Способ переработки кремнефторида натрия

СОЮЗ СОВЕТСКИХсОЦиАлистическихРЕСПУБЛИК г 1775363 51)5 С 01 а/00, С 01 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР г ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ 42ехнический институтГречкина и А.А.Яковлетельство ССС В 35/10, 1988 БОТКИ КРЕМНЕФТОит получают имодействии ния и фториют из кремне- лоты путем юминия и соита уступает РЗ гв возгонка АРзг тки МаР и АРз предкачестве более деов шихты для роизводства алюмиПродукты перера ложено использовать шевых компонен электролититческого ической сущором с целью(54) СПОСОБ ПЕРЕРРИДА НАТРИЯ тносится к переработке натрия, а также к электминия и производству нием, Создание изобреуальной проблемой разодной технологии родуктов, В настоящее одукты в большом колия в отвалах, т.к. способы ожны и экологически не Изобретение окремнефтористогорометаллургии алюего сплавов с кремтения связано с актвития беэотхфторсодержащих ивремя подобные прчестве капливаютспереработки их слбезвредны. В настоящее время криол по методу, основанному на вза растворов фтористого алюми стого натрия, которые получа фтористоводородной кис обработки ее гидроокисью ал дой. При этом качество криол лучшим зарубежным образцамНаиболее близким по техн ности является способ, в кот 2(57) Использование: переработка отходов с получением кремнеалюминиевых сплавов, Сущность изобретения: смешивают стехиометрические количества кремнефторида натрия и оксида алюминия, помещают слой реагентов толщиной 50-100 мм на корку работающего алюминиевого электролизера, сверху насыпают слой оксида алюминия толщиной 70-150 мм, взаимодействия осуществляют не менее Зч и продукты взаимодействия погружают в электролит при продолжении электролиза. 1 ил 3 табл. более полного извлечения фтора за счет двукратного связывания его в виде фторидов металлов кремнефтористый натрий подвергают переработке в несколько стадий:стадия нагрева кремнефтористого натрия с получением фторида натрия и тетрафторсилана по реакции:йа 2 ЯР 6=2 чаем+ЯЕ (1) и улавливание последнего;пропускание тетрафторсилана через оксид алюминия, получение фторида металлаЯРг+А 203=А 3+Я 02 (г) разделение продуктов по реакции (2) за счет возгонки с последующей конденсацией фтористого алюминиясырьем 10 15 20 30 35 ки корки и прадлагаемую операцию 50 подшихтооки электролита продуктами реакции (4) можно разделить, В результате появится возможность точнее регулировать состав алюминиево-кремниевого сплава по содержанию кремния и получать сплавы в 55 широком диапазоне содержаний его(ат низко - до оысококремцистых),Процесс переработки кремнефтористого натрия может быть непрерывным, еа одной ванне, на нескольких ваннах или жепериодическим. ния, Авторы предлагают реакци 1 о (1) проводить при температуре не ниже 500 С,Для проведения процессов по рассмотренцнь 1 м стадичм, очеоидно, потребуетсясложное технологическое оборудование, 5Цель изобретения заключается в снижении энергетических затаат, упрощениипроцесса и обеспечении экологической чистоты процесса за счет возможности переработки кремнефтористого натрия в ужеимеащемся и работаощееи устройстве(алеоминиеоом электролизере) с использованием тепла, не предназначенного длядостижения цели, а выделяеащегося в алектрализере частично на потери в окружаощуо г:реду, Обеспечение экологическойчиста 1 ы дастигае 1 ся за счет возможностидвойного связывания фторсодеркащихи раду ктов (хим ичес кае взаимодействие вслое смеси и адсорбцианное - в защитномслав),Стехиометрическую смесь кремнефтористага натрия и оксида алюминия засыпа;ог на корку электролита алюминиевогоэле:трализера слоем толщиной 50-100 мм, 2поверх засыпаат слой из оксида алеоминиятолы, иной 70-150 мм, выдерживают их несколько часов, после чего, разрушая корпус,погрукаот пргэдуктье взаимодействия оэлектролит,В Ос,.аое предлагасмага способа лежитрРак 3 ияЗИаЯ Ев+2 АЬОз=бйаГ+4 АТз+ЗБЮ 2 (4)Указанная реакци 55 происходит о славСМЕСИ ИСХОДНЫХ КОМПОНЕЦтав ПРИ ТЕМПЕРатурах порядка 500 С. При этом с Оксидамалол 5 ицня взаимодействует не продукт термического разложения кремцсфтористогонатрия, как в прототипе, а сам кремнефторид натрия, Продукты этого взаимодейстоия погружают в расплав электролита,причем фтористые соли алюминия и натрияявляются обычными составл 5 пащими криолито-глиноземного расплава, кремний переходит в катодный металл. При таком 4способе переработки исключаются стадииразделения кремнезема и фтористого алюминия путел трудоемких операций возгонки и конденсации последнего, Продуктомпереработки являются алюелиниево-кремниевые сплавы, широко используемые впромышленности. При проведении патснтного поиска не оцяолецо решений, обладающих той же совокупностью признаков,которая отличает предлагаемое нами решеееи 4, Все признаки, присущие ревениа, органична раб 5 отают на достижениецелиизобретения: для переработки кремнефторида натрия используется Отлаконный механизм электролиза алюминия, теел более,что некоторые сибирские аламициеоые заводы испытываеот сейчас трудности с Внедрение решения не повлечет за собой необходимость разработки и создания аппаратов для описанных ранее стадий (реакции 1-3), поддержания в них определенных технологических режимоо (температура, давление), что неизбекно связано с энергозатратами, обеспечение герметичности аппаратов и комлуцикаций. Использование работающих аппаратоо (электролизеров) и утилизация их тепла позволяют говорить о снижении материальных и энергозатрат. Продукты реакции (4) являются твердофазными, загрязнение ими атмосферы цеха, воздуха вблизи завода исключено, Наличие защитного слоя из оксида алюминия надежно герметизирует реакционную зону так, что даже в случае разлокения кремнефторида натрия образуется газообразный тетрафторсилан по реакции (1), то он будет связан о защитном слое с оксидол (реакция (2). Обеспечение экологивеской чистать обусловлено самим способам реализации процесса. Для реализации способа предлагаемиспользовать типовой электролизер для получения алюминия, На корку электролита, имеющуюся у нормально работающего электролизера, засыпают слой стехиометрическай смеси кремнефтористого натрия и оксиДа алюеиини 51. Защитный слОЙ ОксиДа аламиния поверх реакционного слоя необходим для герметизации и утепления реакциоцнаго слоя, Насыпной слой оксида аломиция активно адсорбирует возможные газообразные продукты, поэтому необходимо иметь его толщину около 10 см, При обрушении корки газообразные продукты будут собираться и в систему газосбора,Засыпку слоя реакционной смеси можно организовать по продольным сторонам электролизера, где периодически производится технологическая операция пробивки корки, а также по поперечным сторонам электрализера. В псследнем случае техцологически необходимую операциа пробив 1775363510 50 При реализации способа возникает необходимость подготовки стехиометрической смеси кремнефторида натрия и оксида алюминия. Ее можно изготовить с помощью уже известных способов смешения порошкообразных материалов, Смесь может быть использована при внедрении на заводах систем автоматического питания электролизеров глиноземом (АПГ).На чертеже изображен схематичный разрез алюминиевого электролизера,Электролизер состоит из анода 1. погруженного в расплавленный электролит 5, и катодного кокуха, футерованного подовыми 3 и боковыми 4 углеграфитовыми блоками. Катодный продукт - сплав алюминия и кремния - расположен на падине 2 под слоем электролита. Гарниссаж 6, дополнительно изолирующий боковую футеровку. и корочка застывшего электролита 7 над рабочим пространством технологически необходимы. Дополнительный слой смеси кремнефторида натрия с оксидом алюминия 8 предлокена размещать на сформировавшейся застывшей корочке, насыпая поверх слой оксида алюминия 9 для герметизации и утепления.П р и м е р. В электролизере С 8-БМ с шириной анода 2800 мм и верхним такоподводом при очередной засыпке глинозема на корку электролита вместо глинозема засыпают стехиометрическую смесь кремнефтористого натрия с глиноземом в количестве 10 кг слоем толщиной 50 мм по продольным сторонам ванны,Массовое соотношение компонентов в смеси, кг 1 ча 2 БР 67,3; А 120 з 2,7, Поверх реакционного засыпается защитный слой глинозема толщиной 100 мм, после чего эта ванна продолжает работать в обычном технологическом режиме при 950-960 С и при очередной пробивке корки через 6 ч в расплав погружается З,З кг Май,4,4 кг А 1 Ез и 2,3 кг 3102 и продуктом электролиза является низкакремнистый сплав алюминия,Примеры при других величинах толщины слоя реакционной смеси (Ь 1) при той же толщине защитного слоя (Ь 2), равной 0,1 м, и времени, равном 3 ч, представлены в табл.1. В табл. 2 показано количество реакционной смеси (п), обеспечивающее на площади 2,5 м необходимую толщину слоя. Площадь 2,5 м взята иэ соображений. что смесь будет засыпаться на корку электролита между анодом и боковой стенкой (это расстояние около 0,5 м) на протяжении 5 м с одной стороны обычного электролизера с верхним такоподвадом типа С 8-ГУ,Целесообразный диапазон толщины слоя реакционной смеси находится в преде 15 20 25 30 35 40 45 лах 0,05-0,1 м. Нижний предел определяется тем, что надо использовать нерационально малые количества реакционной смеси, а верхний - тем, чго ванна будет пересыщена кремнием (Я 150).Т.к, в формуле изобретения предполагается изменение толщины защитного слоя (Ь 2) глинозема ат 0,07 м до 0,15 м, покажем целесообразность выбора этого диапазона для времени 3 ч на той же площади 2,5 м через расчет количества оксида алюминия в защитном слое (а 2), обеспечивающего засыпку слоя необходимой толщины (табл.2),Для того, чтобы связать весь фтор, внесенный в слой реакционной смеси толщиной 0.07 м, необходимо 424 кг А 120 з, а минимальная толщина реакционного сгоя 0,05 м требует засыпки на рассматриваемую площадь 320 кг А 120 з. Это свидетельствует о целесообразном диапазоне, составляющем 350-750 кг А 120 з, по толщине слоя соответственно 0,07-0,15 м. Максимальная величина защитнога слоя 0,15 м при средней величине реакционного слоя 0,07 м обеспечивает избыток А 120 з и является свидетельством возможности полного связывания фтора, что гарантирует экологическую чистоту процесса, указанную в цели изобретения,Достижение цели изобретения по сникению материальных затрат показывает такой небольшой расчет. Для получения 1 т алюминия требуется около 72 кг криалита и фторсолей. Использование кремнефторида натрия, дающего эти компоненты электролита, позволит дополнительно получить некоторое количество алюминия табл,З),Возможность получения дополнительного металла за счет использования кремнефторида натрия при различной тОлщине слоя реакционной смеси показана в табл.,1,Достижение цели изобретения по снижению энергетических затрат поясняет пример. Для производства 1 т силумина расходуется около 140 кВт ч силовой электроэнергии, а 1 т алюминия - более 110 кВт ч, т.е. получение 1 т силумина в алюминиевом электролизере позволит сэ кономить 140 кВт ч электроэнергии. Таким образом, способ позволяет на имеющемся технологическом оборудовании переработать продукт (кремнефтористый натрий), который в настоящее время чаще идет в отвалы, получать нужные в народном хозяйстве сплавы. Процесс переработки отличается экологической чистотой, является энерго- и ресурсосберегающим.1775363 ТаблицаТаблица 2 аблица 3 Формула изобретения Способ переработки кремнефторида натрия, включающий взаимодействие кремнеФторспдержащего вещества с оксидом 5 алюмини при нагревании, о тл и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, упрощения процесса и улучшения его экологичности, на взаимодействие подают смесь стехиометрических количеств крем нефторида натрия и оксида алюминия, взаимодействие осуществляют в течение не менее трех часов в слое реагентов толщиной 50-100 мм, имеющем покрытие из слоя оксида алюминия толщиной 70-150 мм, причем процесс ведут на корке электролита работающего алюминиевого электролизера и продукты взаимодействия погружают в электролит при продолжении электролиза.1775363 Составитель Т.ШестаковаТехред М,Моргентал Корректор П.Гереши едактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 4016 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5