Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Для изготовления аппаратуры, применяемой в технологии особо чистых неорганических веществ (дистилляционные и ректификационные колонны, теплообменники, насосы, трубы) используется исключительно углеграфитовый материал, пропитанный полимерными смолами. Химическая устойчивость пропитанных графитовых материалов (графитопластов) является довольно высокой и определяется химической стойкостью соответствующей полимерной смолы. Например, скорость коррозии графитолита марки ГФ-2** в 37%-ной соляной, 75%-ной серной, 85%-ной фосфорной, 40%-ной плавиковой и 65%-ной уксусной кислотах при 85°С составляет 1,7-Ю-6 г/(см2-ч) [31]. Аналогичными свойствами обладает графитопласт, анте-гмит АТМ-1. Однако коррозия этих двух материалов различается: графитолит ГФ-2 постепенно становится пористым, а анте-гмит АТМ-1 как композиционный материал растворяется в агрессивных средах, теряя свою механическую прочность. Растворимость углеграфитового материала, пропитанного фурило-вой смолой (ФЛ-2) в 50%-ной серной кислоте при 100°С, равна 1,7—1,9% [58]. Термическая устойчивость графитопластов также определяется термической стойкостью использованных полимерных смол и в настоящее время не превышает
* При обычной температуре углерод химически крайне инертен и практически не растворяется ни в одном из известных растворителей, включая щелочи и кислоты. Температура плавления углерода ~3500° С.
** Молотый искусственный графит, пропитанный фенолформальдегидной смолой. В ГДР применяется литой графит под названием гуссигурит. Гусси-гуритовые изделия, изготовленные на основе эмульсионной смолы, могут использоваться до 300° С при давлении 4—6 ат [38].
42
180—300° С. Достоинства углеграфитовых материалов определяются не только их высокой химической устойчивостью. Не меньшее значение имеет хорошая теплопроводность [около 2 ккал/(м-ч-град)] графитопластов и их способность к механической обработке, позволяющая изготавливать изделия, сложной конфигурации [59]. В частности, из графитопласта изготавливают [60] установки для дистилляции 40—60%-ной плавиковой кислоты.
Последнее время [32, 34] удалось получить углеграфитовый материал (модифицированный графит) с незначительной пористостью без применения полимерных смол (пирографит, стеклографит, рекристаллизованный графит и т. д.). В частности, пирографит при толщине пленки 20—50 мк сохраняет механическую прочность, высокую химическую стойкость и газонепроницаемость (по Не) до 2500° С [34].
Полимерные материалы. За последние годы полимерные материалы получили наибольшее применение в технологии особо чистых неорганических веществ. Среди различных пластических материалов высокой устойчивостью к коррозии отличается политетрафторэтилен (фторопласт-4), полипропилен, поливинилхлорид (винипласт), поливинилиден-хлорид, полиэтилен, полиизобутилен и полиметилметакрилат (органическое стекло). Общий недостаток широко известных полимерных материалов — низкая термостойкость *, а в случае использования этих материалов в качестве теплопроводящей поверхности, — низкая теплопроводность [61].
Политетрафторэтилен (—CF2—CF2—)„, или фторопласт-4**, кристаллический полимер [2, 35] с температурой плавления его кристаллов 327° С [35]. Максимальной рабочей температурой при эксплуатации фторопласта-4 считается 260° С. Однако в ряде случаев его можно применять до 327° С [2]. Деполимеризация фторопласта-4 начинается при 360° С, но протекает крайне медленно. Температура разложения лежит выше 415° С. Нагреванием нельзя перевести фторопласт-4 в вязко-текучее состояние. Из всех известных материалов фторопласт-4 является наиболее химически стойким материалом. Обнаружено, что на фторопласт-4 действуют только расплавленные щелочные металлы и их растворы в аммиаке, трехфтористый хлор и элементарный фтор. Не найдено пока ни одного органического растворителя, в котором фторопласт-4 хотя бы набухал.
Из фторопласта-4 изготавливают трубы, пластины, пленку, гибкие шланги и многочисленные детали, в том числе и
* Недавно [61] синтезированы новые полимерные материалы: полифени-лен с температурой плавления около 500°С и титанорганические полимеры, способные выдерживать температуру до 600—800° С.
Принятые названия: тефлон (США), флюон (Англия), агафлон (Италия), хостафлон (ФРГ), гафлон (Франция), вафлон-4 и полифлон (Япония).
43
пористые [35]. Пористые пластины можно использовать в качестве фильтрующего материала, стойкого к любым агрессивным средам.
Фторопласт-4 считается в настоящее время материалом, наиболее пригодным для технологии особо чистых веществ; даже платина и кварц более богаты источниками различных загрязнений.
К числу серьезных недостатков фторопластов следует отнести их хладотекучесть, плохую теплопроводность и отсутствие способности к свариванию и склеиванию*.
Политрифторхлорэтилен (—CF2—CFC1—)п, или фторо-пласт-3**, является также кристаллическим полимером [2, 35]. Температура плавления кристаллитов фторопласта-3 равна 208—210° С, а максимальная рабочая температура при эксплуатации 125—190° С. Деполимеризация фторопласта-3 начинается выше 270° С. Присутствие хлора в полимере снижает устойчивость материала к воздействию химических реагентов. Он разрушается в расплавах гидроокисей щелочных металлов, в высокопроцентном олеуме и в среде хлорсульфоновой кислоты при 140° С. При повышенной температуре фторопласт-3 растворяется в бензоле и его гомологах, в четыреххлористо.м углероде, хлороформе и метилхлороформе [35]. Поэтому перед использованием фторопласта-3 в органических растворителях следует провести необходимые испытания.
