Способ непрерывного получения окислов элементов Советский патент 1981 года по МПК C01B13/14 C01G1/02 

(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ

:,

Изобретение относится к технологии производства окислов элементов, например, SiO, AlaOj, MgO, liOi и PbjO, применяемых в полупроводниковой технике, электротехнике, оптическом приборостроении и других отраслях новой техники.

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

Известен способ получения дисперсных окислов элементов па рофазным гидролитическим преобразованием их галргенйдов в пламени горелки в кислороде воздуха. При ,зтом, кроме целевого продукта, образуетсд хлористый водород, а в абгазе остается 6- свободного хлора, который подавл ют азотом или водяным паром 1.

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 гндроокись предварительно высушивают отходящими газами в каскаде сушильных камер с кипящим слоем 2.

Недостатком этого способа является получение полидисперсного окисла, содержа Q щего 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, происходит загрязнение вещества из-за невозможности достижения требуемой герметизации аппаратуры, полного устранения коррозии и эрозии ее элементов.

Исследования показывают, что в таких

20 и аналогичных условиях достигают содержание примесей на уровне 1-5-10 масс./о и более.

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 влаги, которые подают на нагретый слой целевого продукта, взятого в количестве, G 3-Ю AT, где вычисляемом по формуле G - количество целевого продукта, А - производительность процесса в единицу времени, Т - 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 теплопередаюшая поверхность дисперсного слоя весьма велика, что дает большую поверхность ее контакта (теплопередачи) с жидкой фазой, а разностьтемператур 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 и без образования конгломератов, а процесс обезвоживания и разложения идет бесперебойной.

Содержание минимального количества примесей достигается различными методами очистки и синтеза исходных соедииений, а при осуществлении процесса разложения и получения целевого окисла задача состоит в создаиии условий, препятствующих загрязнению и повышению содер Кания примесей. Проведение обезвоживания и разложения в одной камере и устраиение стадий фильтрации, сущки, размола и транспортировки сущесгвеиио снижают загрязнение готового соединения и обеспечивают получение окислов с содержанием примесей 1 10 масс, /о и менее.

Содержание влаги до W/o соогветствуёт ее содержанию в исходных соединениях при их получении до фильтраций. Минимальное содержание 20% дает еще достаточную подвижность, требуемую для подачи в печь, смешения с дисперсным слоем и получения необходимого парообразования.

Тепловой расчет и эксперименты показывают, что для создания поверхности теплообмена, обеспечивающей, полное испарение и перегрев воды, количество загруженного слоя целевого продукта должно сосФавлять не менее 3 AT. Загрузка целевого продукта в количестве более 10 AT уже безполезна и вызывает перегрузку печи.

Пример J. В горизонтальную электропечь с вращающимися гребками для перемещения вещества загружают 168 кг (7 AT) целевого продукта - диоксида кремния особой чистоты с содержанием примесей металлов Fe, Ni, Сг, Со на уровне 1-3-10 масс. /о. 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% влаги. Содержание примесей в золе в пересчете на целевой продукт находится на уровне 7-10®-2-10 масс. %. 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-З-Ю масс. %. Результаты остаются стабильными и после наработки целевого продукта в количестве в несколько раз превышающем предварительно загруженное количество.

Пример 2. Во вращаюш,уюся горизонтальную электропечь загружают дисперсную окись алюминия особой чистоты с частицами до 2000 мкм, G 210 кг (3 AT), где А 10 кг/ч целевого продукта, а Т 7 ч. Содержание примесей элемеатов (металлов) составляет 10 масс. %. При

0 достижении температуры 600°С в начальную зону печи начинают непрерывную подачу суспензии с дозировкой 61,2 кг/ч, содержащей 75% воды. Содержание примесей в суспензии в пересчете на окись алюминия находится на уровне 4 - 3 10 масс. %. Из печи получают 10 кг/ч целевого продукта с частицами до 2000 мкм и содержанием примесей 6-10-6-5-10-5 масс. %.

Пример 3. При получении окиси алюминия особой чистоты по примеру 2 предварительно загружают такой же целевой продукт в количестве G 10 AT 10 10-7 700 кг. При достижении той же температуры (600°С в начальную зону печи начинают подавать суспензию гидроокиси алюминия, содержащую 20% воды и такое же количество примесей в пересчете на окись алюминия (4-10® -3-10 масс. %). 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 Х7 420 кг. Содержание примесей составляет как и в примере 2, 6 10 -5 %. При достижении температуры 600°С в начальную зону начинают подачу суспензии гидроокиси алюминия с содержанием вощ 90% и с таким же количеством при1йесей, как и в примере 1 6-10 - 5х

X IDS масс. %. Размер частиц до 2000 мкм.

Пример 5. Во вращающуюся горизонталь ную печь загружают G 6 AT 144 кг дисперсной окиси магния с частицами до 2000 мкм с содержанием примесей металлов Fe, Си, Ni, Сг, Со S-IO- -3 lOS масс. %. 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 воды с лимитируемыми примесями металлов Fe, Си, Ni, Сг, Со на уровне 6-10 -2-10 масс. % в пересчете на окись магния. Суспензию подают в количестве 13,3 кг/ч. Из печи ненрерывно получают, поддерживая постоянный уровень дисперсного слоя, целевой продукт в количестве 3 кг/ч с содержанием примесей указанных элементов на уровне 8 10 -3 X X 105 масс. /о. Размер частиц до 2000 мкм.

Пример 6. В горизонтальную печь непрерывного действия загружают дисперсную двуокись титана с частицами до 2000 мкм в количестве 8 AT 8-5-6 240 кг с содержанием примесей элементов I -5 10 масс. %. При достижении температуры 500°С в начальную зону печи начинают подавать суспензию гидроокиси титана Ti(OH)i с содержанием воды не количеством примесей на уровне 8-10 - .2-10 масс. %. Суспензию подают в количестве 10,35 кг/ч.

Из печн получают 5 кг/ч целевого продукта с содержанием примесей в пределах масс, /о с частицами до 2000 мкм.

Пример 7. В горизонтальную печь непрерывного действия загружают свинцовый сурик PbjO4 с частицами мкм в количестве 5 AT 5-20-4 400 кг с содержанием примесей элементов 8-10 -3-10 масс. При достижении 500°С в иачальную зону печи начинают подавать суспензию-карбоната свинца с содержанием 40% воды и с количеством примесей на уровне 5-10 -1-10 масс. %. Суспензию подают в колнчестве 42 кг/ч. Из печи получают 20 кг/ч свинцового сурика, с содержанием примесей в пределах 8-10 -3-10 масс.%. Размер части до .1500 мкм.

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

Это дает возможность освоить новые виoды техники и продукции, улучшить технические характеристики продукции в электронной, полупроводниковой, оптической и других отраслях новой техники, где в окислах элементов особой чистоты существует острая 5 потребность н всемерное повышение их частоты играет решающую роль.

В результате устранения сушки, размола, промежуточной транспортировки данный способ дает также значительную экономию энергни и трудовых затрат.

Формула изобретения

которые подают на нагретый слой целевого продукта, взятого в количестве, вычнсляемом по формуле G 3-10 AT, где G - количество целевого продукта, А - производительность процесса в единицу времени и Т -

J длительность процесса.

Источники информации, 0 принятые во внимание при экспертизе

2.Патент ФРГ № 1767511, кл. С 01 F 7/44, 1976 (прототип).