Способ получения углеродистого материала, содержащего фторид щелочного металла Советский патент 1992 года по МПК C01B31/00 

сл

С

Изобретение относится к способам получения углеродистого материала, содержащего фторид щелочного металла, используемого в различных областях химической технологии. Цель - удешевление продукта при сохранении конверсии щелочного металла и исключения взрывоо- пасности процесса. Сущность способа заключается в том, что соединение внедрения в углерод щелочного металла обрабатывают в потоке газообразного фтористого водорода или перфторпропена в среде инертного газа при постепенном повышении температуры обрабатываемого материала от 150-250 до 400-450°С. Конверсия щелочного металла составляет 99%. 1 табл.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении углеродистого материала, содержащего фторид щелочного металла, который можно применять как фторирующий агент в реакциях органического синтеза, катализатор основного характера, добавку к флюсам в сварочном производстве и металлургии.

Известен способ получения соединения графита с фторидом щелочного металла, заключающийся в перемешивании порошка графита со щелочным металлом до образования соединения формулы СПМ, где М - щелочной металл, п 8,10,12,24,36,48,60, с последующей обработкой его жидкими перфторорганическими соединениями в среде инертного газа. В качестве перфтор- ортанических соединений используют пер- фторированные амины, перфторгептан,

перфторциклогексан и перфтордибутиловый эфир.

Однако сложность проведения процесса связана с трудностью организации смешения реагентов и отвода тепла из зоны реакции, кроме того, используют труднодоступные и дорогостоящие реагенты. Процесс взрывоопасен из-за возможности накопления больших количеств непрореагировавших жидких фторуглеродов в реакци- онной зоне с последующим быстрым взаимодействием.

Целью изобретения является удешевление продукта при сохранении конверсии щелочного металла и исключения взрывоопасное™ процесса.

Процесс фторирования осуществляется путем пропускания газообразного фтористого водорода или перфторпропена в смеси с инертным газом (гелий, аргон) через слой

VI

ю

Јь

СЛ

XI

порошкообразного углеродистого материала, представляющего собой интеркаляцион- ное соединение углерода и щелочного металла общей формулы СПМ. В начале процесса температуру i в слое углеродистого материала поддерживают в интервале 150-250°С. При более низкой температуре наблюдается проскок фторирующего агента через слой щелочного интеркалята. В конце процесса для завершения процесса фторирования щелочного металла температуру следует повысить до 400-450°С и пропустить небольшой (5-10%) избыток фторирующего агента по сравнению со стехиометрией.

Это позволяет получить конверсию щелочного металла более 99%.

Проведение процесса при температуре выше 450°С нецелесообразно.

Осуществление процесса фторирова- ния соединений СПМ описанным способом позволяет повысить эффективность процесса путем организации съема тепла реакции инертным газом, обеспечения хорошего контакта реагентов, высокой скорости про- цесса, полноты превращения фторирующего реагента, высокой степени конверсии щелочного металла. Это позволяет упростить и удешевить технологию, так как процесс фторирования соединений СпМ до CnMF становится непрерывным, легко контролируемым и управляемым.

Процесс фторирования угдеродистого материала, содержащего щелочной металл, является новым и малоизученным. При фто- рировании неорганических соединений в качестве фторирующего реагента широко используют фтористый водород, однако применение его для фторирования интерка- ляционных соединений типа СПМ является неочевидным из-за возможного взаимодействия с примесями, содержащимися в исходном веществе: МаО, МОИ, МаСОз, в результате реакции с которыми может образоваться вода, которая реагирует с ин- теркалиброванным щелочным металлом. Кроме того, неизвестны условия проведения такого процесса. Для обеспечения тех- нологически приемлемой скорости реакции HF со щелочным интеркалятом не- обходим нагрев углеродистого материала до 150°С.

Что касается перфторпропена, то он в качестве фторирующего агента ранее не применялся. Выбор в качестве фторирую- щего агента для данного процесса перфторпропена обусловлен высокой реакционной способностью этого соединения, доступной сырьевой базой и отсутствием отходов производства, так как при

реакции перфторпропена с СПМ не образуется газообразных, жидких или твердых побочных продуктов.

При использовании предлагаемых фторирующих агентов найдены условия проведения фторирования, позволяющие получить конверсию щелочного металла более 99%.

П р и м е р 1. Фторирование соединения CnNa перфторпропеном.

В герметичный цилиндрический реактор (диаметр d 7,9 см) с мешалкой и электрообогревом в инертной атмосфере (аргон, гелий) загружают 310 г CnNa, содержащего 26 мас.% Na, Затем при комнатной температуре подают 60% смесь перфторпропена (СзРб) с гелием со скоростью 5-8 л/ч. По мере прохождения реакции наблюдается подъем температуры до 150-200°С. После прекращения подъема температуры включают электрообогрев и последующее фторирование проводят при 200-250°С. В конце процесса, когда пропущено около 80% от нужного по стехиометрии количества перфторпропена, температуру увеличивают до 450°С. Фторирующий реагент пропускают в 10%-ном избытке от стехиометрии. Из реактора после полного его охлаждения выгружают 380 г углеродистого материала, содержащего 38 мас.% фторида натрия,

Конверсия натрия составляет более 99%.

П р и м е р 2. Фторирование соединения CnNa фтористым водородом.

В вертикальную трубу из нержавеющей стали (d 3,6 см) загружают 34 г C.sNa. Загруженный реактор помещают в электропечь. В баллон с жидким фтористым водородом подают гелий (аргон). После установки нужного расхода фтористого водорода (GHF 5,9 г/ч) при 150°С подают смесь гелия с фтористым водородом через реактор, при этом наблюдается подъем температуры до 200°С. После прекращения подъема температуры увеличивают электрообогрев и последующее фторирование ведут при 200-250°С. В конце процесса, когда пропущена половина необходимого по стехиометрии количества фтористого водорода, температуру увеличивают до 450°С. Фтористый водород пропускают в 10%-ном избытке от стехиометрии. После охлаждения из реактора выгружают 41 г углеродистого материала, содержащего 42 мас.% фторида натрия.

Конверсия натрия составляет более 99%.

Условия фторирования соединений включения углерода и щелочных металлов СПМ приведены в таблице.

Формула изобретения Способ получения углеродистого материала, содержащего фторид щелочного металла, включающий обработку соединения внедрения в углерод щелочного металла фторирующим агентом в среде инертного газа, отличающийся тем, что, с целью удешевления продукта при сохранении конверсии щелочного металла и исключеРедактор Н. Рогулич

Техред М.Моргентал

Заказ 1145ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

0

ния взрывоопасности процесса, в качестве фторирующего агента используют газообразный фтористый водород или перфтор- пропен и обработку ведут в потоке фторирующего агента при постепенном подъеме температуры обрабатываемого материала до 400-450°С, причем в случае использования фтористого водорода его подачу начинают при 150-250°С.

Корректор А. Осауленко