Способ перегонки низколетучих галогенидов металлов или их смесей Советский патент 1985 года по МПК B01D3/34 

о: со

Изобретение относится к переработке продуктов неорганического происхождения, преимущественно, в химической и металлургической отраслях промышленности и может быть использовано для подготовки, разделения и очистки неорганических веществ, используемых в химическом синтезе, при электролизе, получении монокристаллов, в атомной технике.

Цель изобретения - интенсификация процесса перегонки при снижении энергетических затрат.

Добавляемое вещество интенсивно испаряется в зоне испарения сосуда, увлекая с собой перегоняемые низколетучие неорганические соли и вместе с последними конденсируется в холодной зоне. Перегнадые неорганические соли оседают на стенках конденсатора в твердом виде, а легколетучие добавки под действием гравитации возвращаются назад.

Эффективность перегонки зависит не. только от природы и свойств добавки, но также от ее содержания в низколетучей неорганической соли. Добавление небольших количеств легколетучих веществ (1 - 10 мас./о) к низколетучим неорганическим солям или их смесям приводит к их интенсивной перегонке без значительного перегрева выше температуры ликвидуса. Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что отпадает необходимость в обеспечении высокого давления паров возгоняемой неорганической соли. Только температуры плавления перегоняемых низколетучих неорганических солей и легколетучих добавок определяют технологические параметры и эффективность процесса.

Пример 1. В стальные трубки диаметром 11 мм и длиной 250 мм были помещены неорганические соли: хлорид калия (1-я трубка), смесь хлорида и иодида калия ( 2-я и 3-я трубки) с температурой ликвидуса 770 и 600°С соответственно. В 1-ю и 2-ю трубки добавлено по 3 мас.% металлического калия. Затем все трубки были вакуумированы до остаточного давления мм рт. ст. и запаяны для обеспечения герметичности. Одним из концов (зона испарения) они были, погружены в нагретую до 650°С (т.е. выше температуры ликвидуса смеси KCI-KI, но ниже точки плавления KCI) печь таким образом, чтобы их верхние концы (зона конденсации) имели температуру 80-90°С, т.е. выше точки плавления металлического калия, равную 64°С. После трехчасовой выдержки их охлаждали и вскрывали.

В 1-й трубке, содержащей твердый хлорид калия и металлический калий, количество перегнанной соли (возгонов) было около 2 мас.% от загруженной.

Во 2-й трубке, содержащей жидкую смесь KCI-K1 и металлический калий, в конденсаторе обнаружено 85 мас.% от загруженного количества.

5 В 3-й трубке, содержащей лишь жидкую смесь KCI-KI, в конденсаторе возгонов практически не было.

Этот пример свидетельствует об интенсификации перегонки при добавлении к низколетучим неорганическим солям (при этой температуре давление пара указанных солей менее 0,5 мм рт. ст) щелочного металла (в этих условиях давление пара .металлического калия равно 454 мм рт. ст).

Пример 2. Был проведен опыт с разогретым до 800°С расплавленным хлоридом калия (Ti;j 770°С). В одну из трубок был добавлен легколетучий TiCI.i(10 мас.%), а в другой находился чистый хлорид калия. Зону конденсации трубок охлаждали водой до комнатной температуры, чтобы обеспечить возврат TiCI (Тш1 -23°С) в испаритель. Через три часа трубки охлаждали и вскрывали. В первой в конденсаторе было собрано около 86 мас.% первоначального количества хлорида калия, во второй в конденсаторе были обнаружены лишь следы KCI.

Этот пример свидетельствует о том, что в качестве добавки могут быть использованы также легколетучие галогениды полива0 рентных металлов.

Пример 3. В условиях по примеру 1 исследовано влияние различных количеств легколетучих добавок на эффективность процесса перегонки неорганических солей. С этой целью к смеси KCI-KI добавляли 5 1,2,5,10 мас.% металлического калия.

После трехчасовой выдержки при 650°С трубки вскрывали.

Результаты опыта приводятся в таблице. пример 4. В стальные трубки диаметром 11мм и длиной 250 мм были помещены хлорид натрия (1-я трубка), смесь хлорида натрия с металлическим натрием (8 мас.%) (2-я трубка) с температурой ликвидуса 800°С в обоих случаях. Затем трубки были вакуумированы до остаточного давления 3 10 мм. рт. ст. и запаяны для обеспечения герметичности. Испарителем они были погружены в нагретую до 815°С, т.е. близкую к температуре плавления основного вещества, печь таким образом, чтобы их верхние концы (зона конденсации) имели температуру 110-120°С, т.е. выще температуры плавления металлического натрия, равную 98°С. После трехчасовой выдержки трубки охлаждали и вскрывали. В первой трубке, содержащей лишь хлористый натрий, в конденсаторе (верх трубки) возгонов практически не было. Во второй трубке, содержащей смесь хлорида натрия с металлическим, натрием, в конденсаторе обнаружено около 80 мас.% от загруженного количества хлорида натрия. Пример 5. Аналогичный опыт был проведен с трубками, заполненными хлоридом магния (1-я трубка) и его смесью с 10 Mac.Vo тетрахлорида титана (2-я трубка) с температурой ликвидуса 710°С. При нагреве зоны испарения до 730°С и, по.вдерживая зону конденсации при комнатной температуре, после трехчасовой выдержки трубки охлаждали и вскрывали. В конденсаторе 1-й трубки хлорида магния не обнаружено. В конденсаторе 2-й трубки найдено 90 мас.% от загруженного количества хлорида магния. Пример 6. В 1-ю трубку загружали хлорид кальция (температура плавления 780°С), во 2-ю - смесь хлорида кальция с хлоридом цинка (около 10 мае. %), температура ликвидуса 749°С. При нагреве испарителя до 800°С и при нагреве конденсатора до 330-340°С после трехчасовой выдержки трубки охлаждали и вскрывали. В конденсаторе 1-й трубки хлорида кальция обнаружено не было. В конденсаторе 2-й трубки найдено 85 мас.% от загруженного количества хлорида кальция. Приводимые результаты свидетельствуют о том, что небольщие добавки легколетучего вещества резко увеличивают интенсивность переноса труднолетучих неоргани-ческих солей из испарителя в конденсатор. В возгонах неорганических солей было отмечено присутствие следов легколетучих добавок, интенсифицирующих процесс перегонки. Поскольку. они химически инертны по отношению к испаряемой неорганической соли, их наличие в возгонах обусловлено лищь действием капиллярных сил, возникающих за счет пористой структуры возгонов. Следы летучих добавок могут быть легко удалены за счет создания определенного температурного режима по длине сосуда, в котором проводится процесс перегонки, либо при дальнейщей переработке возогнанной соли. При этом добавляемые вещества могут быть возвращены в перегонный аппарат.

1. СПОСОБ ПЕРЕГОНКИ НИЗКОЛЕТУЧИХ ГАЛОГЕНИДОВ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ИХ СМЕСЕЙ при нагревании с образованием паров и последующей их конденсацией, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса при снижении энергетических затрат, в исходный продукт добавляют 1 -10мас.% не взаимодействующего с ним термически стойкого при температуре проведения процесса легколетучего вещества и перегонку проводят в герметичном сосуде, зону испарения которого нагревают до температуры выше температуры ликвидуса исходного продукта на 15-50°С, а зону конденсации поддерживают при температуре выще точки плавления, но ниже точки кипения добавляемого легколетучего вещества. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, i что в качестве легколетучего вещества используют щелочные металлы или галогени(Л ды поливалентных металлов.