Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Расходные коэффициенты, а также количество побочных продуктов и отходов производства на 1 т очищенного хлористого алюминия составляют:
Сырье, кг
каолин (40% Al2O3)........... ИЗО
глинозем (98% Al2O3) ......... 215
хлоргаз (100%) ............ 1350
кокс.................. 370
Алюминиевая стружка........ . . . 12
Электроэнергия, кВтч ........... 700
Пар, Мкал................. 0,6
Вода, м^.................. 200
Побочный продукт (SiCI4), кг........ 100
Отходы, кг
прохлорированные брикеты....... 650
шлам из шламоотделителя ....... 70
шлам из реторты............ 200
Очистка хлористого алюминия
К чистоте хлористого алюминия, применяемого в полупроводниковой технике, в производстве особо чистого алюминия, алюмо-гидридов и других продуктов, предъявляются пбвышенные требования. Так, при электроосаждении алюминия из расплава AlCl8 — NaCl наличие 10"3—10"4 вес. % железа ухудшает качество катодного осадка, снижает выход по току. Для изготовления монокристаллов рубина, используемых в квантовой радиоэлектронике, применяется окись алюминия, полученная из особо чистого хлористого алюминия.
Из препаративных способов известна очистка AlCl3 с помощью четыреххлористого титана [44]. Растворимость хлористого алюминия в TiCl4 при 137 °С равна 283 г/л, а при 25 0C — только 17 г/л, между тем как хлорное железо почти нерастворимо в TiCl4. Очищаемый AlCl3 растворяют в четыреххлористом титане при нагревании в аппарате с обратным холодильником, а из охлажденного фильтрата выделяют кристаллы хлористого алюминия центрифугированием. Для удаления следов TiGl4 полученный продукт возгоняют. Аналогично можно очищать хлористый алюминий кристаллизацией из спирта, сероуглерода или четыреххлористого углерода [45]. v.
Наиболее эффективна очистка хлористого алюминия путем ректификации. Поскольку тройная точка хлористого алюминия соответствует температуре 192,6 0G и давлению 2,26 ат, ректификация проводится под давлением й при повышенной температуре. Впервые этот способ описан в патенте [46] и подробно изучен советскими исследователями [47—49]. Авторы разгоняли смесь AlGl3 (90%) и FeGl3 (10%) в стеклянной ректификационной колонне высотой 70 см, заполненной стеклянными кольцами Фенске. В колонне эффективность^ 7 теоретических тарелок удавалось отогнать около 99% загруженного хлористого алюминия. Дистиллят содержал менее 0,01% FeCl3.
Если разгонке подвергается предварительно очищенный хлористый алюминий, содержащий 0,05—0,001% FeCl3, то путем ректификации можно получить продукт повышенной чистоты (5-10~4% FeCl3 [47,48]. По сообщению [48], этот способ был проверен также на полупромышленной ректификационной колонне, изготовленной из углеродистой стали. Ректификационная часть колонны диаметром 76 мм и высотой 3 м была заполнена керамическими кольцами Рашига. Эффективность колонны составляла примерно 10 теоретических тарелок. Разгонке подвергался технический хлористый алюминий, содержащий 2 —6% хлоридов железа.
Качество полученного продукта отвечало требованиям ГОСТ 4452-66.
Потери хлористого алюминия с кубовыми остатками в зависимости от режима разгонки составляли 3—10%, в то время как в промышленных условиях потери при очистке равны 20—25%.
Предложен способ [50] очистки хлористого алюминия возгонкой в токе газа-носителя, например хлористого водорода, при 240 °С. Содержание примеси железа в полученном продукте составляет 5-10"4%.
Чистый безводный AlGl3 также получен [51] прямым синтезом из предварительно очищенных простых веществ: электролизного хлора (электролиз соляной кислоты в ванне с иридиевым анодом) и алюминия марки А99.
По другому способу [52] алюминий взаимодействует с парами четыреххлористого олова, полученного обработкой расплава олова хлором.
Чистые кристаллы хлористого алюминия размером от миллиметра до нескольких сантиметров получены [53] по двухстадийному процессу: сначала AlCl3 очищают сублимацией в потоке аргона, затем пары хлористого алюминия направляют в стеклянный сосуд, где создаются условия для роста образующихся кристаллов.
ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТЫЙ КРЕМНИЙ
Физико-химичеокие свойотва
Четыреххлористый кремний представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, дымящую во влажном воздухе.
Молекула SiCl4 имеет тетраэдрическую структуру с атомом кремния в центре, в жидком состоянии четыреххлористый кремний не ассоциирован.
В табл. 10-1 приведены физико-химические свойства SiCl4 при различных температурах [54].
Таблица 10-1. Плотность р, вязкость ц и поверхностное натяжение (a) SiCU при различных температурах
t, °С
-5,4 -2,1 21,7 33,7 39,1 40,5 41,6 49,3 66,3 66,7 80,9 82,6
р, г/см»
1,5313 1,5248 1,4764 1,4522 1,4401 1,4365 1,4341 1,4185 1,3815 1,3809 1,3485 1,3442
tt 0g
rjf сП
-6,0 0,5 5,0 10,0
15,5 20,0 31,0 44,3 60,2 70,0 80,9
0,6246 0,5706 0,5548 0,5293 0,4925 0,4823 0,4279 0,3825 0,3369 0,3103 0,2881
t. °С
23,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0
а, дин/см
19,28 19,13 18,50 17,85 17,31 16,78 16,24 15,73