EP2935100A1 - Verfahren zur aufbereitung feinteiliger feststoffe bei der herstellung von chlorsilanen - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung feinteiliger feststoffe bei der herstellung von chlorsilanen

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EP2935100A1
EP2935100A1 EP13795225.5A EP13795225A EP2935100A1 EP 2935100 A1 EP2935100 A1 EP 2935100A1 EP 13795225 A EP13795225 A EP 13795225A EP 2935100 A1 EP2935100 A1 EP 2935100A1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
finely divided
divided solids
pressing
different
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13795225.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Janaina MARINAS PÉREZ
Ekkehard MÜH
Hartwig Rauleder
Frank Kropfgans
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of EP2935100A1 publication Critical patent/EP2935100A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C01B33/10742—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K11/00—Use of ingredients of unknown constitution, e.g. undefined reaction products
    • C08K11/005—Waste materials, e.g. treated or untreated sewage sludge

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of finely divided solids, which in the
  • Chlorosilanes such as silicon tetrachloride (SiC, abbreviated STC), trichlorosilane (HS1CI3, abbreviated to TCS) and dichlorosilane (H 2 SiCl 2 ) represent an important class of substances with a broad class
  • Silicon (Si) and hydrogen chloride (HCl) and / or chlorine (Cl) are dissolved in a reactor, e.g. As fluidized bed reactor or fixed bed reactor or stirred bed reactor, which forms inorganic chlorosilanes such as S1CI 4 and / or HS1CI3 and / or H 2 SiCl 2 or mixtures thereof and leave as product gases the reactor and then treated further.
  • a reactor e.g. As fluidized bed reactor or fixed bed reactor or stirred bed reactor, which forms inorganic chlorosilanes such as S1CI 4 and / or HS1CI3 and / or H 2 SiCl 2 or mixtures thereof and leave as product gases the reactor and then treated further.
  • the product gases contain production-related solids such as powder and / or dust containing silicon, iron, iron chloride and / or aluminum chloride.
  • production-related solids such as powder and / or dust containing silicon, iron, iron chloride and / or aluminum chloride.
  • ferric chloride and aluminum chloride are reaction by-products resulting from the fact that the raw silicon used contains these metals in small amounts as contaminants, which remain in the liquid phase after liquefaction of the product gases, the so-called vapors and settle in the container for the liquid phase. As a result, they can be separated from the chlorosilane mixture formed.
  • Silicon tetrachloride these solids in the form of powder, dust, for example, filter dust, and / or ash, for example hot gas filter ash on.
  • Such solids are summarized in the context of the invention by the term "/ one-part solids".
  • the particulate solids are mainly silicon and iron, and may also contain chlorine compounds. Together with the chlorine compounds which are gaseous reaction products under the reaction conditions, for example TCS and STC, the finely divided solids are carried out of the reactor.
  • ground metallurgical silicon having a diameter of about 500 ⁇ m is reacted with hydrogen chloride. During the course of the reaction, the silicon particles become smaller and smaller and can finally exit the reactor as dusts. These dusts are usually separated by means of filters or cyclones before the
  • TCS and STC are condensed. Because they are very fine and besides iron still contain a large amount of silicon, they are a valuable raw material.
  • silicon-containing solids accumulate in the production of silicon from monosilane by deposition processes. Such solids are often mixtures of product coarse fractions which are separated from the process via sieves, are also analytical residues and goods which do not conform to specifications. The silicon content is often more than 99%.
  • the patent DE 10 2009 037 155 B3 provides for the dust discharged from the fluidized bed to be converted into a second connected fluidized bed reactor. This method has the disadvantage that the bulk of the solid is discharged due to its extreme fineness also from the second reactor without being materially reacted.
  • the object is achieved by a process for the preparation of finely divided solids and by the compacts obtained according to this method.
  • the invention relates to a process for the preparation of finely divided solids in the production of chlorosilanes, which is characterized in that the finely divided
  • Solids are pressed hydraulically to bodies of increased density.
  • the procedure of hydraulically pressing the finely divided solids is in the context of the invention synonymous with the fact that the finely divided solids are pressed in a hydraulic press.
  • a cylindrical sleeve of ceramic preferably of high-strength silicon nitride ceramic, as press-vacuum.
  • the upper and lower punches of the hydraulic press can be selected from hardened steel be.
  • stamps can be used in cylindrical form, but also any other shape is possible, for example, edged stamp, which give cube or cuboid compacts, or hemispherical shapes. Since the finely divided solids contain chlorine compounds, the pellets on contact with water or moisture on their surface hydrochloric acid, which decomposes both insufficiently alloyed steel and unpainted components of the hydraulic press. Therefore, the use of a ceramic sleeve is made
  • Silicon nitride, S1 3 N 4 as a press vacuum advantageous.
  • Hydrogen chloride also attacks the mucous membranes, skin and eyes of humans. It is therefore important to ensure that in the case of a manual implementation of the method personal protective equipment is worn, which prevents the direct contact of the finely divided solids used and the compacts obtained according to the invention with skin, eyes and mucous membranes.
  • inorganic binders preferably silicas, aluminates,
  • binders containing organic compounds for example silicic acid esters, or a mixture of these binders. If organic binders are used, the organic portion must be removed in a calcination step prior to use in chlorosilane production.
  • hydrolyzable silicon-halogen bonds which adhere to the solids, which thus have an acidic pH. This is neutralized by the binder (s). The unpleasant property of the compacts to release hydrogen chloride can thus be at least partially lifted.
  • a pressing pressure in the process according to the invention which is at most 14 kN / cm 2 , preferably from 10 kN / cm 2 to 12 kN / cm 2 .
  • Ambient pressure of 1013 hPa at 20 ° C which is applied to the finely divided solids in the hydraulic press. At a pressing pressure of zero so just the ambient pressure is exerted and thus achieved no compression. At a pressing pressure of at most 14 kN / cm 2 surprisingly stable pellets are obtained, because they can be handled, for example, conveyed via a conveyor belt in a reactor for the production of chlorosilanes without breaking or breaking into chunks.
  • Density gradients so-called layers have.
  • the layers can be extended transversely, longitudinally or in any other direction within the volume of the compact and with respect to the direction of action of the pressing pressure and have a non-woven or lens-like shape.
  • the formation of such layers, the so-called layer formation occurs particularly increased above a
  • the pressing pressure can be expended by the pressure beginning at zero with a selected one
  • Press speed is approached.
  • the pressing speed is within the scope of the invention, the quotient of pressing pressure and the time during which the pressure is increased monotonically increasing up to the pressing pressure, synonymous with the fact that the pressing pressure is started during this period.
  • Pressing speed of 0.1 to 1 kN / cm 2 s, preferably from 0.5 kN / cm 2 s are approached until the pressing pressure is reached, and then for a period of 0.5 to 1.5 s, preferably from 1 s, and then degraded to zero over a period of 0.5 to 1.5 seconds, preferably 1 second.
  • the initial pressure is selected smaller than the pressing pressure. It has been found that when filling a press vacuum with the finely divided solids before starting the pressure, the press vacuum up to 77 vol .-% air or gas. As the pressure starts to rise, the finely divided solids are gradually compressed and the air or trapped gas must escape. However, the smaller the sizes of the particles of finely divided solids are, the longer it takes for trapped air or gas to escape. If at least one venting stroke is carried out in the process according to the invention, compacts having greater strength are obtained than without at least one venting stroke.
  • a at an initial pressure pi a with the durations Ai a and 5i a , b at an initial pressure pi b , with the periods Ai b and 5i b , and pi a and pi b are the same or different , are preferably different, and the durations Ai a and ⁇ ⁇ are the same or different, preferably different, and the periods 5i a and 5i b are the same or different, preferably different.
  • Each venting stroke can be carried out with or without vacuum, preferably without vacuum, and with 0.2 to 1 kN / cm 2 , preferably 0.5 kN / cm 2 pressing pressure, and for 2 to 10 s, preferably 5 s duration.
  • a fill factor is understood to mean the ratio of the height at which the press vacuum is filled with the finely divided solids to the height of the compact produced according to the invention. If, for example, the vacancy has been filled up to a height of 96 mm and, after carrying out the method according to the invention, a compact having a height of about 22 mm is obtained, this compact lies with a filling factor of
  • This filling factor is unexpectedly high compared to filling factors of ordinary molding compounds, for example commercial sands, ceramic granules for the sintering for the production of tiles. For example, it is about 2 times lower for pure sand and the same pressure.
  • the subject of the invention is also a compact obtained according to the claimed process and characterized by a filling factor of the finely divided solids to be hydraulically pressed from 3.9 to 4.5.
  • the finely divided solids were filter dust from the hot filter of a fluidized-bed reactor for the production of chlorosilanes, so-called hot gas filter ash, in the examples described below.
  • Each press vacuum was filled up to a height of 96 mm with the hot gas filter ash.
  • the tests differed by the pressing pressure, which was 6, 8, 10, 12 or 14 kN / cm 2 and each had been started at a pressing speed of 0.5 kN / cm 2 s.
  • the ejection force was 7.5 kN / cm 2 in each case.
  • Table 1 Overview of the determined sizes of the compacts as a function of the pressing pressure.
  • the second venting stroke was started at 4 kN / cm 2 pressure at 0.5 kN / cm 2 s for 8 s, held for 1 s and degraded within 1 s.
  • the pellets obtained according to the invention Withstood a drop from about 2 m in height without shattering. Thus, they had a sufficiently good stability to be able to return them to the reactor.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung feinteiliger Feststoffe bei der Herstellung von Chlorsilanen, das dadurch gekennzeichnetist, dass die feinteiligen Feststoffe zu Körpern erhöhter Dichte hydraulisch gepresst werden.Außerdem ist Gegenstand der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Pressling, der durch einen Füllfaktor der hydraulisch zu pressenden feinteiligen Feststoffe von 3,9 bis 4,5 gekennzeichnet ist.

Description

Verfahren zur Aufbereitung feinteiliger Feststoffe bei der Herstellung von Chlorsilanen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung feinteiliger Feststoffe, die bei der
Herstellung von Chlorsilanen anfallen, durch hydraulisches Pressen, sowie den verfahrensgemäß erhaltenen Pressling.
Chlorsilane wie Siliziumtetrachlorid (SiC , abgekürzt STC), Trichlorsilan (HS1CI3, abgekürzt TCS) und Dichlorsilan (H2SiCl2) stellen eine wichtige Stoffklasse mit einem breiten
Anwendungsgebiet dar. So werden sie eingesetzt als Rohstoff zur Herstellung von Si02, dem sogenannten fumed silica, als Ausgangsmaterial für Organosilane und Kieselsäureester sowie als Edukte für Lichtwellenleiter und Halbleiter- bzw. Solar-Silizium.
Es ist daher von höchster technischer und wirtschaftlicher Bedeutung, Chlorsilane in großer Menge kostengünstig und sicher herstellen zu können.
Silizium (Si) und Chlorwasserstoff (HCl) und/oder Chlor (Cl) werden in einem Reaktor, z. B. Wirbelschichtreaktor oder Festbettreaktor oder Rührbettreaktor umgesetzt, wodurch sich anorganische Chlorsilane wie S1CI4 und/oder HS1CI3 und/oder H2SiCl2 oder Gemische daraus bilden und als Produktgase den Reaktor verlassen und anschließend weiter behandelt werden.
Die Produktgase enthalten produktionsbedingt Feststoffe wie zum Beispiel Pulver und/oder Staub enthaltend Silizium, Eisen, Eisenchlorid und/oder Aluminiumchlorid. Beispielsweise sind Eisenchlorid und Aluminiumchlorid Reaktionsnebenprodukte, die davon herrühren, dass das eingesetzte Roh-Silizium diese Metalle in geringen Mengen als Kontaminationen enthält, die nach der Verflüssigung der Produktgase, der sogenannten Brüden, in der Flüssigphase zurückbleiben und sich im Behälter für die Flüssigphase absetzen. Dadurch können sie aus dem gebildeten Chlorsilangemisch abgetrennt werden.
Auch in einem Reaktor für die Chlorsilanherstellung bleiben oben genannte Feststoffe zurück. Besonders beim Wirbelschichtverfahren zur Herstellung von Trichlorsilan und
Siliziumtetrachlorid treten diese Feststoffe in Form von Pulver, Staub, zum Beispiel Filterstaub, und/oder Asche, zum Beispiel Heißgasfilterasche auf. Solche Feststoffe werden im Rahmen der Erfindung unter den Begriff„/einteilige Feststoffe " zusammengefasst. Die feinteiligen Feststoffe weisen hauptsächlich Silizium und Eisen auf, und sie können außerdem Chlorverbindungen enthalten. Zusammen mit den Chlorverbindungen, die unter den Reaktionsbedingungen gasförmige Reaktionsprodukte sind, zum Beispiel TCS und STC, werden die feinteiligen Feststoffe aus dem Reaktor getragen.
Beim Wirbelschichtverfahren wird gemahlenes metallurgisches Silizium mit einem Durchmesser von etwa 500 μιη mit Chlorwasserstoff umgesetzt. Während des Ablaufs der Reaktion werden die Siliziumteilchen immer kleiner und können den Reaktor schließlich als Stäube verlassen. Diese Stäube werden üblicherweise mittels Filtern oder Zyklonen abgetrennt, bevor die
Reaktionsprodukte TCS und STC kondensiert werden. Da sie sehr fein sind und neben Eisen noch einen großen Siliziumanteil enthalten, sind sie ein wertvoller Rohstoff.
Weitere Silizium haltige Feststoffe fallen bei der Herstellung von Silizium aus Monosilan durch Abscheideprozesse an. Solche Feststoffe sind häufig Gemische aus Produktgrobanteilen, die über Siebe aus dem Prozess abgetrennt werden, sind ebenfalls Analysenrückstände und nicht spezifikationsgerechte Ware. Der Siliziumanteil beträgt oft mehr als 99%.
Die Patentschrift DE 10 2009 037 155 B3 sieht vor, die aus der Wirbelschicht ausgetragenen Stäube in einem zweiten angeschlossen Wirbelschichtreaktor umzusetzen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der Großteil des Feststoffes auf Grund seiner extremen Feinteiligkeit auch aus dem zweiten Reaktor ausgetragen wird, ohne stofflich umgesetzt zu werden.
DE 10 2009 020 143 AI offenbart ein Verfahren zur Aufarbeitung von Sägeabfällen aus der Waferherstellung. In diesem Fall werden Silizium und organische Verbindungen enthaltende Sägeabfälle auf einem Granulierteller granuliert und sollen so für den weiteren Einsatz in der Chlorsilanherstellung vorbereitet werden. Die Sägeslurries, aus denen diese Si haltigen
Sägespäne oder Stäube abgetrennt werden, fallen als Filterkuchen oder Suspensionen dieser Abfälle in Silikonölen oder Polyethylenglykolen an. Doch ist die Separation der einzelnen Komponenten aufwändig, und der hohe Anteil organischer Verbindungen neben Silizium in diesem Strom führt in den Chlorsilanreaktoren zur Bildung zahlreicher unerwünschter
Nebenprodukte. Zudem sind die aus dem kristallinen Material hergestellten Granulate mechanisch nur wenig stabil und zerfallen schnell wieder. Eine weitere Möglichkeit, die oben genannten Feststoffe wieder zu größeren Aggregaten bzw. Stücken zu verbinden, besteht darin, diese zu schmelzen oder zu sintern. Dabei ist allerdings der aufgrund der hohen Schmelztemperaturen notwendige Energieaufwand nachteilig.
Es bestand daher die Aufgabe, die feinteiligen Feststoffe dergestalt zu verändern, dass sie wieder dem Chlorsilanherstellprozess zugeführt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung der feinteiligen Feststoffe und durch die gemäß diesem Verfahren erhaltenen Presslinge.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung feinteiliger Feststoffe bei der Herstellung von Chlorsilanen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die feinteiligen
Feststoffe zu Körpern erhöhter Dichte hydraulisch gepresst werden. Die Vorgehensweise, die feinteiligen Feststoffe hydraulisch zu pressen, ist im Rahmen der Erfindung gleichbedeutend damit, dass die feinteiligen Feststoffe in einer hydraulischen Presse gepresst werden.
Vorrichtungen, die nach dem Prinzip des hydraulischen Pressens funktionieren, sind dem
Fachmann bekannt. Der Vorteil des beanspruchten Verfahrens ist vor allem darin zu sehen, dass man nach der Durchführung Presslinge erhält, die auf einfachere Art und Weise in den Herstellprozess von Chlorsilanen zurück geführt werden können, ohne wie sonst üblich, das extrem staubende Pulver handhaben zu müssen. Zum Beispiel können die erfindungsgemäß erhaltenen Presslinge mittels Transportbänder oder Container gehandhabt und in den Chlorsilanherstellprozess zurück geführt werden. Ein Luftabschluss, der eine gefährliche Verwirbelung feinteiliger Feststoffe unterbindet, oder eine aufwendige Absaugung mit Filtervorrichtungen ist mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens überflüssig.
Im Folgenden wird die Erfindung näher erläutert.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, als Pressvakanz eine zylindrische Hülse aus Keramik, vorzugsweise aus hochfester Siliziumnitrid Keramik einzusetzen. Dabei können die Ober- und Unterstempel der hydraulischen Presse aus gehärtetem Stahl ausgewählt sein. Bevorzugt können Stempel in zylindrischer Form eingesetzt werden, doch ist auch jede andere Form möglich, zum Beispiel kantige Stempel, welche würfel- oder quaderförmige Presslinge ergeben, oder halbkugelige Formen. Da die feinteiligen Feststoffe Chlorverbindungen enthalten, weisen die Presslinge bei Kontakt mit Wasser bzw. Luftfeuchte auf ihrer Oberfläche Salzsäure auf, welche sowohl unzureichend legierten Stahl als auch unlackierte Bestandteile der hydraulischen Presse zersetzt. Deshalb ist der Einsatz einer keramischen Hülse aus
Siliziumnitrid, S13N4, als Pressvakanz vorteilhaft.
Chlorwasserstoff greift ebenfalls Schleimhäute, Haut und Augen des Menschen an. Deshalb ist streng darauf zu achten, dass im Falle einer manuellen Durchführung des Verfahrens persönliche Schutzausrüstung getragen wird, die den unmittelbaren Kontakt der eingesetzten feinteiligen Feststoffe und der erfindungsgemäß erhaltenen Presslinge mit Haut, Augen und Schleimhäuten unterbindet. Vorzugsweise können anorganische Bindemittel, vorzugsweise Kieselsäuren, Aluminate,
Zirkonate, Calciumoxid, Calciumhydroxid, Zement, Calziumsulfat, organische Verbindungen enthaltende Bindemittel, zum Beispiel Kieselsäureester, oder ein Gemisch dieser Bindemittel eingesetzt werden. Falls organische Bindemittel eingesetzt werden, muss der organische Anteil in einem Kalzinierungsschritt vor Einsatz bei der Chlorsilanherstellung entfernt werden.
Der Einsatz eines Bindemittels oder eines Gemisches oben genannter Bindemittel hat den Vorteil eines alkalischen pH Wertes. Denn die Feststoffe aus der Chlorsilansynthese enthalten aufgrund der vorherrschenden Reaktionsbedingungen im Chlorsilanherstellprozess HCl und
hydrolysierbare Silizium-Halogen-Bindungen, die an den Feststoffen anhaften, welche somit einen sauren pH Wert aufweisen. Dieser wird durch das oder die Bindemittel neutralisiert. Die unangenehme Eigenschaft der Presslinge, Chlorwasserstoff freizusetzen, kann damit also mindestens teilweise aufgehoben werden.
Es kann vorteilhaft sein, in dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Pressdruck aufzuwenden, der höchstens 14 kN/cm2 beträgt, vorzugsweise von 10 kN/cm2 bis 12 kN/cm2 beträgt.
Unter Druck und Pressdruck wird im Rahmen der Erfindung der Überdruck oberhalb des
Umgebungsdruckes von 1013 hPa bei 20 °C verstanden, der auf die feinteiligen Feststoffe in der hydraulischen Presse ausgeübt wird. Bei einem Pressdruck von Null wird also gerade der Umgebungsdruck ausgeübt und damit keine Verdichtung erzielt. Bei einem Pressdruck von höchstens 14 kN/cm2 werden überraschend stabile Presslinge erhalten, denn diese lassen sich handhaben, beispielsweise über ein Transportband in einen Reaktor für die Herstellung von Chlorsilanen befördern, ohne zu zerbrechen oder sich in Brocken zu zerlegen.
Wählt man den Pressdruck aus dem Intervall von 10 kN/cm2 bis 12 kN/cm2, überstehen solche erfindungsgemäß erhaltenen Presslinge sogar einen Fall aus bis zu 2 m Höhe, ohne zu
zerspringen. Das liegt daran, dass diese Presslinge keine inhomogene Dichteverteilung aufweisen, gleichbedeutend damit, dass die Presslinge keine Zonen mit erhöhtem
Dichtegradienten, sogenannte Lagen, aufweisen. Die Lagen können quer, längs oder in jeder anderen Richtung innerhalb des Volumens des Presslings und bezogen auf die Wirkungsrichtung des Pressdruckes ausgedehnt sein und eine vliesen- oder linsenartige Gestalt haben. Die Bildung solcher Lagen, die sogenannte Lagenbildung, tritt besonders vermehrt oberhalb eines
Pressdruckes von 14 kN/cm2 auf. Wird die Lagenbildung vermieden, können die Presslinge besonders einfach in den Reaktor zurückgeführt werden.
In einer weiteren Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Pressdruck aufgewandt werden, indem der Druck beginnend bei Null mit einer ausgewählten
Pressgeschwindigkeit angefahren wird. Die Pressgeschwindigkeit ist im Rahmen der Erfindung der Quotient aus Pressdruck und der Zeitdauer, während der der Druck monoton ansteigend bis zum Pressdruck erhöht wird, gleichbedeutend damit, dass der Pressdruck während dieser Zeitdauer angefahren wird.
Vorzugsweise kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Pressdruck mit einer
Pressgeschwindigkeit von 0,1 bis 1 kN/cm2s, bevorzugt von 0,5 kN/cm2s angefahren werden, bis der Pressdruck erreicht ist, und anschließend während einer Zeitdauer von 0,5 bis 1,5 s, bevorzugt von 1 s gehalten, und anschließend während einer Zeitdauer von 0,5 bis 1,5 s, bevorzugt von 1 s, auf Null abgebaut werden. Besonders bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens ein Entlüftungshub durchgeführt werden, wobei jeder Entlüftungshub dadurch gekennzeichnet ist, dass bei zumindest einem Anfangsdruck ρπ , der höchstens so groß ist wie der Pressdruck, dieser Druck während einer Zeitdauer Δι von 0,5 bis 1 ,5 s, bevorzugt von 1 s, auf einen Wert pif abgebaut wird, vorzugsweise auf pif = 0, und pif während einer Zeitdauer δι von 0 bis 1 s, vorzugsweise während 0 s gehalten wird, und anschließend der Druck angefahren wird, bis der Pressdruck erreicht ist.
Vorzugsweise wird der Anfangsdruck kleiner als der Pressdruck gewählt. Es wurde nämlich gefunden, dass beim Auffüllen einer Pressvakanz mit den feinteiligen Feststoffen vor dem Anfahren des Druckes die Pressvakanz bis zu 77 Vol.-% Luft oder Gas enthält. Beim Anfahren des Druckes werden die feinteiligen Feststoffe allmählich verdichtet, und die Luft bzw. das eingeschlossene Gas muss entweichen. Je geringer die Größen der Partikel der feinteiligen Feststoffe aber sind, desto länger dauert es, bis eingeschlossene Luft bzw. Gas entwichen ist. Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Entlüftungshub durchgeführt, erhält man Presslinge mit größerer Festigkeit, als ohne zumindest einen Entlüftungshub.
Besonders feste Presslinge sind erhältlich, falls in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zwei Entlüftungshübe a und b durchgeführt werden, und a bei einem Anfangsdruck pia, mit den Zeitdauern Aia und 5ia, b bei einem Anfangsdruck pib, mit den Zeitdauern Aib und 5ib, und pia und pib gleich oder verschieden, vorzugsweise verschieden sind, und die Zeitdauern Aia und Δ^ gleich oder verschieden, vorzugsweise verschieden sind, und die Zeitdauern 5ia und 5ib gleich oder verschieden, vorzugsweise verschieden sind.
Jeder Entlüftungshub kann mit oder ohne Vakuum durchgeführt werden, vorzugsweise ohne Vakuum, und mit 0,2 bis 1 kN/cm2, bevorzugt 0,5 kN/cm2 Pressdruck, und während 2 bis 10 s, bevorzugt 5 s Dauer angefahren werden.
Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, in dem erfindungsgemäßen Verfahren den Pressling aus der Pressvakanz mit einer Ausstoßkraft von 7 bis 8 kN/cm2 auszustoßen. Die Ausstoßkraft muss aufgewendet werden, um den Pressling aus der Vakanz zu treiben. Sie ist dem Fachmann aus dem Gebiet der hydraulischen Pressen bekannt. Unüblich für das Ergebnis des hydraulischen Pressens, entstehen jedoch beim Ausstoßen keine Geräusche.
Es entsteht also kein ruckartiger Kraftverlauf beim Ausstoßen des Presslings aus der Vakanz, mit dem man im Stand der Technik aufgrund der wesentlich größeren Haftreibung verglichen mit der Gleitreibung rechnen würde. Der bekannte Slip-Stick Effekt bleibt bei der Durchführung des beanspruchten Verfahrens überraschend aus.
Nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet man einen überraschend hohen Füllfaktor. Unter einem Füllfaktor wird im Rahmen der Erfindung das Verhältnis aus der Höhe, mit der die Pressvakanz mit den feinteiligen Feststoffen gefüllt wird, zu der Höhe des erfindungsgemäß hergestellten Presslings verstanden. Hat man beispielsweise die Vakanz bis zu einer Höhe von 96 mm befüllt, und nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Pressling mit einer Höhe von etwa 22 mm erhalten, liegt dieser Pressling mit einem Füllfaktor von
96/22 = 4,36
vor. Dieser Füllfaktor ist, verglichen mit Füllfaktoren gewöhnlicher Pressmassen, zum Beispiel handelsüblicher Sande, keramischer Granulate für die Versinterung zur Herstellung von Fliesen, unerwartet hoch. Zum Beispiel liegt er bei Reinsand und dem gleichen Pressdruck um etwa den Faktor 2 niedriger.
Deshalb ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung ein Pressling, der gemäß dem beanspruchten Verfahren erhalten ist, und der durch einen Füllfaktor der hydraulisch zu pressenden feinteiligen Feststoffe von 3,9 bis 4,5 gekennzeichnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
Pressversuche an feinteiligen Feststoffen aus der Chlorsilanherstellung.
Die feinteiligen Feststoffe waren in den im Folgenden geschilderten Beispielen Filterstaub aus dem Heißfilter eines Wirbelschichtreaktors für die Herstellung von Chlorsilanen, sogenannte Heißgasfilterasche.
Es wurde eine hydraulische Presse des Typs Alpha 1500 120 der Firma Alpha Ceramics durchgeführt. Dabei wurde eine zylindrische 4-Loch-Zylinderform DM 41 mm ohne konische Öffnung eingesetzt. Ihre Ober- und Unterstempel bestanden aus gehärtetem Stahl, und als
Pressvakanzen wurden Hülsen aus hochfester Siliziumnitrid Keramik (Si3N4) eingesetzt. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Formfläche sauber abgezogen wurde. Falls dies nicht bewerkstelligt werden kann, kann auch mit einer Spiegelplatte oben gepresst werden. Allerdings ist dann mit Anbackungen des Presslings an den Kontaktflächen zu rechnen.
In den Versuchen wurden Oberstempel, eintretend in die Form, gefahren. Dabei waren diese Oberstempel auszurichten.
Aufgrund der sehr feinen Asche wurde mit einem umlaufenden Stempelspiel von höchstens 0,05 mm gefahren, sowie eine gezielte Absaugung zwischen den Unterstempeln eingesetzt, da bei dem Anfahren des Druckes ein Herausblasen von Material entlang der Unterstempel zu beobachten war.
Jede Pressvakanz wurde bis zu einer Höhe von 96 mm mit der Heißgasfilterasche befüllt. Die Versuche unterschieden sich durch den Pressdruck, der 6, 8, 10, 12 bzw. 14 kN/cm2 betrug und jeweils mit einer Pressgeschwindigkeit von 0,5 kN/cm2s angefahren worden war.
Die Ausstoßkraft betrug jeweils 7,5 kN/cm2.
Die Maße und die Dichten der erfindungsgemäß erhaltenen Presslinge sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1. Ubersicht der ermittelten Größen der Presslinge als Funktion des Pressdruckes.
Bei jedem Versuch, der mit dem in Tabelle 1 vermerkten Pressdruck durchgeführt worden ist, wurden zwei Entlüftungshübe eingesetzt. Der erste Entlüftungshub bei 2 kN/cm2 Druck wurde mit 0,5 kN/cm2s während 4 s angefahren, nicht gehalten, und innerhalb 1 s abgebaut.
Der zweite Entlüftungshub wurde bei 4 kN/cm2 Druck mit 0,5 kN/cm2s während 8 s angefahren, 1 s gehalten und innerhalb 1 s abgebaut.
Es wurde gefunden, dass sich die Heißgasfüterasche kaum höher verdichten ließ, als bei einem Pressdruck von 14 kN/cm2 erreicht wurde. Man beobachtete vielmehr, dass Dichte und
Füllfaktor in Abhängigkeit vom Pressdruck ein Sättigungsverhalten zeigten, gezeigt in
Abbildung 1. Wurden höhere Pressdrücke eingesetzt, hier nicht dargestellt, kam es zu
Lagenbildung in den Presslingen.
Bei einem Pressdruck 10 kN/cm2 bis 12 kN/cm2 überstanden die erfindungsgemäß erhaltenen Presslinge einen Fall aus etwa 2 m Höhe, ohne zu zerspringen. Somit wiesen diese eine genügend gute Stabilität auf, um sie in den Reaktor zurückführen zu können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung feinteiliger Feststoffe bei der Herstellung von Chlorsilanen, dadurch gekennzeichnet,
dass die feinteiligen Feststoffe zu Körpern erhöhter Dichte hydraulisch gepresst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Pressvakanz eine zylindrische Hülse aus Keramik, vorzugsweise aus hochfester Siliziumnitrid Keramik eingesetzt wird.
3. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Pressdruck
aufgewandt wird, der höchstens 14 kN/cm2 beträgt, vorzugsweise von 10 kN/cm2 bis 12 kN/cm2 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Pressdruck aufgewandt wird, indem
der Druck beginnend bei Null mit einer Pressgeschwindigkeit von 0,1 bis 1 kN/cm2s, bevorzugt von 0,5 kN/cm2s angefahren wird,
bis der Pressdruck erreicht ist, und anschließend
während einer Zeitdauer von 0,5 bis 1,5 s, bevorzugt von 1 s gehalten, und anschließend
während einer Zeitdauer von 0,5 bis 1,5 s, bevorzugt von 1 s, auf Null abgebaut wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens ein Entlüftungshub durchgeführt wird, wobei jeder Entlüftungshub dadurch gekennzeichnet ist,
dass bei zumindest einem Anfangsdruck ρπ , der höchstens so groß ist wie der
Pressdruck, dieser Druck
während einer Zeitdauer Δι von 0,5 bis 1,5 s, bevorzugt von 1 s,
auf einen Wert pif abgebaut wird, vorzugsweise auf pif = 0, und pif während einer Zeitdauer δι von 0 bis 1 s,
vorzugsweise während 0 s gehalten wird, und anschließend
der Druck angefahren wird, bis der Pressdruck erreicht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
zwei Entlüftungshübe a und b durchgeführt werden, und a bei einem Anfangsdruck pla, mit den Zeitdauern Ala und 6la,
b bei einem Anfangsdruck pib, mit den Zeitdauern Aib und 5ib,
und pia und pib gleich oder verschieden, vorzugsweise verschieden sind,
und die Zeitdauern Ala und Aib gleich oder verschieden, vorzugsweise verschieden sind, und die Zeitdauern 6la und 5ib gleich oder verschieden, vorzugsweise verschieden sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Pressling aus der Pressvakanz mit einer Ausstoßkraft von 7 bis 8 kN ausgestoßen wird.
Pressling, erhalten gemäß des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch einen Füllfaktor der hydraulisch zu pressenden feinteiligen Feststoffe von 3,9 bis 4,5.
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