CS231473B1

CS231473B1 - Processing of diborane

Info

Publication number: CS231473B1
Application number: CS831394A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Smrcek; Vera Maczurkova
Original assignee: Jaromir Smrcek; Vera Maczurkova
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-11-19
Also published as: CS139483A1

Abstract

Diboran se sníženou koncentrací závadných příměsí se připravuje redukcí chloridu boritého tetrahydridohlinitanem lithným v aromatickém uhlovodíku při 50 °C. Směs plynů, obsahující diboran, vodík, chlorid boritý a aromatický uhlovodík, je vedena systémem rafinačních chladičů, ve kterých se odstraní chlorid boritý a uhlovodík, do tlakové vymrazovací nádoby, kde kondenzuje diboran. Diboran takto připravený neobsahuje žádné halogenborany. Výtěžky reakce jsou vysoké a pohybují se v rozmezí 85 až 95 % teorie. Čerstvě připravený plynný hydrid neobsahuje ani žádné vyšší borany. Způsob přípravy podle vynálezu umožňuje vyrobit koncentrovaný diboran stlačený na 0,3 MPa.Diborane with reduced concentration of harmful the admixture is prepared by reducing the chloride boron with lithium aluminum hydride in an aromatic hydrocarbon at 50 ° C. Mixture gases containing diborane, hydrogen, chloride boric and aromatic hydrocarbon is conducted system of refinery coolers in which the boron trichloride and the hydrocarbon are removed pressure freezing vessel where it condenses diboran. Diboran does not contain this prepared no haloboranes. Reaction yields they are high and range from 85 to 95% of theory. Freshly prepared gaseous the hydride does not contain any higher boranes. The process according to the invention makes it possible to produce concentrated diborane compressed on 0.3 MPa.

Description

Diboran O vysoké čistotě se používá na legování křemíkových vrstev v elektrotechnickém průmyslu. Z toho důvodu je nutné,' aby výrobek obsahoval minimální množství nečistot, jako jsou uhlovodíky, kyslík, voda a kysličník uhličitý. Je popsáno mnoho způsobů přípravy diborabu, na všechny se však hodí pro provozní účely.High purity Diboran is used for alloying silicon layers in the electrical industry. For this reason, the product must contain a minimum amount of impurities such as hydrocarbons, oxygen, water and carbon dioxide. Many methods of preparing diborab are described, but all are suitable for operational purposes.

Dosud známým způsobem se koncentrovaný diboran připravuje zaváděním par chloridu boritého do suspenze hexahydrohlinitanu trojsodného v toluenu. Výrobní postup však má dva základní nedostatky. Manipulace se suspenzí hexahydrohlinitanu trojsodného je velmi obtížná, dochází k usazování a tvrdnutí suspenze na dně přepravního zásobníku, popřípadě k jejímu samovznícení na vzduchu. Obsah nečistot, zejidéna uhlovodíků v koncentrovaném diboranu se pohybuje v rozmezí 0,1 až 1 % objemu, což představuje vysoce překračující hodnotu současného požadavku na kvalitu diboranu.Hitherto known, concentrated diborane is prepared by introducing boron trichloride vapors into a suspension of trisodium aluminum hydride in toluene. However, the manufacturing process has two basic drawbacks. Handling the trisodium hexahydroaluminate suspension is very difficult, the suspension settles and hardens at the bottom of the transport container, or its self-ignition in air. The content of impurities, in particular hydrocarbons, in the concentrated diborane is in the range of 0.1 to 1% by volume, which is highly in excess of the current diborane quality requirement.

K odstranění zmíněných nedostatků směřuje způsob přípravy diboranu z chloridu boritého podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se plynný chlorid boritý zavádí pod hladinu suspenze tetrahydrohlinitanu lithného v aromatickém uhlovodíku, například v-toluenu, ohřáté na teplotu v rozmezí 20 °C až teplota varu použitého aromatického uhlovodíku, s výhodou na teplotu 50 °C.In order to overcome these drawbacks, the present invention provides a process for preparing diborane from boron trichloride by introducing boron trichloride gas below the level of a suspension of lithium aluminum hydride in an aromatic hydrocarbon such as v-toluene heated to between 20 ° C and temperature. boiling of the aromatic hydrocarbon used, preferably to 50 ° C.

Hlavní reakce probíhá podle rovnice:The main reaction proceeds according to the equation:

LiAlH^ + 4 BC1₃ = 2 BjHg + 3 LÍCI + 3 AlCljLiAlH 4 + 4 BC 13 ₃ = 2 BjHg + 3 LiCl + 3 AlCl 3

Vzniká směs diboranu a vodíku, která se spolu s nezreagovaným chloridem boritým odvádí do systému rafinačních chladičů, Diboran se pak zachycuje ve vymrazovací tlakové nádobě, která je chlazena kapalným dúsíkem. Převážná část nezreagovaného chloridu boritého se po zkondenzování ve zpětném chladiči vrací zpět do reaktoru, zbytek chloridu boritého zkondenzuje v dalSím rafinačním chladiči.A mixture of diborane and hydrogen is formed, which, together with unreacted boron trichloride, is discharged into the refinery chillers system, and Diboran is then collected in a freeze-pressure vessel which is cooled by a liquid jet. Most of the unreacted boron trichloride is returned to the reactor after condensation in the reflux condenser, and the remainder of the boron trichloride is condensed in another refinery condenser.

Vlastní reakce probíhá, jak již bylo uvedeno, v rozmezí teplot od 20 °C do bodu varu použitého rozpouštědla. Při teplotách pod 50 °C je průběh reakce velmi pomalý. Teprve po dosažení reakční teploty 50 °C dochází vlivem reakčního tepla k prudké reakci, jejíž rychlost je dána množstvím chloridu boritého v reaktoru. V případě provádění reakce při teplotě nad 65 °C se nekontrolovatelně zvySuje obsah uhlovodíku v konečném produktu.As already mentioned, the reaction proceeds in the temperature range from 20 ° C to the boiling point of the solvent used. At temperatures below 50 ° C the reaction progress is very slow. Only after the reaction temperature of 50 ° C has been reached is the reaction heat produced a rapid reaction, the rate of which is given by the amount of boron trichloride in the reactor. If the reaction is carried out at a temperature above 65 ° C, the hydrocarbon content of the end product is uncontrolled.

Diboran připravený způsobem podle vynálezu neobsahuje žádné halogenborany. Výtěžky reakce jsou vysoké a pohybují se v rozmezí 85 až 95 % teorie. Plyn neobsahuje ani žádné vyšší borany. Výhodou způsobu přípravy podle vynálezu je skutečnost, že jím je možno připravit koncentrovaný diboran stlačený na 0,3 MPa.The diborane prepared by the process of the invention does not contain any haloboranes. Reaction yields are high and range from 85 to 95% of theory. The gas also contains no higher boranes. An advantage of the process according to the invention is that it can prepare concentrated diborane pressurized to 0.3 MPa.

PříkladExample

Po vychlazení rafinačních chladičů směsí suchý led-líh, se do inertizovaného reaktoru předloží 102 g tetrahydrldohlinitanu lithného a 1 200 ml toluenu. Směs se minimálně 30 minut míchá za stálého profoukávání celé aparatury vodíkem. Reaktor se vytemperuje na 50 Ca tlaková vymrazovací nádoba se vychladí kapalným dusíkem. Pak se po dobu přibližně 3 hodin do reaktoru dávkuje chlorid boritý v 10% přebytku proti stechiometrii, to je v množství asi 460 g. Konec reakce se projeví stálým poklesem tlaku v aparatuře i přes pokračující dávkování chloridu boritého do reaktoru. ·After cooling the refining chillers with a dry ice-alcohol mixture, 102 g of lithium aluminum hydride and 1200 ml of toluene are introduced into the inertized reactor. The mixture is stirred for at least 30 minutes while continuously purging the entire apparatus with hydrogen. The reactor is brought to 50 [deg.] C. and the pressure freezing vessel is cooled with liquid nitrogen. Boron trichloride is then metered into the reactor for about 3 hours in excess of about 460 g of stoichiometry. The end of the reaction results in a steady pressure drop in the apparatus despite continued boron trichloride feed to the reactor. ·

Zbývající diboran se z aparatury vyfouká vodíkem za 60 až 90 minut přes vymrazovací tlakovou nádobu. Vymrazovací nádoba se pak odpojí a celá aparatura se několik hodin inertizuje dusíkem nebo argonem za stálého míchání směsi v reaktoru. Nakonec se zreagovaná směs zlikviduje spálením. Po samovolném ohřátí vymrazovací nádoby na teplotu okolí se nádoba zváží. Výtěžek diboranu je 46 g, což odpovídá 93,5 % teorie.The remaining diborane is blown out of the apparatus with hydrogen for 60 to 90 minutes through a freezing pressure vessel. The freezing vessel was then detached and the whole apparatus was inerted with nitrogen or argon for several hours while stirring the mixture in the reactor. Finally, the reacted mixture is discarded by incineration. After spontaneously heating the freezing vessel to ambient temperature, the vessel is weighed. The yield of diborane is 46 g, which corresponds to 93.5% of theory.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Process for the preparation of diborane from boron trichloride, characterized in that the boron trichloride gas is introduced below the level of a suspension of lithium aluminum hydride in an aromatic hydrocarbon, for example toluene, heated to a temperature between 20 ° C and the boiling point of the aromatic hydrocarbon used. Deň: 32 ° C.