CS223494B1 - Způsob čištění kovalentníeh anorganických halogenidů pro optická vlakna - Google Patents

Abstract

Vynález se týká oboru výroby optických vláken a řaší problém čištění kovalentních anorganických halogenidů, které jsou výchozími aurovinami při přípravě preformy pro výrobu optických vláken. Podstata vynálezu spočívá v tom, Se se kovalentní anorganický halogenid podrobí řadě po sobě jdoucích vakuových destilací za teplot maximálně do 25°C a za přítomnosti látek, vázajících halogenidy přechodových kovů a těžkých kovů jednak chemicky, například za přítomnosti halogenidů alkalických kovů, jednak fyzikálně, tj. za přítomnosti adaorbentů a vysokým aktivním povrchem, například aktivní- ' ho uhlí, polydifenyloaldu, či cilikagelu, a to v aparatuře pod jedním uzavřením.

Description

Vynález se týká způsobu čištění kovalentních anorganických halogenidů pro optická vlákna·

Některé těkavé anorganické halogenidy jsou výchozími surovinami při CVD (Chemical Vapor Deposition) metodě přípravy preformy, z níž se vyrábí vysoce kvalitní optická vlákna· Hlavními halogenidy jsou chlorid křemičitý SiCl^, který je během procesu převáděn na kysličník křemičitý, jenž je základním materiálem optických vláken, halogenidy borité (BClj, BBr^) převáděné na kysličník boritý BgO^ s nízkým indexem lomu a halogenidy prvků IV· a V. skupiny jako jsou halogenidy germania, fosforu, případně dalších prvků, které po převedení na kysličníky vytvářejí vretvy β vysokým indexem lomu· Nutnou podmínkou pro získání preforn^ pro výrobu optických vláken s co nejmenšími ztrátami zavedeného paprsku je mimořádně vysoká čistota jednotlivých výchozích halogenidů, nebol je třeba co nejvíce potlačit přítomnost všech světlo absorbujících nečistot· Nežádoucí je v prvé řadě přítomnost sloučenin obsahujících kobalt, chrom a měň, jejichž přítomnost v libovolném oxidačním stavu způsobuje již při koncentracích blízkých 1 ppb optický útlum řádu 10 db/km· Dalšími prvky vyvolávajícími zvýšené pohlcování světla jsou například nikl, Železo, mangan a vanad, jejichž účinek je však o něco nižší· V úvahu přicházejí zejména sloučeniny železa, které představují hlavní podíl znečištění, k němuž dochází při všech druzích manipulaci· Z uvedeného vyplývá, že požadovaná čistota je tak extrémní, že dělicí metody musí být vysoce účinné, a navíc je třeba se vyhnout jakémukoliv styku s atmosférou, běžnou v laboratořích nebo provozech· Podobně dochází ke kontaminaci při každém styku s povrchem aparatury nebo nádoby·

K dosažení požadovaných čistot je proto nutno pracovat ve speciálních čistých laboratořích s předkomorou a v bezprašných

- 2 223 494 skříních. Pracovníci musí mít speciální bezprašné oděvy. Všechny stěny nádob či aparatury, s nimiž se dostane zpracovávaná látka do styku musí být speciálním způsobemočištěny. Samotná halogenidy se obvykle čistí destilací přes kolonu; jako náplně byla použita prizmata z nerezového drátku a drcený křemen.

Při tomto způsobu však dochází k částečnému znečištění destilujícího ko-produktu kovy obsaženými v náplni kolony. Při mnohokrát opakované destilaci bez účinných kolon zase.dochází ke kontaminaci během mezioperačních manipulací.

Nevýhody dosud užívaných postupů lze překonat způsobem čištění kovalentních anorganických halogenidů pro optická vlákna podle tohoto vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se příslušný halogenid podrobí řadě po sobě jdoucích vakuových destilací za teplot nižších než je teplota okolí, a to v aparatuře pod jedním uzavřením a za přítomnosti látek, vázajících nežádoucí halogenidy přechodových kovů a těžkých kovů jednak chemics ky, například za přítomnosti halogenidů alkalických kovů, jednak fyzikálně, tj. za přítomnosti adsorbentů s vysokým aktivním povrchem, například aktivního uhlí, polydifenylenoxidu nebo silikagelu. Způsob podle vynálezu je možné s výhodou provést tak, že se kapalný čištěný halogenid uvede dó intenzivního styku s čisticí látkou a po optimální reakční době (až 12 h) se od této látky oddeetiluje. V případě halogenidů v plynné formě se čištěný halogenid vede kolonami obsahujícími čisticí látky.

Použití nízké teploty při destilaci (pod 2Í°G) velmi snižuje těkavost kontaminujících halogenidů přechodových a těžkých kovů a velmi zvyšuje účinnost jejich vazby na aktivních látkách. Transport kovalentního anorganického halogenidů z jedné části aparatury do druhé v plynné formě prakticky vylučuje jeho kontaminaci nečistotami ze stěn aparatury, protože k tomu dochází prakticky výhradně vyluhováním kapalnou fází. Opakovaná destilace pod jedním uzavřením zaručuje, že se do produktu nedostanou žádné nečistoty z okolního prostoru od suroviny až po konečný produkt. Účinné látky pro chemické vázání přechodových a těžkých prvků jsou například chloridy alkalických kovů, jemně rozptýlené na inertních nosičích, kde se chloridy přechodových a těžkých kovů váží ve formě chlorometalátových komplexů typu Α·Μ01_χ až Δ_η·Μ(51_χ+η. Jako efektivní fyzikální adsorbenty slouží látky β extrémním povrchem, jako je aktivní uhlí, polydifenylenoxid, suchý silikagel, suchý kysličník hlinitý, apod.

223 <94

Aktivní látky ee vkládají přímo do nádob, ze kterých se kovalentní chlorid oddestilovává do další nádoby β jiným předloženým aktivním materiálem, případná se aplikují ve formě absorpčních kolon, jimiž prostupují páry destilovaných anorganických kovalentních halogenidú.

Čištění látek o bodu varu blízkém nebo nižěím než je teplota okolí (například BCl^, b.v. 12,5 °C) se provádí s výhodou v aparatuře, v níž se plynný halogenid přiváděný postranním tubus em pod úrovní chladicí zóny kondenzuje pomocí vhodného chladiče a Trakčního nástavce do chlazené nádoby, v níž je předložen materiál, vázající halogenidy zmíněných kovů chemickou vazbou· Po době potřebné ke zreagovéní (až 12 h) se chladicí lázeň přemístí pod druhou nádobu, v níž je adsorpční materiál, například čisté aktivní uhlí, do níž se z první nádoby za stálého míchání předestiluje čištěný halogenid, a to přes týž chladič· Za podmínek obdobných jako v předchozí operaci se čištěný halpgenid předestiluje přes týž chladič do třetí nádoby, vhodné k přechovávání produktu, tj· opatřené ventilem nebo uzpůsobené k zatavení· Za použití vícevývodového frakčního nástavce je možno některé operace pod stejným uzavřením opakovat· Uzávěr proti vnější atmosféře a současně pojistku proti přetlaku v aparatuře tvoří polyetylénový polštář, nasazený na horní část chladiče.

čištění halogenidú s bodem varu vyšším než je teplota okolí se provádí s výhodou ve vakuové lince s postranními větvemi, opatřenými dobře těsnícími, nekontaminujícími (například teflonovými) ventily a směrem dolů směřujícími vývody, uzpůsobenými k těsnému připojení (například prostřednictvím zábrusu s teflonovou manžetou) destilačních nádob, obsahujících předem předložené čisticí materiály, schopné vázat halogenidy výše uvedených nežádoucích kovů chemicky nebo fyzikálně. Pracovní postup je obdobný jako v předchozím případě s tou změnou, že se kapalný produkt vložený do první ze série destilačních nádob ochladí na nízkou teplotu (COg nebo Ng /1/ lázeň), aparatura se evakuuje, ventily všech nádob kromě druhé s předloženým čisticím materiálem se uzavřou, druhá nádoba se ochladí lázní na nízkou , teplotu (cca. -78 °C) a první nádoba, v níž je kapalný čištěný halogenid, se nechá nepatrně oteplit, při čemž čištěný halogenid destiluje do ochlazované nádoby· Obdobným způsobem se pak

223 494 provádí destilace produktu z jedné čisticí látky na druhou a nakonec do uzavíratelné ampule pro konečný produkt. Při vSech těchto krocích je.žádoucí udržovat rychlost destilace na nízkém stupni, aby se zabránilo úletu pevných částic s adsorbovanými nečistotami do nádoby s přečištěným produktem· Toho je možno docílit opatrným oteplováním nádoby s destilovaným halogenidem, nebo lépe předřazením členu s řídkou fritou a křemennou vatou k zachycení strhávaného sorbentů.

Styk destilovaného halogenidu s čisticími látkami je možno intenzifikovat prováděním par kovalentního anorganického halogenidu přes adsorpční kolony, naplněné látkami vázajícími halogenidy nežádoucích kovů jednak chemickými, jednak fyzikálními silami.

Způsob podle vynálezu je dále ilustrován příklady jeho provedení.

Příklad 1

K vakuové lince s pěti tubusy bylo připojeno pět 100 ml r

nádob, z nichž druhé, třetí a páté byl předřazen člen s řídkou fritou a křemennou vatou k zachycení strhávaného sorbentů.

První nádoba obsahovala 50 g surového SiCl^ (nasyceného mícháním s halogenidy manganu, niklu, chrómu, kobaltu, železa a mědi po dobu 24 hodin), v druhé a třetí bylo předloženo po 1 g substituovaného polydifenylenoxidu, čtvrtá a pátá nádoba byla prázdná. Poslední nádoba hýla opatřena teflonovým uzávěrem a po odpojení sloužila jako zásobník přečištěného produktu. Nádoba s SiCl^ byla ochlazena lázní etanol-suchý led, linka byla evakuována pomocí olejové, vývě vy, uzavřena a chladicí lázeň přemístěna pod nádobu č. 2 a SiCl^ byl pomalým oteplováním předestilován na substituovaný pólydifenylenoxid v nádobě č. 2.

Po této operaci byla chladicí lázeň převedena pod nádobu č. 3, SiCl^ obdobně předestilován do nádoby č. 3 a pak do nádoby č.4 a 5, které sloužila současně jako zásobník konečného produktu. Obsah nečistot (v ppb) v jedenkrát přečištěném SiCl^ : ·

Mn < 2, Ni < 10, Cr < 5, Cp < 5, Fe < 20, Cu < 20. Opakováním operace nebo zařazením dalšího adsorbentu je možno horní mez těchto nečistot dále snížit.

- 5 223 494

Příklad 2

Surový chlorid boritý (50 g) byl z tlakové nádoby nekondenzován na 10 g jemně rozetřeného suchého KC1 ve 100 ml nádobě se zábrusem, které pak byla připojena k vakuové lince jako v příkladu 1, avšak s tím rozdílem, že v nádobách č· 2 a 3 bylo vždy umístěno magnetické míchadlo a 2 g přečištěného aktivního uhlí· Celá čisticí operace byla pak provedena obdobně jako v příkladu 1, destilace z aktivního uhlí byla prováděna za míchání magnetickým míchadlem· Obsah nečistot v konečném produktu v ppb í Mn < 1, Ni < 5, Cr < 5, Co < 3, Fe < 25, Cu < 25.

Claims (3)

1· Způsob čištění kovalentnich anorganických halogenidů pro optická vlákna, vyznačený tím, že se příslušný halogenid podrobí řadě po sobě jdoucích vakuových destilací za teplot maximálně do 25 °C a za přítomnosti látek, vázajících halogenidy přechodových kovů a těžkých kovů jednak chemicky, například za přítomnosti halogenidů alkalických kovů, jednak fyzikálně, tj· za přítomnosti adsorbentů s vysokým aktivním povrchem, například aktivního uhlí, polydifenylenoxidu a silikagélu, a to v aparatuře pod jedním uzavřením·

2· Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se kapalný čištěný halogenid uvede do intensivního styku s čisticí látkou a po reakční době až 12 hodin se od této látky oddestiluje.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se čištěný halogenid v plynné formě provádí kolonami obsahujícími čisticí látky