Способ обогащения кремнием силико-алюминиевого сплава Советский патент 1982 года по МПК C22B9/00 C22C21/02 

{5) СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ КРЕМНИЕМ СИЛИКОАЛЮМИНИЕВОГО

СПЛАВА

I

Изобретение относится к металлургии, а именно к обогащению кремнием силикоалюминиевого сплава.

Первичный силикоалюминий, получае мый прямым электротермическим восстановлением углеродом алюмосиликатных руд, .содержит алюминия, 3035% кремния и 1,5-Э железа, титана и шлаков. Переработанные физическим путем сплавы используются в качестве лигатуры при прозводстве литейных . сплавов, имеющих ограниченное применение.

Известна очистка кремния от металлических примесей, при которой исходный сплав.кипятят в соляной, серной и плавиковой кислотах. При этом основная часть примесей в виде соответствующих солей переходит в раствор, который отделяют от кремнистого остатка l .

Недостатками указанного способа являются высокая агрессивность среды, создаваемая горячими кислотами.

необходимость использования по этой причине дорогостоящего оборудования, большой расход кислот и получение солей алюминия и примесей в виде смесей, реализация которых весьма ограничена.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ обогащения силикоалюминиевого сплава, заключающийся в том, что сплав под10вергают взаимодействию с алюминийорганическими соединениями, водородом и L -олефином при 100-120°С и давлении 100-200 атм в течение 15ч. При этом удается извлечь в виде алю15минийорганического соединения до 90% алюминия, обогатив тем самым сплав кремния до 60-65% 2.

Недостатками способа являются высокая опасность алюминийоргани20ческого производства вследствие .необходимости использования высоких давлений (предпочтительно 100-200атм и таких взрывоопасных, горючих газов, как водород и этилен, а также самовоспламеняемость самих алюминий органических соединений, что требует сложного аппаратурного оформления и строжайшего выполнения правил техники безопасности. Цель изобретения - повышение без пасности и упрощение аппаратурного оформления процесса. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обогашения кремнием силикоалюминиевого сплава, включающий его активирование, обработку органическим реагентом при нагревании с выделением цел вого продукта, активированный силик алюминиевый сплав обрабатывают этиловым спиртом при температуре кипения спирта и одновременно или после довательно со стадией алкоголиза про , водят при 20-80 С гидролиз реакцион ной массы из расчета 0,)0 г/моль воды на 1 г/атом алюминия, после чего разделяют продукты процесса. Основная схема реакции предложенного процесса следующая: Al -3CjHyOH- Al (OC2. 1 5Н (OCzHs пА) ().-tA10J,-f-2nC2H50H Для того, чтобы реакция алкоголиза началась, силикоалюминиевый сплав активируют добавлением кристаллика иода, либо спиртового раствора тетраэтоксиалюмоксана и 2-5 кратного избыточного количества абсолютного этилового спирта от веса сплава. Реакционную массу греют при переме-. шивании, образуется суспензия этила та алюминия в спирте, к которой либо сразу приливают оставшийся абсолютированный спирт, либо постепенно прикапывают спиртовый раствор воды. Количество воды в расчете на алюминий, содержащийся в сплаве, должно составлять 0, моль/г-атом. Триэтоксиалюминий не растворяется в этиловом спирте, а находится в сус пензии вместе с кремнистым остатком и соответственно не может быть отделен от последнего. Однако при обра

ботке суспензии триэтоксиалюминия в спирте водой образуется, в зависимости от соотношения , соединение алюминия от тетраэтокси- до полиэтоксиалюмоксана, растворимых в спирте. Соотношение Н2,0/А1 от О,5 до 1 обусловлено тем, что при ис. пользовании на 1 г/атом алюминия

ВОДНЫХ алюминия и в качестве товарных продуктов.

Пример . В колбу с обратным холодильником, мешалкой, термометром и капельной воронкой загружают 2,35 г миликоалюминиевого сплава (, ), кристаллик иода и заливают 100 мл абсолютироменее 0,5 г/молей воды часть триэтоксиалюминия останется в виде нерастворимого остатка с кремнием. При использовании более 1 моля воды, часть алюминия выпадает в осадок в виде гидроокиси и также увеличивает содержание примесей в кремнистом остатке. 8 том случае, когда алкогОлиз и гидролиз п эоводят в две стадии, алкоголиз осуществляют абсолютированным спиртом и реакция заканчивается за 1-2 ч, но, вследствие.гетерогенности реакции, необходимо значительное разбавление суспензии этилата алюминия спиртом для создания достаточно подвижной массы. Для уменьшения расхода спирта и увеличения съема продукта с единицы объема можно проводить одновременно алкоголиз и гидролиз. В этом случае для завершения реакции необходимо около А-Х ч, К силикоалюминиевому сплаву добавляют спиртовой раствор тетраэтоксиалюмоксана или небольшое количество абсолютированного спирта, греют до кипения, на,чинает идти реакция алкоголиза, после чего по мере загустевания массы добавляют постепенно спиртовой раствор воды. В этом случае расход спирта может быть уменьшен примерно в 3-3,5 раза. Процесс гидролиза проводят при 20-80 С, преимущественно 70-80°С. Разработанный процесс дает возможность извлекать из силикоалюминия практически весь алюминий, находящийся в металлической форме, т.е. до 90 исходного алюминия. Оставшийся кремнистый остаток обогащается кремнием до . Расход спирта 20-70 г на 1 г алюминия силикоалюминиевого сплава. Выделенные из спиртовых растворов этоксисоединения алюминия содержат металлы - примеси исходного сплава в виде микропрймесей по 0,0010,0001 и могут быть использованы в промышленности в качестве полупродуктов для получения ряда произванного этилового спирта. Газовыделение начинается уже при 20-25°С, при 40-50°С усиливается, а при 75 80°С после 1-го ч выдержки полностью заканчивается.

Образующуюся суспензию этилата алюминия и кремнистого остатка в спирте охлаждают до 20-25 С, загружают при перемешивании 0,4 мл (0,0222 г-моль, соотношение 0,5 моля воды/1 г-атом А1) воды, после чего греют, при yO-SoC масса быстро разжижается, поскольку гидролизованный этилат алюминия переходит в раствор. Массу охлаждают, фильтруют, осадок на фильтре промывают дополнительным количеством спирта. Кремнистый остаток сушат до постоянного веса. Вес остатка 1,28 г, состав, : Si 66,1, А1 . Фильтрат выпаривают, получают г твердого тетраэтоксиалюмоксана. Содержание А1 : найдено - 21,, вычислено - 21,6.

П р и м е р 2 . Проводят опыт аналогично примеру 1. Для гидролиза берут 0,8 мл (0,0444 г-моль, 1 морь 1 г-атом А1) воды. После фильтрации и отгонки спирта получают твердый полиэтоксиалюмоксан в количестве 3,4 г, содержащий ,2%, вычислено - 3.0,7%. Кремнистый остаток, 1,325 г, содержит, %: Si 64, А1 13,2. ПримерЗ- К2г силикоалюми ниевого сплава (,4, ) добавляют 10 г спиртового раствора тетраэтоксиалюмоксана (,%} и 80 мл абсолютного этилового спирта. Массу при перемешивании греют до кипения и выдерживают до полного газовыделения 1 ч, после чего в течение 0,5 ч к суспензии добавляют 0,4 г (0,0222 г-моль,о,5 моля/1 г-атом А1 воды. Образующийся раствор тетраэток сиалюмоксана отделяют от осадка. фильтрованием. Кремнистый остаток сушат до постоянного веса. Получают 0,9 г кремнистого остатка, содержащий, %: Si 72,5, А1 13,2. Пример4.К2г силикоалюминиевого сплава (,4%, ) добавляют 10 г спиртового раствора тетраэтоксиалюмоксана (А 2,1%), греют до кипения, масса густеет и через 15 мин начинают подавать 0,4 г (0,0222 г-моль, 0,5 моля/1 г-атом А1 воды в 25 мл этилового спирта. Реакция заканчивается за 4 ч. По окончании подачи спирта массу охлаждают

и фильтруют. Кремнистый остаток 0,95 г содержит, %: 68,5 кремния и 16,9 алюминия.

Пример5.К2г силикоалюминиевого сплава ,t%, ) добавляют 10 мл абсолютированного этилового спирта. Греют до кипения и по мере загустения массы добавляют в течение 1 ч 60 мл этилового

спирта, по окончании реакции в течение 0,5 ч добавляют 0,4 г (0,0222гмоль , 0,5 моля/1 г-атом А1) воды в 10 г этилового спирта. Массу фильтруют, получают 0,92 г кремнистого

остатка, содержащего, %: 51 68, А1 14,3.

П р и м е р 6. Проводят опыт по аналогии примеру 1, для гидролиза берут 0,36 мл (0,02 г-моль, 0,45 г-моля

г-атом А1) воды. Получают

1,64 г кремнистого остатка, содержащего, %: ,5, А1 11,3.

П р и м е р 7- Проводят опыт аналогично примеру 2, для гидролиза берут 0,85 мл (0,0472 г-моль, 1,06 г-моля Н.0/1 г-атом А1) воды. Кремнистый остаток 2,5 г, содержит, %: ,9, ,8. Использование предлагаемого способа обогащения кремнием силикоалюминиевого сплава позволяет упростить аппаратурное оформление процесса в свяэи с отсутствием повышенных температур и давления; проводить процесс в безопасных условиях,- поскольку устраняется необходимость использования взрывоопасных и самовоспламеняющихся веществ таких как водород, этилен, алюминийорганические соединения. Формула изобретения Способ обогащения кремнием силикоалюминиевого сплава, включающий активирование сплава, обработку органическим реагентом при нагревании с выделением целевого продукта ведут известным методом, отличающий с я тем, что, с целью повышения безопасности и упрощения аппаратурного оформления процесса. активированный силикоалюминиевыи сплав обрабатывают этиловым спиртом при температуре кипения спирта и одновременно или последовательно со стадией алкоголиза проводят при 20-80 С гидролиз реакционной массы из расчета 0,5-1,0 г/моль воды на 1 г/атом алюминия, после чего разделяют продукты процесса.

792007А8

Источники информации,1 Межвузовской конференции по чиспринятые 80 внимание при экспертизе, тым металлам, металлическим соеди1. Муром Н.Н. Кислотный способ нениям и полупроводниковым материаполучения кремния высокой чистоты лам, 15-18 октября 1957), М., 1959и пути его развития. В кн. Чистые s 2, Патент США № 3393217, металлы и полупроводники, (Труды кл. 2бО- А8, 1968,