Способ обогащения кремнием силико-алюминиевого сплава

Союз СоветскихСоциалистическихРеспубики ОП ИСАНИЕизовевтинияК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 920074 1) Дополнительное к авт. сеид-ву 06. 80 (21) 291 т 3 т 25/22- 02 22)Заявлено(5)М. Кл С 22 В 9/00С 22 С 21/02 с присоединением заявки Гае рстеапай комитетСССРалаи иаебретениеи еткрытнй 2 З) Приоритет Опубликовано 15.01.82. Бюллетеньао.715(088.8) ата опубликования описания 16. От. 82) Авторы изобретени захаркин 1) Заявитель 5 М) СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ КРЕМНИЕМ СИЛИКОАЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВАИзобретение относится к металлургии, а именно к обогащению кремниемсиликоалюминиевого сплава.Первичный силикоалюминий, получаемый прямым электротермическим восстановлением углеродом алюмосиликатныхруд,.содержит 55-60 алюминия, 3035 кремния и 1,5-9 железа, британаи шлаков. Переработанные физическимпутем сплавы используются в кацествелигатуры при прозводстве литейныхсплавов, имеющих ограниченное применение,Известна очистка кремния от металлицеских примесей, при которой исходный сплав кипятят в соляной, сернойи плавиковой кислотах. При этом основная часть примесей в виде соответствующих солей переходит в раствокоторый отделяют от кремнистого отатка 11 .20Недостатками указанного способаявляются высокая агрессивность среды, создаваемая горячими кислотами,необходимость использования по этои причине дорогостоящего оборудования, большой расход кислот и получение солей алюминия и примесей в виде сме сей, реализация которых весьма ограничена.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ обогащения силикоалюминиевого сплава, заключающийся в том, цто сплав подвергают взаимодействию с алюминийорганицескими соединениями, водородом и 3 -олефином при 100-120 С и давлении 100-200 атм в течение 15 чПри этом удается извлечь в виде алюминийорганицеского соединения до 903 алюминия, обогатив тем самым сплав кремния до 60-653 21Недостатками способа являются высокая опасность алюминийорганицеского производства вследствие .не. обходимости использования высоких давлений (предпочтительно 100-200 атм и таких взрывоопасных, горючих га 9200 Д10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 Основная схема реакции предложенного процесса следующая:А 1+3 С НОН А 1(ОС 2 Нв+15 Н,ОСН пА 1 (ОС Нб)з+ пНО - А 10+2 п СН 5 ОНДля 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 перемешивании, образуется суспензия этилата алюминия в спирте, к которой либо сразу приливают оставшийся абсолютированный спирт, либо постепенно при капывают спиртовый раствор воды. Количество воды в расчете на алюминий, содержащийся в сплаве, должно составля гь 0,5-1 моль/г-атом.1 риэтоксиалюминий не растворяется в этиловом спирте, а находится в сусгензии вместе с кремнистым остатком и соответственно не может быть отделен от последнего, Однако при обработке суспензии триэтоксиалюминия в спирте водой образуется, в зависимости от соотношения НО/А 1, соединение алюминия от тетраэтокси- до полиэтоксиалюмоксана, растворимых в спирте, Соотношение НО/А от 0,5 до 1 обусловлено тем, что при ис пользовании наг/атом алюминия зов, 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 безопасности 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 целевого продукта, активированный силикоалюминиевый сплав обрабатывают этиловым спиртом при температуре кипения спирта и одновременно или последовательно со стадией алкоголиза проф .водят при 20-80 С г идролиз реакционной массы из расчета 0,5-1,0 г/моль воды на 1 г/атом алюминия, после чего разделяют продукты процесса. менее 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 ввиде гидроокиси и также увеличиваетсодержание примесей в кремнистомостатке,В том случае, когда алкоголизи гидролиз проводят в две стадии,алкоголиз осуществляют абсолютированным спиртом и реакция заканчиваетсяза 1-2 ч, но, вследствие,гетерогенности реакции, необходимо значительное разбавление суспензии этилатаалюминия спиртом для создания достаточно подвижной массы.Для уменьшения расхода спиртаи увеличения съема продукта с единицы объема можно проводить одновременно алкоголиз и гидролиз, В этом случае для завершения реакции необходимо около 1-х ч. К силикоалюминие . вому сплаву добавляют спиртовойраствор тетраэтоксиалюмоксана илинебольшое количество абсолютированного спирта, греют до кипения, начинает идти реакция алкоголиза, после чего по мере загустевания массыдобавляют постепенно спиртовой раствор воды. В этом случае расход спирта может быть уменьшен примерно в 3-3 5Процесс гидролиза проводят при 20-80 С, преимущественно 70-80 С,Разработанный процесс дает возможность извлекать из силикоалюминияЪ практически весь алюминий, находящийся в металлической форме, т.е. до 903 исходного алюминия, Оставшийся кремнистый остаток обогащается кремнием до 65-03. Расход спирта 20-0 г на 1 г алюминия силикоалюминиевого сплава.Выделенные из спиртовых растворов этоксисоединения алюминия содержат металлы - примеси исходного сплава в виде микропримесей по 0,00 - 0,00013 и могут быть использованы в промышленности в качестве полупродуктов для получения ряда производных алюминия и в качестве товарных продуктов.П р и м е р 1 . В колбу с обратным холодильником, мешалкой, термометром и капельной воронкой загружают 2,35 г миликоалюминиевого спгава (А 1=51, 5=36";), кристаллик иода и заливают 100 мл абсолютиро20074 6 5 1 О 5 20 25 30 Э 5 40 45 50 55 с 9ванного этилового спирта, Газовыделение начинается уже при 20-25 С,при 40-50 С усиливается, а при 75 о80 С после 1-го ц выдержки полностью заканчивается.Образующуюся суспенэию этилатаалюминия и кремнистого остатка вспирте охлаждают до 20-25 С, эагружают при перемешивании 0,4 мл(0,0222 г-моль, соотношение 0,5 моляводы/ г-атом А 1) воды, после чегогреют, при 70-80 С масса быстро разжижается, поскольку гидролиэованныйэтилат алюминия переходит в раствор,Массу охлаждают, фильтруют, осадокна фильтре промывают дополнительнымколицеством спирта, Кремнистый остаток сушат до постоянного веса.Вес остатка 1,28 г, состав,5 66,1, А 1 9,8. Фильтрат выпаривают, получают 5,02 г твердого тетраэтоксиалюмоксана, Содержание А 1:найдено - 21,М, вычислено - 21,6/,П р и м е р 2 . Проводят опыт аналогично примеру 1, Для гидролизаберут 0,8 мл (0,0444 г-моль, 1 моль/1 г-атом А 1) воды. После фильтрациии отгонки спирта получают твердыйполиэтоксиалюмоксан в количестве3,4 г, содержащий А=30,2, вычислено - 3,0,73. Кремнистый остаток,1,325 г, содержит, г; 51 64, А 113,2.П р и и е р 3. К 2 г силикоалюминиевого сплава (А=60 4 г 51=333)добавляют 10 г спиртового растворатетраэтоксиалюмоксана (А 1=-2,1/) и80 мл абсолютного этилового спирта.Массу при перемешивании греют до кипения и выдерживают до полного газовыделения 1 ч, после чего в течение0,5 ц к суспензии добавляют 0,4 г(0,0222 г-моль, 0,5 моля/ г-атом А 1)воды. Образующийся раствор тетраэтоксиалюмоксана отделяют от осадка.фильтрованием, Кремнистый остатоксушат до постоянного веса. Получают0,9 г кремнистого остатка, содержащий, Ф: 5 72,5, А 1 13,2,П р и м е р 4, К 2 г силикоалюминиевого сплава (А=60,4 Ж, 51=334)добавляют 10 г спиртового растворатетраэтоксиалюмоксана (А =2,1 В),греют до кипения, масса густеет ичерез 15 мин начинают подавать 0,4 г(0,0222 г-моль, 0,5 моля/1 г-атом А 1)воды в 25 мл этилового спирта. Реакция заканчивается за 4 ц. По окончании подачи спирта массу охлаждают и фильтруют. Кремнистый остаток 095 г содержит, г: 68,5 кремния и 16,9 алюминия.П р и м е р 5, К 2 г силикоалюминиевого сплава (А 1=60,4, 51=33";) добавляют 10 мл абсолютированного этилового спирта. Греют до кипения и по мере загустения массы добавляют в течение 1 ц 60 мл этилового спирта, по окончании реакции в течение 0,5 ч добавляют 0,4 г (0,0222 гмоль, 0,5 моля/1 г-атом А 1) воды в1 О г этилового спирта. Массу фильтруют, получают 0,92 г кремнистогоостатка, содержащего, Ъ: 51 68,А 1 4 3П р и м е р 6, Проводят опыт поаналогии примеру 1, для гидролизаберут 0,36 мл (0,02 г-моль, 0,45 г-моляН 20/ г-атом А 1) воды, Получают 1,64 г кремнистого остатка, содержащего, г: 51=51,5, А 1=11,3.П р и м е р 7. Проводят опыт аналогично примеру 2, для гидролизаберут 0,85 мл (0,0472 г-моль,1,06 г-моля НО/1 г-атом А 1) воды.Кремнистый остаток 2,5 г, содержит,3: =33,9 А=23,8.Использование предлагаемого способа обогащения кремнием силикоалюминиевого сплава позволяет упроститьаппаратурное оформление процесса всвязи с отсутствием повышенных температур и давления;проводить процесс в безопасныхусловиях, поскольку устраняется необходимость использования взрывоопасных и самовоспламеняющихся веществ таких как водород, этилен,алюминийорганицеские соединения.формула изобретенияСпособ обогащения кремнием силикоалюминиевого сплава, включающийактивирование сплава, обработку органическим реагентом при нагреваниис выделением целевого продукта ведут известным методом, о т л ич а ю щ и й с я тем, цто, с цельюповышения безопасности и упрощенияаппаратурного оформления процесса,активированный силикоалюминиевыйсплав обрабатывают этиловым спиртом при температуре кипения спиртаи одновременно или последовательно со стадией алкоголиэа проводятпри 20-80 С гидролиэ реакционной массы иэ расчета 0,5-1,0 г/моль водына 1 г/атом алюминия, после цегоразделяют продукты процесса.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Муроч Н,Н, Кислотный способ получения кремния высокой чистоты и пути его развития. В кн. "Чистые металлы и полупроводники", (Труды920074 81 Межвузовской конференции по чистым металлам, металлическим соединениям и полупроводниковым материалам, 15-18 октября 1957), Н, 19592. Патент США М 3393217,кл, 260-448, 1968.Заказ 2271/2 Тираж57ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Рауаская наб д. М 5 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,Составитель А. АрнольдРедактор Н. Киштулинец Техред А, Бабинец . Корректор В. Б тяга