Способ получения хлористого алюминия и двуокиси кремния Советский патент 1986 года по МПК C01F7/60 

«1225477

Изо бретеиие относится к способу получения треххлористого алюминия S- .цвуокиси кремния путем хлорирова™ ния,окиси алюминия при использовании и качестве хлорирующего агента четы- реххлористого кремния.

Изобретение основано на реакции взаимодействия четьфеххлористого кремния с реакционноспособными кон- центпатамиэ обогащенными окисью алю- ьшния 5 которые освобождены от железа pf воды, с хорошим выходом при температуре дыша 400 С, предпочтительно 800 и 1200 С. Остаток, состоя- дгий из непрореагировавшей твердой окиси алюминия и осажденной двуокиси кремния, мол-сет быть отделен от крем- кия известным способом при растворении окиси алюминия и удалении двуокиси, кремния фильтрованием. Растворенная окись алюминия может быть снова превращена в окись алюминия и рециклизована в первую стадию реакции, тогда как непрореагировавипЭксперименты показали, что обогащенные окисью алюминия концентраты окиси алюминия, которые содержат незначительное количество окиси желе- 5 за5 могут быть экономично переработаны по предлагаемому способу. Окись алюминия, полученная по процессу

Байера или после удаления железа кислотной обработкой; отвечает этим тре- 10 бованиям,, Четыреххлористый кремний молсет быть использован для хлорирования окиси алюминия или с носителем, например азотом или моноокисью углерода, в нагретом вертика-лыюм или го- 15 ризонтальном трубчатом реакторе, циклоне или проточном реакторе. При подходящей конструкции реактора может быть 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 400 С, но конверсия возрастает при четыреххлористьш кремний также рецик- 25 повышении температуры, следовательно, лизуют и вьщеляют целевой треххлорис- предпочтительно проводить реакцию при

20

тын алюминии, в некоторых случаях после очистки.

Хотя реакция окиси алюминия и

соответственно с четыреххлорис- тым кремнием по следующим уравнениям .

F,,0,

2А1,,Оз + 3SiCl

4А1С1з + 3Si02

и

2Fe.,0, + 3SiCl 4РеС1з + SSiOg

известна, однако неизвестен способ. утилизации четьфеххлористого кремния без какого-либо вспомогательного хлорирующего 1-ши восстанавливающего агента для полного превращения окиси алюминия в безводный треххлористьш алюминий по экономичному пути. Несмотря на то, что хлорирование окиси л;елеза начинается при более низкой температуре, чем у окиси алюминия, селективное хлорирование окиси алю- иния 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 ко- 1 ичество окиси железа. Следовательно основной материал должен быть освобожден от железа. В противном случае трех:5шористьй алюминий может быть загрязнен хлоридом железа.

Эксперименты показали, что обогащенные окисью алюминия концентраты окиси алюминия, которые содержат незначительное количество окиси желе- за5 могут быть экономично переработаны по предлагаемому способу. Окись алюминия, полученная по процессу

температзфе от 800 до 1200 С. Эффективность хлорирования зависит от качества исходного материала и условий реакции, поэтому желательно редиклизовать непрореагировавшие компоненты до тех пор, пока все ко- личество окиси алюминия не превратится Б треххлористьш алюминий. Так как в результате этой реакции четыреххлористьш кремний превращается в двуокись кремния, последнее соединение следует отделять от непрореагировавшей окиси алюминия, так как оно является нежелательным побочным продуктом, который может осаждаться на поверхности частиц окиси алюминия, в результате чего ингиби- руется хлорирование непрореагировавшей 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 трех- хлористый алюминий.

Полученный треххлористый алюминий отдел.чют от паровой смеси, состояш,ей из треххлористого алюминия и непрореагировавшего четьфеххлористого кремния путем конденсации, и рециклизу- . ют пары четыреххлористого кремния

3

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

Согласно изобретению четыреххло- ристый кремний - хлорирующий агент, и непрореагировавшую окись алюминия вьщерясивают в цикле до i ех пор,пока все количество окиси алюминия не превратится в трехх-пористьй алюминий и все количество четыреххлорис- того кремния не превратится в двуокись кремния.

Треххлористый алюминий, вьщелен- ньй конденсацией, при необходимости может быть подвергнут дальнейшей очистке известным способом.

Продуктом peaKiyiH является чистая безводная окись алюминия, которая может быть превращена в металлический алюминий известным способом, а выделившийся хлор может быть использован для хлорирования алюминий- и силикатсодержаащх минеральных материалов по предлагаемому способу. В В результате также получают четырех- хлористьй кремний.

Четыреххлористый кремний, полученный в качестве побочного продукта при хлорировании алюминий- и кремний содержащих минералов или любым другим путем, может быть использован для превращения окиси алюминия, содержащейся в ее концентрате, в трех- хлористьй алюминий без применения какого-либо другого хлорирующего агента. В соответствии с этим способом четыреххлористьй кремний взаимодействует с концентратом окиси алюминия, обедненным по железу, при температуре вьше 400 С, предпочтительно между 800 и 1200°С, отделяют непрореагировавший четыреххлористьй кремний от треххлористого алюминия, образовавшегося при реакции, и рецикли- зуют его на стадию хлорирования, из твердого остатка, имеющего пониженно содержание окиси алюминия и обогащенного двуокисью кремния, вь(целяют последнее соединение, оставшуюся окись алюминия рециклизуют на стадию хлорирования, а полученный треххлористьй алюминий непрерывно удаляют и при желании 11одвергают дополнительной очистке.

В качестве концентрата окиси алюминия применяют окись алюминия, полученную по щелочной или кислотной методике, или четыреххлористьй кремний вводят на стадию хлорирования с га254774

зом-носителем, например азотом или моноокисью углерода.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

5 Пример 1. Газовую смесь, содержащую SiCl, выводимую из конденсаторов, конденсируют при . По- лученньй жидкий .продукт затем подвергают разложению.

10 Разложение четыреххлористого кремния осуществляют в реакторе с движущимся слоем, используя окись алюминия, содержащую 99,55% AljOj, полу- ченнуй по способу Байера, в качестве

(5 реагента. Окись алюминия вводят в верхнюю часть реактора (подача 0,985 кг/ч), а жидкое состояние обеспечивается 2,46 кг/ч SiCl , подаваемого в реактор с помощью азота в ка2Q честве газа-носителя. Температура ожиженного (движущегося) слоя равна .

soo c.

В результате реакции между четырех- х-пористым кремнием и окисью алюминия

25 около 45% исходного количества четыреххлористого кремния превращается в двуокись кремния.

Образовавшийся треххлористьй алюминий и непрореагировавший четьфех,- хлористьй 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 1,16 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 обрабатьшают вместе. Смесь окись алюминия - двуокись кремния, удаленную через перелив (0,93 кг/ч), обрабатывают с ерной кислотой в реакторе, снабженном мешалкой, получая сульфат алюминия. При разложении полученного сульфата алюминия получают 0,5 кг/ч окиси алюминия, которую затем рециклизуют на

0 стадию хлорирования. Пары SO,,,выделившиеся при разложении, добавляют в реактор, оборудованный мешалкой,и используют для приготовления сульфата алюминия.

5 Пример 2. Непрерывное раз- , ложение четыреххлористого кремния.

При проведении хлорирования низкосортного боксита по методике при-

0

5

мера 1 получают 2,46 кг/ч четьфех- клористого кремния. Продукт конденсируют и хранят в виде жидкости,

Из ,цаемого танка, используемого для хранения четьфеххлористого кремния, его подают в испаритель при 60°С5 в котором он испаряется со скбростью 1j8 кг/ч., после чего его вводят в систему, состоящую из двух реакторов, соединенных в батарею. В-реакторы подают концентрат окиси алюминия3. приготовленный гид- оометаллургической обработкой высококачественных бокситов (содержание . превышает 98%), а пары четырех хлористого кремния пропускают через слон этого материала. Первьж реактор содержит 4 кг Al,0j и имеет reMviepMTypy 900°С„ Из второго реактора, в 1гружаю :; 1,8 кг/ч четыреххло- ристого кремния, полученного при испарении и кг/ч непрореагировав- двуокиси кремния, а именно всего 2,4 кг/ч четыреххлористого кремния пропускают через загруз1 :у в первом реакторе. На этой стадии 50% четьфеххлористого кремния превращается в д.вуокись кремния и образуется 1,25 кг треххлористого алюминия, Ьюридные пары, выводимые из перного реактораS пропускают через конденсатор,, в котором треххлорис- тый алюминий конденсируется при тем- iiepaType около 180°С, Непрореагиро- яавший четыреххлористый кремний (1,2 кг/ч) затем вводят во второй реактор, который содержит 1,5 кг концентрата окиси алюминия и им:еет температуру 900°С, Около 50% четыреххлористого кремния, пропущенного через этот слой, превращается в двуокись кремния и 0,6 кг/ч четьфеххлористого кремния и 0,63 кг/ч трехзспо- ристого алюминия выгружают из реактора, Треххлористьй алюминий, полученный на этой стадии, объединяют с треххлористым алюминием, полученным на предыдущей стадии. Непрореагировавший четыреххлористый кремний ре- циклизуют в первый реактор. Таким образом четыреххлористый кремний находится в замкнутом цикле.

Для пополнения израсходованного 1 :онцентрата окиси алюминия дополнительно добавляют в первьй и во вто рой реакторы 1 кг/ч и.0,5 кг/ч окиси елюминия соответственно. Двуокись 1 :ремния. удаляют из нижней части реак

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

тора. Выход двуокиси кремния 0,5 кг/ч и 0,25 кг/ч соответственно.

Пример 3. Реакция четыреххло- ристо1 о кремния с окисью алюминия в непрерывном противоточном реакторе.

Четьфеххлористый кремний, образовавшийся в результате хлорирования бокситов, вводят в тарельчатый реактор и через жидкость пробульки- вают азот. Поток азота отрегулирован таким образом, чтобы исггарялось 3 кг/ч четьфеххлористого кремния. Поток Четьфеххлористый кремний - азот вводят в первый реактор система из пяти реакторов. Температура в реакторах соответственно равна 1000, 1050, 1100, 1150 и 1200°С. Концентрат окиси алюминия подают зо 2-й по 5-й реакторы раздельно. Концентрат окиси алюминия содержит 99,0% и подается противотоком по отношению к смеси азот - четыреххлористьш крем- ний, В результате смесь азот четыреххлористый кремний обогащается . треххлористым алюминием, а содержание в ней четыреххлористого кремния непрерывно снижается. Твердую фазу (Alj, Oj/SiOj) отделяют от газовой фазы (Nj/SiCL,/AlClj) в нагретых циклонах, вмонтированных между реакторами системы. Конверсия четырех сло- ристого рсремник в последовательных реакторах следующая, %:

1-й40

2-й43

3-й48

4-й52

5-й55

Концентрат окиси алюминия добавляют во 2-5-й реакторы четырьмя равными порциями. При такой компановке все количество превращается в треххлористый алюминий, тогда как конверсия четьфеххлористого кремния составляет 96,3%.

В этой: системе образуется 3.15 кг/ч треххлористого алюминия и 0,95 кг/ч двуокиси кремния. Треххлористьй алюминий может быть отделен от системы .СЦ отдельно и может быть далее переработан известным вообще способом.

По данному способу около 96% хло-, ра, использованного для получения четьфеххлористого кремния, может быть рекуперировано.

Двуокись кремния высокой степени чистоты, полученная при разложении

712254778

четыреххлористого кремния, может бытьмощью четыреххлористого кремния, ко.использована для многочисленных прак-торый использовался как источник потических целей,терь хлора при известной технологии.

Таким образом, производство трех-

хлористого алюминия путем хлорирова- Полученньй треххлористьй алюминия апюминийсиликатсодержащих мине-ний может .быть разложен до алюминия ральных материалов более экономично,и хлора, последний может быть рецик- так как побочньм продукт - четырех- лизован на стадию хлорирования,т.е. хлористый кремний, и высокочистая юхлор выделяют в количестве, соот- двуокись кремния, получаемая приветствующем количеству хлора, содер- этом, могут быть выгодно использованы.жащемуся в четьфеххлористом кремнии.

Экономично получают чистый без-Таким образом снижаются потери хлора

водньм трехклористый алюминий с по-до время хлорирования минералов.