Способ получения хлористого алюминия и двуокиси кремния

,ЯО 25 4 С 01 Г ИСА и Меа испольния, обед ХЛОРИСи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯТОГО АЛЮМИНИЯ И ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ,включающий хлорирование алюминийсдержащего сырья и отделение хлоритого алюминия, о т л и ч а ю щ ис я тем, что, с целью повышенияэкономичности способа, в качестве алюминийсодержащего сырья используют технически чистый глинозем, хлорирование осуществляют при 800-1200 Сс использованием в качестве хлорирую.щего агента четыреххлористого кремния, причем образующуюся двуокиськремния непрерывно удаляют.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, в качестве алюминийсодержащего материал зуют концентрат окиси алюмиЮненный железом, или окись алюминия,полученную по щелочной или кислотнойметодике.3. Способ по пп.1 и 2, в т л и -ч а ю щ и й с я тем, что четырех-хлористый кремний вводят с помощьюгаза-носителя, например азота и/нлимоноокиси углерода,4, Способ по пп. 1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что хлористый алюминий отделяют путем конденсации.11 зобретение относится к способу получения треххлористого алюминия и двуокиси кремния путем хлорирования,окиси алюминия при использовании в качестве хлорирующего агента четыреххлористого кремния.Изобретение основано на реакции взаимодействия четыреххлористого кре,нчя с реакционноспособными концентпатами, обогащенными окисью алю млнпя, которые освобождены от железа и воды. с хорошим выходом при темпеоратуре выше 400 С; предпочтительноомежду 890 и 1200 С, Остаток, состоящий из непрореагировавшей твердой 15 окиси алюминия и осажденной двуокиси кремния, может быть отделен от кремния известным способом при растворении окиси алюминия и удалении двуокиси кремния фильтрованием. Растворенная окись алюминия может быть снова превращена в окись алюминия и рециклизована в первую стадию реакции, тогда как непрореагировавший четыреххлористый кремний также рецик лизуют и выделяют целевой треххлорисгый алюминий, в некоторых случаях после очистки.Хотя реакция окиси алюминия и 120, соответственно с четыреххлористым кремнием по следующим уравнениям.А 10, + ЗБС 1= чА 1 С 1, + ЗБО иГе, О + ЗБ 1 С 1 = АРе 01 э + ЗБ 10рзвестна, однако неизвестен способ, утилизации четыреххлористого кремния без какого-либо вспомогательного хпорирующего или восстанавливающего40 агента для полного превращения окиси алюминия в безводный треххлористый алюминий по экономичному пути. Несмотря ча то, что хлорирование окисиД 45 железа начинается при более низкои температуре, чем у окиси алюминия, селективное хлорирование окиси алюминия не может быть достигнуто при работе при подходящей селективной температуре, так как в температурном интервале, благоприятном для хлорирования окиси алюминия, исходный материал еще содержит значительное копичество окиси железа. Следовательно, основной материал должен быть осво божден от железа. В противном случае трех лористый алюминий может быть загрязнен хлоридом железа. Эксперименты показали, что обогащенные окисью алюминия концентраты окиси алюминия, которые содержат незначительное количество окиси железа, могут быть экономично переработаны по предлагаемому способу. Окисьалюминия, полученная по процессу Байера или после удаления железа кислотной обработкой, отвечает этим требованиям Четыреххлористый кремний может быть использован цля хлорирования окиси алюминия или с носителем, например азотом или моноокысью углерода,в нагретом вертикальном или горизонтальном трубчатом реакторе,. циклоне или проточном реакторе, При подходящей конструкции реактора может бьггь устранено или по крайней мере значительно снижено вредное воздействие двуокиси кремния, образующейся во время хлорирования и осаждения на поверхности частиц окиси алюминия.Реакция начинается примерно при оч 00 С, но конверсия возрастает при повышении температуры, следовательно, предпочтительно проводить реакцию при температуре от 800 до 1200 С.Эффективность хлорирования зависит от качества исходного материала и условий реакции, поэтому желательно рециклизовать непрореагировавшие компоненты до тех пор, ггока все количество окиси алюминия не превратится в треххлористый алюминий, Так как в результате этой реакции четыреххлористый кремний превращается в двуокись кремния, последнее соединение следует отделять от непрореагировавшей окиси алюминия, так как оно является нежелательным побочным продуктом, который может осаждаться на поверхности частиц окиси алюминия, в результате чего ингибируется хлорирование непрореагировавшей окиси алюминия. Двуокись кремния отделяют известным способом, Окись алюминия, полученную при термическом разложении, рециклизуют на стадию хлорирования, Таким образом, окись алюминия возвращают в цикл до тех пор, пока все ее количество не будет превращено в треххлористый алюминий.11 олученный треххлорыстый алюминий отделяют от паровой смеси, состояшей из треххлористого алюминия и непрореагировавшего четыреххлористого кремния путем конденсации, и рецыклизуют пары четыреххлористого кремния1225477 того кремния не превратится в двуокись кремния,Треххлористый алюминий, выделенный конденсацией, при необходимостиможет быть подвергнут дальнейшейочистке известным способом.15Продуктом реакции является чистаябезводная окись алюминия, котораяможет быть превращена вметаллический алюминий известным способом, авыделившийся хлор может быть использован для хлорирования алюминийи силикатсодержащих минеральных материалов по предлагаемому способу. ВВ результате также получают четыреххлористый кремний,Четыреххларистый кремний, полученный в качестве побочного продуктапри хлорировании алюминий- и кремнийсодержащих минералов или любымдругим путем, может быть использован. для превращения окиси алюминия, содержащейся в ее концентрате, в треххларистый алюминий без применениякакого-либо другого хлорирующегоагента. В соответствии с этим способам четыреххлористый кремний взаимодействует с концентратом окиси алюминия, обедненным по железу, при температуре выше 400 С, предпочтительномежду 800 и 1200 С, отделяют непрореагировавший четыреххлористый кремний от треххлористого алюминия, образовавшегося при реакции, и рециклизуют его на стадию хлорирования, изтвердого остатка, имеющего пониженноесодержание окиси алюминия и обогащенного двуокисью кремния, вь 1 деляют последнее соединение, оставшуюся окисьалюминия рециклизуют на стадию хлорирования, а полученный треххлористыйалюминий непрерывно удаляют и при желании подвергают дополнительной 25 очистке В качестве концентрата окиси алюминия применяют окись алюминия, полу ченную по щелочной или кислотной методике, или четыреххлористый кремний вводят на стадию хлорирования с гав реактор хлорирования, его вводят в" реакцию са свежей окисью алюминия.Согласно изобретению четыреххлористый кремний - хлорирующий агент, и непрореа.гировавшую окись алюминия выдерживают в цикле до тех пор,пока все количество окиси алюминия не превратится в треххлористый алюминий и все количества четыреххлорисзом-носителем, например азотом ипнмоноокисью углерода.Изобретение иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 1, Газовую смесь, содержащую 81 С 1 выводимую из конденсаторов, конденсируют при 0-5 С, Полученный жидкий продукзатем подвергают разложению.Разложение четыреххларистого кремния осуществляют в реакторе с движущимся слоем, используя окись алюминия, содержащую 99,557, А 1, О полученную по способу Байера, в качествереагента. Окись алюминия вводят вверхнюю часть реактора (подача0,985 кг/ч), а жидкое состояние обеспечивается 2,46 кг/ч 81 С 1, подаваемого в реактор с помощью азота в качестве газа-носителя. Температураажиженного (движущегося) слоя равна,800 С.В результате реакции между четырех.хлористым кремнием и окисью алюминияоколо 457. исходного количества четыреххлористаго кремния превращаетсяв двуокись кремния.Образовавшийся треххларистый алюминий и непрареагировавший четыреххлористый кремний удаляют из системыс помощью потока газа, тогда кактвердую двуокись кремния и непрореагировавшую окись алюминия выгружаютчерез перелив. Таким образом разлагают 1, 11 кг/ч четыреххлористогакремния и образуется 1,16 кг/ч треххлористого алюминия. Конденсируют1, 16 кг/ч треххлористого алюминия и1,35 кг/ч четыреххлористого кремния идобавляют к хлоридам, полученным настадии хлорирования, после чего этикомпоненты далее обрабатывают вместе.Смесь окись алюминия - двуокись кремния, удаленную через перелив(0,93 кг/ч), обрабатывают серной кислотой в реакторе, снабженном мешалкой, получая сульфат алюминия. Приразложении полученного сульфата алюминия получают 0,5 кг/ч окиси алюминия, которую затем рециклизуют настадию хлорирования. Пары 80 выделившиеся при разложении, добавляютв реактор, оборудованный мешалкай,ииспользуют для приготовления сульфата алюминия,П р и м е р 2. Непрерывное разложение четыреххлористого кремния.При проведении хлорирования низкосортного боксита по методике при 1225477мера 1 получают 2,46 кг/ч четыреххлористого кремния. Продукт конденируют и хранят в вице жидкости.Из охлажчаемого танка, используе 5мого для хранения четыреххлористого 40 кремния, его подают н испаритель чри 60 С, в котором он испаряется со скбростью 1,8 кг/ч, после чего го вводят н систему р состоящую из двух реакторов, соединенных н батарею. В реакторы подают концентрат окиси алюминия, приготовленный гидометаллургической обработкой высококачественных бокситов (содержание Л 1.,0 прегышает 98%), а пары четырех- хлористого кремния пропускают через "лои этого материала. Первый реактор содержит 4 кг Л 1, О и имеетокем ературу 900 С. Из второго реакгора выгружают 1,8 кг/ч четыреххло - истого кремния, полученного при испарении и 0,.6 кг/ч непрореагиронавшсй двуокиси кремния, а именно всего 2,4 кг/ч четыреххлористого кремния пропускают через загрузку А 1, О, н первом реакторе, На этой с.тадии 50% четьтреххлористого кремния превращается в двуокись кремния и образуется 1,25 кг треххлористого алюминия., Жторидныс пары, выводимые из первого реактора, пропускают через конденсатор в котором треххлористый алюминий конденсируется при темпера"уре около 180 С. Непрореагиро 35 павший четыреххлористый кремний(,1, кг/ч) затем вводят но второй реактор, который содержит 1,5 кг концентрата окиси алюминия и имеет температуру 900 С, Около 50% четырех- хлористого кремния, пропущенного через этот слой, превращается н двуокись кремния и 0,6 кг/ч четыреххлористого кремния и 0,63 кг/ч треххлористого алюминия выгружаютиз реак 45 тора, Треххлористый алюминий, полученный на этой стадии, объединяют с треххлористым алюминием, полученным на предыдущей стадии Непрореагиронавший четыреххлористый кремний ре 50 циклизуют н первый реактор. Хаким обт азам четыреххлористый кремний находится в замкнутом цикле.Для пополнения израсходованного концентрата окиси алюминия дополнительно добавляют в первый и во второй реакторы 1 кг/ч и. 0,5 кг/ч окиси алюминия соответственно. Двуокись кремния удаляют из нижней части реактора, Выход двуокиси кремния 0,5 кг/ч и 0,25 кг/ч соответственно.П р и м е р 3. Реакция четьтреххлористого кремния с окисью алюминия внепрерывном протиноточном реактореЧетыреххлористый кремний, образовавшийся в результате хлорирования бокситов, вводят в тарегьчатыйреактор и через жидкость пробулькивают азот, Поток азота отрегулирован таким образом, чтобы испарялось3 кг/ч четыреххлористого кремния,Поток четыреххлористый кремнийазот вводят в первый реактор системы из пяти реакторов, Температуоа вреакторах соответственно ранна 1000,1050, 1100, 1150 и 1200 С, Концентрат окиси алюминия подают во 2-й по5-й реакторы раздельно. Конце; тратокиси алюминия содержит 99,0% А 1, О,и подается противотоком по отношениюк смеси азот - четыреххлористый Кремний. В результате смесь азот - четыреххлористый кремний обогащаетсятреххлористым алюминием, а содержание н ней четыреххлористого кремниянепрерывно сттижается. Твердую фазу(А 10, /810,) отделяют от газовой фазы (,Б, /Б.С 1 г, /А 1 С 1 ) в нагретых циклонах, вмонтированных между реакторами системы. Конвер ия четыреххло-ристого кремния н последовательныхреакторах следующая, %;1-Й 402-Й 433-й 484-й 525-й 55Концентрат окиси алюминия добанлятот во 2-5-й реакторы четырьмя равными порциями. При такой компановкенсе колич:ество Л 12 О превращается нтреххлористый алюминий, тогда какконверсия четыреххлористого кремниясоставляет 96,3%.В этой системе образуется3,15 кг/ч треххлористого алюминия иО 95 кг/ч двуокиси кремния. Треххлористый алюминий может быть отделенот системы т 1, /ЬтС 1 отдельно и можетбыть далее переработан известнымвсобще способом.По данному способу около 96% хло-,ра, использованного для получениячетыреххлористого кремния, можетбыть рекуперировано,Двуокись кремния высокой степеничистоты, полученная при разложении1225477 мощью четыреххлористого кремния, который использовался как источник потерь хлора при известной технологии,1 О Составитель О, ГолыжниковРедактор М. Недолуженко Техред О.Сопко Корректор М. Шароши Заказ 1971/62 Тираж 450 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5.использована для многочисленных практических целей,Таким образом, производство треххлористого алюминия путем хлорирования алюминийсиликатсодержащих минеральных материалов более экономично,так как побочный продукт - четыреххлористый кремний, и высокочистаядвуокись кремния, получаемая приэтом, могут быть выгодно использованы,Экономично получают чистый безводный треххлористый алюминий с поПолученный треххлористый алюминий может быть разложен до алюминия и хлора, последний может быть рециклизован на стадию хлорирования,т,е. хлор вьщеляют в количестве, соответствующем количеству хлора, содержащемуся в четыреххлористом кремнии. Таким образом снижаются потери хлора яо время хлорирования минералов.