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Verfahren zur Herstellung von Organochlorsilanen Die Erfidnung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Or@anochlorsilanen. Vorzugsweise eignet sich die
Erfindung für die Herstellung von Diorganodichlorsilanen.
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Bci den bekannten Verfahren zur Herstellung von Organochlorsilanen
nach der "direkten Synthese" werden Alkyl-oder Arylchloride bei höherer Temperatur
mit einem Gemisch aus Silizium und Kupferpulver beziehungsweise mit einer Kupfersiliziumlegierung
umgesetzt. Vorzugsweise ist man bei diesem Prozeß an Diorganodichlorsilan interessiert.
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Weiterhin sind Verfahren bekannt, welche von Gemischen aus Reinsilizium
und Kupferpulver ausgehend Bei einem anderen Verfahren setzt man zur Steuerung der
Reaktion zwischen Kupfersilicid und Alkyl- oder Arylchloriden Chloride der Metalle
Zink, Aluminium, Kelzium oder Magnesium zu.
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Bei diessen Verfahren spielen die Reinheit des Siliziume und des Kupfers
eine wesentliche Rolle. Gute Umsätze und Ausbeuten erhält man nur, wenn die Summe
der Gehalte an Si und Cu mindestens 98 % betragen. Die Herstellung dieser hochreinen
Ausgangsmaterialien ist sehr kostenaufwendige
Bei Verfahren, die
als Ausgangsmaterial silizium-Ferros, ilizium-Gemische beziehungsweise Kupfersiliziumlegierung
verwenden, ist die Ausbeute gleichfalls eine Funktion der Reinheit. Deshalb sind
diese Verfahren mit eine @@ Reinigungsprozeß des Au-sgangsmaterials verbunden.
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Den genannten Verfahren ist eigentümlich, daß das Ausgangsmaterial
nur zu einem Teil umgesetzt wirdo Die anusbeute, auf Silizium bezogen, läßtsichkaumüber60%
treiben. Es sind daher Verfahren bekannt, bei denen die Rückstände der ersten chemischen
Reaktion einer zweiten Umsetzung bei höheren Temperaturen, teilweise unter Zusatz
von Aluminiumchlorid unterworfen werden.
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Bei einem anderen Verfahren wird während der chemischen Umsetzung
der Kupferkatalysator kontinuierlich oder chargezweise zugegeben, damit die Umsetzung
immer er Wieder anspringt lmd der Rückstand möglichst gering gehalten werden kann.
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Nachteilig bei dieser Rückstände-Aufarbeitung ist der Ablauf der Umsetzungsreaktion
bevorzug-t in Richtung Methyltrichlorsilan oder zu aromatischen Verbindungen durch
Zugabe von Chlorbenzol o Zweck der Erfindung ist es, mit einem reinen oder technischen
Ausgangsmaterial bei der-ehemischen Reaktion den Anteil an Diorganodichlorsilan
auf Kosten der anoderen Reaktionsprodukte zu erhöhen und dabei gleichzeitig eine
höhere Ausbeute an Organochlorsilanen zu erzielen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, reines oder technisches Ausgangsmäterial
vor der chemischen Reaktion einer geeigneten mechanischen Behandlung zu unterwerfen
und für ein n Kreislaufverfahren vorzubereiten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß reines=oder technisches
silizium-Ferrosilizium-Gemisch beziehungsweise eine Kupfersilizium-Legierung nach
den
üblichen vorgeschalteten Zerkleinerungsvorgängen kurzzeitig
@itig in einer Schwingmühle bchandelt und anschließend mit Alkyl-, Aryl- oder anderen
Organochloriden sowie Katalys zurchemischenReaktiongebrachtwird.
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Durch diese mechanische Behundlung wird überraschenderweise der Reaktioneablauf
in Richtung einer höheren Ausbeute an Diorganodichlorsilanen auf Rosten der anderen
Reaktionsprodukte gelenkt, wobei gleichzeitig noch eine höhere Gesamtausbeute an
Organochlor@ilanen erzielt wird.
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Es weiterhin gefunden, daß der elementares Silizium enthaltende Rückstand
nach der ersten chemischen Reaktion ohne eine nochmalige Schwingmahlbehandlung wieder
in den Reaktionsraum eingebracht werden kann und zur erneuten Bildung von Diorganodichlorsilan
befähigt ist. Während dieses Kreislaufes ist eine Berührung des Reaktionamaterials
mit sauerstoffhaltigenGasen zu vermeiden.
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X jedocil die Reaktionsfähigkeit des Kreislaufmaterials nach, kann
dieses erneut kurzzeitig in einer Schwingmühle bohandelt werden. Daran schließt
sich wieder die übliche chemische Reaktion mit Alkyl-, Aryl- und anderen Organochloriden
sowie gegebenenfalls mit Katalysatoren an.
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Durch die wiederholte Aufgabe des Ausgangsmaterials in den Reaktionsraum
und eine eventuelle nochmalige Behandlung in einer Schwingmühle nimmt der Siliziumanteil
immer mehr ab und das Verfahren gestaltet sich so außerordentlich wirtschaftlich.
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Das Verfahren eignet sich gleichermaßen für die Reaktion mit anderen
Organohalogenen. die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
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Beispiel 1 In einer Sohwingmühle mit kontinuierlichem. Durchlauf wird
in einer Siebkugelmiihle gemahlenes technisches Ferrosilizium mit 94 % Silizium
behandelte Dieses behandelte Ferrosilizium wird mit Kupferpulver im Verhältnis 10
: 1 vermischt und in ein Reaktionsgefäß gegeben. Kontinuierlich werden 250 Teile
dieses Gemenges bei 250-260 °C mit 490 Teilen Chlormethan pro Stunde zur Reaktion
gebracht. Als Umsetzungsprodukte entstanden 507 Teile Methylchlorsilane, die unteranderem
76 Dimenthyldichlorsilan und 13, 5 % Methyltrichlorsilan enthielten.
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Wenn dasselbe Ausgangsmaterial nicht in der Schwingmühle behandelt,
aber unter sonst gleichen Bedingungen zur Reaktion gebracht wurde, so betrug die
Ausbeute an Methylchlorsilanen nur 445 Teile. Dabei lag der Gehalt an Dimethyldichlorsilan
nur bei 55 %, dafür der Gehalt an Methyltrichlorsilan bei 33, 5 %.
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AuESer mit Ferrosilizium wurden mit Kupfersilizium-Legierungen ähnlicher
Güte gleichwertige Ergebnisse erzielt.
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Beispiel 2 Kit einer besond-ers hergestellten Eupfersilizium-Legierung
mit 79 % Silizium und 11 % Kupfer, die sich nicht four dite Herstellung von Dimethyldichlorsilan
nach den bekannten Verfahren eignet, werden nach der Behandlung in einer Schwingmühle
völlig andere Ergebnisse erhalten.
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Kontinuierlich werden 250 Teile dieser behandelten Kupfersilizium-Legierung
bei 250-260 °C mit 5o2 Teilen Chlormethan pro Stunde zur Reaktion gebracht. Als
Umsetzungsprodukte werden 434 Teile Methylchlorsilane gewonnen, die unter
anderem
nderem 47 % Dimethyldichlorsilan und und % Methyltrichlorsilan enthielten.
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Wird dasselbe Ausgangsmaterial nicht in der Schwingmühle behandelt,
aber unter sonst gleichen Bedingungen zur Reaktion gebracht, so be-trcigt die Ausbeute
an Methylchlorsilanen 426 Teile. Der Anteil an Dimethyldichlorsilan liegt dann bei
11, der von Methyltrichlorsilan bei 43 % 0 Beispiel 3 Aus dem Reaktionsraum einer
technischen Anlage wurde eine Probe des pulverformigen Rückstandes unter Ausschluß
von Sauerstoff entnommen.
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Die Probe entllielt 55 % Silizium und 15 % Kupfero Diese wurde in
einer Versuchsapparatur einer erneuten. chemischen Reaktion unterworfen. Dabei wurden
bei einer Temperatur von 250 °C 111 Teile des Rückstandes mit 203 Teilen Chlormethan
pro Stunde zur Umsetzung gebracht. Dabei entstanden 185 Teile Methylchlorsilane
mit einem Anteil von 41 % Dimethyldichlorsilan.
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Der nunmehrige Rückstand wurde erneut und ohne nochmalige Schwingmahlbehandlung
einer chemischen Reaktion unterworfen.