Химические транспортные реакции - Шефер Г.
Скачать (прямая ссылка):
Ролстен [ 27, 53, 161] провел исследование транспорта ниобия иодидным методом для установления содержания примеси неметалла. Вместо раскаленной проволоки он применил обогреваемую изнутри кварцевую
Разделение и очистка веществ
89
Таблица 3
Эффект очистки циркония в процессе транспорта иодидным методом [160]
Содержание, % • 1 0*
Элемент в исходном металле в очищенном металле Коэффициент увлечения
Ni 1600 10 0,006
Сг 1000 12 0,02
N 1100 3—82 0,003—0,075
с 2900 60—310 0,02 —0,11
Si 1100 130 0,12
Fe 1200 280—390 0,23 —0,325
Al 1100 700—800 0,64—0,73
Ті 1
Hf 1
гильзу. Результаты опыта, проведенного при оптимальных условиях, приведены в табл. 4. Необычно большой для иодидного метода коэффициент увлечения кислорода ниобием объясняется образованием газообразного оксииодида 1МЬО^. С помощью этого соединения можно осуществить также перенос Г\1ЬО (см. раздел 5.2).
Таблица 4
Эффект очистки ниобия при транспорте иодидным методом [53, 161]
Содержание, % -101
Элемент в исходном металле в очищенном металле Коэффициент увлечения
N 180 60 0,33
о 4350 1310 0,30
н 21 2 0,10
с 500 (<Ю) «0,02)
Одним из малоизученных вариантов транспортных реакций, проходящих в направлении 7Л-» Т2, являются такие реакции, когда тонкоизмельченный исходный ма-
90
Транспорт веществ и его применение
териал сразу же нагревают до температуры Т2 [11]. Исходный материал, находясь затем все время при температуре Т2, подвергается транспорту на участках небольшой протяженности, при этом образуются кристаллы большего размера (эффект минерализации, см. раздел 3.3).
Высвобождающиеся примеси попадают в результате транспортной реакции либо вследствие большого давления их пара в зону с Ту, где конденсируются или же каким-либо образом связываются в нелетучие соединения (см. раздел 3.2.4). Нелетучие примеси в процессе отжига переходят отчасти в самостоятельную фазу, которая может быть удалена последующей химической обработкой. Кремний в присутствии иодида кремния при повышенном давлении подвергается транспорту в направлении Т2^ТХ, однако при пониженных давлениях транспорт протекает в направлении Т\ -> Т2 (см. раздел 4.2). Отсюда следует, что удобнее использовать для транспорта кремния иодидный метод, работая при небольших давлениях. В опытах Шефера и Морхера [162] (Бг, 1200°; кварцевая ампула; температура незаполненной части ампулы 600°; Реи, =20 мм рт. ст.) содержание примесей А1, Са, Си, Ре, М? было доведено до 1% от содержания их в исходном кремнии. Большая полнота разделения может быть достигнута за счет дальнейшего понижения ТУ Вероятно, было бы также полезно. осуществлять «рекристаллизацию» кремния в условиях ритмичного колебания температуры Т2 (см. разделы 2.1.4 и 3.3).
В качестве вариации описанного метода следует рассмотреть метод очистки кремния, использованный Лессером и Эрбеном [163]. По этому методу кремний обрабатывают в вихревом слое при 1150° аргоном, содержащим иод (Рт2= 100 мм рт. ст.). Перекристаллизация кремния происходит в атмосфере Зи^/ЗигАЬД в процессе транспортной реакции; при этом примеси (Ре, А1, Си, В1, РЬ и др.) образуют летучие иодиды, которые уносятся потоком газа. Эффективность очистки велика, а потери кремния (в виде БьЬ и пыли кремния ) небольшие.
Гросс сообщал в разное время об эффекте очистки алюминия в процессе его транспорта в виде суб-
Разделение и очистка веществ
91
хлорида А1С1 (см. раздел 3.1.2.2); соответствующий пример приводится в табл. 5. Согласно данным Гросса, принципиально возможно получение алюминия путем термической обработки руды, в результате которой образуется сплав АЦЗЦ^е), и последующего выделения из этого сплава алюминия в процессе транспортной реакции.
Таблица 5
Эффект очистки алюминия при транспорте в токе А1С13(~950^ -700°) [164]
Элемент Содерж в ИСХОДНОМ металле ШИЄ, % в очищенном металле Коэффициент увлечения
Си Бі Мп 3,36 1,74 1,28 0,35 <0,05 <0,04 <0,06 <0,05 <0,015 <0,023 <0,05 <0,14
Применяя транспортную реакцию, Новотный, Баль-дуин и Пиффль [78, 165] добились почти полной отгонки алюминия из сплава А1—Т\ в виде субхлорида А1С1; процесс проводился при 1400° в токе водорода, содержащего пары А1С13. Так как сплав А1—Т1 может быть получен алюмотермически из ТЮ2, здесь открывается новый путь к получению чистого титана.
Таблица 6
Эффект очистки кремния при транспорте посредством 51С14 (1300 - 1100°; 2Р= 1 апг) [163]
Содержание, % • 104
Элемент в исходном металле в очищенном металле Коэффициент увлечения
Си 109 2 0,02
ВІ 23 <1 <0,04
Ие 6500 330 0,05
РЬ 13 2 0,15
А1 2200 460 0,21
92
Транспорт веществ и его применение
При транспорте кремния в виде дихлорида в замкнутой трубке Лессер и Эрбен [163] достигли заметного отделения примесей, как это явствует из табл. 6. Полученные при этом кристаллы кремния показаны на рис. 17.
Хотя эффекты разделения, указанные в табл. 3—6, весьма значительны, однако, как это будет видно из следующего раздела, их можно значительно улучшить.
3.2.4. Повышение эффективности очистки. Введение специальных добавок