хлористого водорода на металлический галлий при нагревании до 200-400оС или 800оС с последующей отгонкой GaCl3 от низших хлоридов галлия в токе углекислоты [1]
Однако данный способ не удобен в связи с применением высоких температур и получением помимо трихлорида моно- и дихлорида галлия, которые необходимо отделять с помощью углекислоты.
Известны также способы получения трихлорида галлия из простых веществ [2]
а) взаимодействием смеси четыреххлористого углерода и хлора с окисью галлия при 800оС (способ неудобен из-за использования высоких температур, труднодоступности окиси галлия и дополнительного использования четыреххлористого углерода);
б) нагреванием оксида галлия с SOCl2 при 200оС в запаянной толстостенной трубке в течение нескольких часов (способ неудобен из-за использования повышенного давления, труднодоступности оксида галлия и получения побочного SO2 и SO3);
в) действием металлического галлия на безводные хлориды серебра, свинца, меди и ртути.
Однако указанные способы неудобны из-за труднодоступности галлия металлического и солей (хлористой ртути, серебра) и получения в реакции побочно соответствующих металлов.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения трихлорида галлия из простых веществ галлия и хлора является способ [3] основной особенностью которого является использование в качестве газа-носителя газообразного хлора. Это позволило одновременно с процессом хлорирования осуществлять перенос образующегося GaCl3 в охлаждаемую зону.
Недостатками данного способа являются большой расход газа-носителя хлора, попадание его вместе с трихлоридом галлия в приемник (в ампулы), частичное растворение хлора в расплаве GaCl3 при расплавлении GaCl3 в ампулах, а также низкая производительность (за 1 ч получается 20 г GaCl3).
Во всех известных способах не указаны выход и чистота получаемого трихлорида галлия.
Целью изобретения является разработка технологически удобного способа получения трихлорида галлия, позволяющего проводить процесс в периодическом и непрерывном режимах и получать трихлорид галлия высокой чистоты практически с количественным выходом.
Предлагаемый способ получения трихлорида галлия основан на взаимодействии сухого хлора с расплавом металлического галлия при плавном повышении температуры от 60 до 200оС. Процесс хлорирования проводят в цилиндрическом стеклянном аппарате (материал: пирекс, молибденовое стекло, кварцевое стекло) с опущенным на дно сифоном для подачи хлора в расплав. Реактор для хлорирования совмещен с колонкой очистки насадочного типа (обогреваемой), головкой выгрузки расплава трихлорида галлия и головкой фасовки трихлорида галлия в ампулы в среде инертного газа. Реакторный узел снабжен электрообогревом, позволяющим не только задавать нужную температуру, но и регулировать необходимую температуру куба для отгонки (ректификации) получаемого трихлорида галлия. В предлагаемых условиях возможно проведение совмещенного процесса синтеза трихлорида галлия и его ректификации. Весь процесс синтеза трихлорида галлия, включая его фасовку в ампулы, ведут с его жидким расплавом, что обеспечивает высокую производительность установки. Отбор фракции трихлорида галлия с ДН не менее 99,99% осуществляется при температуре конденсации паров 195-201оС, температуре теплоносителя в кубе реактора 260-300оС.
Синтез возможно проводить в двух режимах: непрерывном и периодическом. Непрерывный режим осуществляется при подаче порций расплавленного галлия в линию хлора по сифону в реакторный узел. Производительность установки в непрерывном режиме ограничивается только мощностью установки, в периодическом мощностью установки и количеством разовых загрузок металлического галлия.
В связи с тем, что для расплавления металлического галлия нужно минимум 60оС, эта температура стала началом процесса хлорирования. Нагревание реакционной массы выше 201оС невозможно, так как эта температура является началом кипения трихлорида галлия. Высокая чистота получаемого продукта достигается при плавном повышении температуры хлорирования от 60 до 200оС.
П р и м е р 1. Хлорирование проводят в реакторе, снабженном сифоном для подачи хлора и загрузки расплавленного галлия и термокарманом для определения температуры реакционной массы. Верхняя часть цилиндрического реактора соединена с насадочной колонкой, заполненной кварцевыми кольцами Рашига. Колонка снабжена электрообогревом и термометром вверху колонки для отделения температуры конденсации паров. Головка разгрузки колонки дистилляции снабжена промежуточным сборником готового продукта и устройством фасовки дистиллята в ампулы в среде инертного газа. Верх колонки снабжен обратным холодильником дистиллятом для охлаждения паров трихлорида галлия и сбора дистиллята в сборник. К верху колонки подсоединена система "инертного дыхания". Перед загрузкой галлия вся система продувается сухим инертным газом. В реактор загружают 500 г расплавленного галлия и подают хлор с такой скоростью, чтобы шло его полное поглощение. Температуру реакционной массы при этом плавно повышают от 60 до 200оС. Окончанием процесса хлорирования служит свободный проскок хлора через слой расплавленного галлия, что фиксируется изменением давления "инертного дыхания". После этого подачу хлора в реактор прекращают и включают дополнительно обогрев куба реактора, доводя температуру теплоносителя до 200-300оС. При достижении такой температуры начинают процесс ректификации трихлорида галлия. Отбор основной фракции производят при 195-200оС в парах. Выход 1263 г (100%).
Выход колеблется от 80 до 100% в зависимости от качества исходного сырья.
Примеры 2-5 проведения процесса в аналогичных условиях приведены в таблице.
Анализы содержания основного вещества получены рентгеноструктурным анализом пяти образцов.
Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет:
получать трихлорид галлия с действующим началом не менее 99,99% за счет прохождения газообразного хлора через высокий слой жидкого галлия и продуктов его первичного хлорирования моно- и дипроизводных, а также за счет плавного повышения температуры от 60 до 200оС;
проводить синтез трихлорида галлия в двух режимах периодическом и непрерывном;
увеличить площадь соприкосновения газообразного хлора в цилиндрическом реакторе, вследствие чего происходит полная конверсия моно- и дихлоридов галлия до трихлорида галлия;
получать трихлорид галлия с высоким выходом (до 100%). Высокий выход 100% гарантирован по этому способу при условии чистоты исходных галлия и хлора и отсутствия в зоне реакции кислорода и воды.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИХЛОРИДА ГАЛЛИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ | 2014 |
|
RU2573510C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЛЛИЯ ОТ ПРИМЕСЕЙ | 1990 |
|
RU2009238C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 4-АМИНО-1,2,4-ТРИАЗОЛА | 1992 |
|
RU2036912C1 |
СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ГАЛЛИЯ | 2003 |
|
RU2246549C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРСИЛАНОВ, СПОСОБ ХЛОРИРОВАНИЯ СОДЕРЖАЩЕГО ДВУОКИСЬ КРЕМНИЯ СЫРЬЯ И СПОСОБ КОНВЕРСИИ ТЕТРАХЛОРСИЛАНА В ТРИХЛОРСИЛАН | 2008 |
|
RU2373147C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВИСМУТА | 2013 |
|
RU2541244C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ХЛОРИДА СКАНДИЯ И ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА | 2012 |
|
RU2497755C1 |
СПОСОБ И АППАРАТ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА ПЛУТОНИЯ | 2003 |
|
RU2257625C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО ТРИХЛОРИДА ХРОМА | 1999 |
|
RU2158226C1 |
Способ получения безводного трихлорида хрома | 1988 |
|
SU1606472A1 |
Использование: для получения трихлорида галлия высокой чистоты, применяемого в радиоэлектронной промышленности. Сущность изобретения: газообразный хлор пропускают через слой расплавленного галлия при плавном повышении температуры от 60 до 200°С, при этом процесс проводят в цилиндрическом стеклянном реаторе, соединенном с ректификационной колонной. 1 табл.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИХЛОРИДА ГАЛЛИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ взаимодействием газообразного хлора с расплавом металлического галлия, отличающийся тем, что газообразный хлор пропускают через слой расплавленного галлия при плавном повышении температуры от 60 до 200oС и процесс проводят в цилиндрическом стеклянном реакторе, соединенном с ректификационной колонной.
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Аглиулов Н.Х | |||
и Николаева Л.Г | |||
Синтез треххлористого галлия | |||
Труды по химии и химической технологии, Горький 1973, вып | |||
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
Авторы
Даты
1995-05-27—Публикация
1992-08-05—Подача