FI77004B - Foerfarande foer tillvaratagande eller rengoerande av selen. - Google Patents

Description

77004

MENETELMÄ SELEENIN TALTEENOTTAMISEKSI TAI PUHDISTAMISEKSI - FÖRFARANDE FÖR TILLVARATAGANDE ELLER RENGÖRANDE AV SELEN

Keksintö koskee menetelmää seleenin selektiiviseksi erottamiseksi ja talteenottamiseksi seleenipitoises-ta lietteestä, jätteestä, seoksista tai metalliseoksista.

Seleenitelluurimetalliseokset, seleeni-arseenime-talliseokset jne. ovat laajassa käytössä sähkövalokuvauk-seen perustuvien kopiokoneiden valoherkissä elementeissä. Tällainen valoherkkä elementti sisältää tavallisesti alu-miinirummun, jonka pintaan on tyhjökerrostettu seleeni-telluurimetalliseosta tai seleeni-arseenimetalliseosta. Tässä tyhjökerrostuksessa on seleenipitoisen metalliseoksen käyttösuhde hyvin pieni, koska suuri määrä seleeni-pitoista metalliseosta kertyy tyhjökerrostuskammion seinämään ja muodostaa jätettä. Kopiokonetehtaista, se-leenisulatoista jne. tulee suuria määriä seleeni-pitoista metallijätettä, kuten käytettyjä valoherkkiä rumpuja, hukkatuotteita jne. Näin ollen seleenin talteenotto näistä materiaaleista ja jälleenkäyttö ovat merkittäviä ongelmia. Esillä oleva keksintö kohdistuu pääasiallisesti seleenin talteenottoon edellämainituista seleenipitoisista materiaaleista, mutta keksintö ei rajoitu niihin.

Tavallisimmassa seleenin valmistus- ja talteenot-tomenetelmässä muunnetaan seleenipitoisen materiaalin sisältämä seleeni seleenidioksidiksi (SeC^) hapettavalla pasutuksella tai sulfatoivalla pasutuksella pasutus-uunissa, liuotetaan seleenidioksidi vesiliuokseen, puhdistetaan mainittu liuos ja pelkistetään liuennut seleenidioksidi rikkidioksidilla (SC^) niin, että saadaan seleeni 99,9-prosenttisen puhtaana. Tätä menetelmää käytetään paljon, koska voidaan käsitellä missä tahansa muodossa olevia materiaaleja. Menetelmä vaatii kui- 2 77004 tenkin suuren mittakaavan tuotantolaitoksen, joka sisältää pasutusuunin, seleenidioksidin keräyslaitteet, jätekaasun käsittelylaitteet jne., energiankulutus on suuri ja rikkidioksidin pelkistyskustannukset ovat korkeat.

Japanilaisessa julkisessa patenttihakemuksessa no. 128595/80 ja muissa julkaisuissa on ehdotettu erilaisia märkämenetelmiä seleenin talteenottaroiseksi. Näihin menetelmiin liittyy kuitenkin rajoituksia, mitä tulee materiaaleihin, läsnäolevan seleenin tilaan, käytettyjen reagenssien käytettävyyteen jne. ja useimmissa tapauksissa tarvitaan jäteliuoksen käsittely. Näistä syistä nämä menetelmät eivät ole niin laajassa käytössä kuin edelläkuvattu menetelmä. Japanilaisessa patenttijulkaisussa no. 35006/84 selostetaan märkämenetelmää, jossa käytetään vahvaa happoa, kuten typpihappoa, kloo-rivetyhappoa jne. Mutta tässä menetelmässä ei laitteiden huolto ole helppoa, koska käytetään vahvaa happoa ja tarvitaan keinoja toiminnan aikana vapautuvan ΝΟχ-kaasun käsittelemiseksi. Lisäksi pelkistimenä käytetään hydratsiinia, joten menetelmä ei ole taloudellinen.

Japanilaisessa patenttijulkaisussa no. 9734/76 selostetaan menetelmää tetrasubstituoidun urean valmistamiseksi siten, että primäärinen tai sekundäärinen amiini saatetaan reagoimaan hiilimonoksidin ja seleenin kanssa niin, että muodostuu tetrasubstituoitu urea. Reaktio etenee esimerkiksi seuraavalla tavalla: 2RNH_ + CO + Se —» RNH-C-Se® H ® NR (I) 2 | 3 0 pv (2) + HpNR + RNH-C-SeuH, NR -£-RNH-C-NRH + H-NR+ Se + HO (II) I J \ d d o o 3 , ........ 77004

Kun kyseessä on sekundaarinen amiini: , NH + CO + Se —) N-C-SeH (I )

R R/ O

Rv. C^\ |C\ ^ ' ,^,Ν-CO-SeH + HN^ , —» ,N-C-SeH , (I a)

r/ ^R R^ Ö xR

1 R·^. ' 2 , N-C-SeH +2°2 -^ . N-C-Se-Se-£-N^ , +H O (II )

R-^0 R^O O ^R

R R R R

7" N-C-Se-Se-C-N.j , -> , N-C-N , + 2Se + CO (II a) R> 4 4 R>- 4 Ni I f

Reaktiossa (I) saatu välituote ja reaktioiden (I ) ja (I a) tuotteet liukenevat reaktiosysteemiin. On sanomattakin sei- vää, että edellä olevissa kaavoissa kukin ryhmä R ja R tarkoittaa hii1ivetyryhmää.

Olemme havainneet, että edellä mainitut reaktiot ovat rever-siibelejä ja sen perusteella päätelleet, että reaktiota voitaisiin käyttää seleenin talteenottoon ja puhdistukseen, mistä on seurauksena esillä oleva keksintö. Tämän keksinnön tarkoituksiin tarvitaan vain ensimmäisen vaiheen reaktiot (I) ja (I)ja(Ia).

Keksintö tarjoaa menetelmän seleenin talteenottamiseksi tai puhdistamiseksi siten, että seleenipitoinen materiaali saatetaan reagoimaan hiilimonoksidin ja ammoniakin tai primäärisen tai sekundäärisen amiinin kanssa aproottisessa liuottimessa niin, että muodostuu selenokarbamiinihapon amiinisuola, että kiinteät aineet erotetaan ja että selenokarbamiinihapon amiinisuolan sisältävää liuosta kuumennetaan niin, että seleeni saostuu.

Huomattakoon, että tässä keksinnössä termi "aprcottinen liuotin" kattaa amiiniylimäärän käytön, kuten myöhemmin selostetaan.

4 77004

Keksinnönmukaisessa menetelmässä seleeni liukenee lämpötila-alueella -50 °C - 100 °C ja edullisesti huoneenlämpötilassa. Hiilimonoksidin vuoksi käytetään autoklaavia, jossa reaktiota voidaan kiihdyttää kohdista- 2 maila reaktiosysteemiin 10-30 kg/cm paine.

Amiiniyhdisteitä, joita voidaan käyttää tässä keksinnössä, ovat mm. primääriset ja sekundääriset alifaat-tiset amiinit, alisykliset amiinit, heterosykliset amiinit, aromaattiset amiinit, alkanoliamiinit jne. Kun ajatellaan puhdistuksen helppoutta ja poistoa reaktiosystee-mistä tislaamalla jne., ovat dimetyyliamiini, dietyyli-amiini, di-n-propyyliamiini, di-n-butyyliamiini, piperi-diini, pyrrolidiini, di-isopropyyliamiini, etanoliamiini, dietanoliamiini jne. edullisia.

Keksinnönmukaisessa menetelmässä toimivat eräät amiinit itse liuottimina. Reaktio-olosuhteiden säätelyn vuoksi on kuitenkin edullisempaa käyttää erillistä liuotinta. Liuotin voidaan valita sellaisten aproottisten liuottimien joukosta, jotka ovat inerttejä reaktiolle ja liuottavat käytetyn amiinin. Edullisia liuottimia ovat tetrahydrofuraani (THF), dimetyyliformamidi (DMF), pyridiini, trietyyliamiini, asetonitriili, bentseeni, tolueeni, sykloheksaani jne.

Reaktio hiilimonoksidin kanssa tapahtuu lämpötila-alueella -50 - 100°C ja se etenee normaalilämpötilassa ja normaalipaineessa. Reaktiota saadaan kuitenkin riittävästi ja edullisesti kiihtydetyksi huoneenlämpötilassa 2 suorittamalla reaktio autoklaavissa 10-30 kg/cm paineessa. Tiedetään, että reaktiota voidaan kiihdyttää lisäämällä reaktiosysteemiin tertiääristä amiinia, kuten trietyyliamiinia, mutta syytä tähän ei tiedetä.

Tämä reaktio on spesifinen seleenille, eivätkä muut seleenin kanssa samanaikaisesti esiintyvät aineet osallistu siihen. Näin ollen tämä menetelmä on erittäin tehokas sellaisissa tapauksissa, joissa seleenin ohella esiintyy epäpuhtauksina esim. rikkiä, telluuria, arseenia, halogeeneja jne., jotka on vaikea saada eril-

II

5 77004 leen talteenotettavasta seleenistä. Vaikka läsnä olisi orgaanisiin liuottimiin liukenevia epäpuhtauksia, voidaan seleeni ottaa talteen erittäin puhtaana, koska vain seleeni saostuu myöhemmän vaiheen käänteisreaktios-sa. Näin ollen voidaan havaita, että tätä menetelmää voidaan käyttää paitsi seleenin talteenottoon jätteestä, myös seleenin puhdistusmenetelmänä.

Keksinnönmukaisella menetelmällä voidaan seleeni saada talteen vähintään 99,99 %:sen puhtaana 98 % tai suuremmalla saannolla ja talteenotettuja tuotteita voidaan käyttää mm. lasin ja pigmenttien valmistuksessa sekä sähkövalokuvauselementeissä.

Käytetty ammoniakki, amiinit, hiilimonoksidi ja liu-tin voidaan ottaa talteen ja käyttää useaan kertaan.

Keksinnönmukaisella menetelmällä on seuraavat edut: 1) Lähes 100 % ammoniakista tai amiineista ja mahdollisesti käytetyistä liuottimista voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen.

2) Suurin osa käytetystä hiilimonoksidista voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen.

3) Reaktio etenee tyydyttävästi vähintään 0°C:ssa.

4) Lämmön avulla suoritetussa hajotuksessa käytetty lämpötila riippuu käytetystä amiinista ja liuotti-mesta, mutta tavallisesti se on korkeintaan 100°C eikä koskaa ylitä 200°C lämpötilaa, joten energiakustannukset ovat pienet.

5) Reaktio on spesifinen seleenille eivätkä muut samanaikaisesti esiintyvät aineet osallistu siihen. Rikki, telluuri, arseeni ja halogeenit voidaan erottaa seleenistä.

6) Reaktionopeutta on helppo lisätä nostamalla painetta ja kuumentamalla reaktiosysteemiä.

Esimerkki 1 10 g tyhjökerrostusprosessista saatua seleeni-jätettä, joka muodostui oleellisesti seleeni-telluuri(9%)-metalliseoksesta, 20 ml dietyyliamiinia ja 50 ml tetra- 6 77004 hydrofuraania (THF) sijoitettiin autoklaaviin, jonka nimellistilavuuB oli 500 ml. Autoklaavi suljettiin ja autoklaaviin johdettiin hiilimonoksidikaasua korkein-2 taan 5 kg/cm paineessa ja reaktion annettiin tapahtua sekoituksen alaisena huoneenlämpötilassa. Reaktion loputtua hiilimonoksidi otettiin talteen kumipalloon autoklaavissa olevan kaasunpoistoaukon kautta ja jäl-jelläjäänyt hiilimonoksidi otettiin talteen typpikaasu-virralla poistamalla. Saatu kaasuton reaktioseos kerättiin ja suodatettiin. Suodosta kuumennettiin tis-lauslaitteessa, joka oli varustettu palautusjäähdytti-mellä, ja vapautunut jäännöshiilidioksidi kerättiin. Reaktiotuote hajosi noin 70°C:ssa ja seleeni saostui. Seleeni suodatettiin talteen ja jäljellejäänyt dietyyliamiini ja THF otettiin talteen.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja saanto 99 %. Kaasukromatografinen analyysi osoitti, että amiinin, tetrahydrofuraanin ja hiilimonoksidin tal-teenottosaannot olivat vähintään 99 %.

Esimerkki 2 10 g samaa seleeni-telluurijätettä kuin esimerkissä 1 ja esimerkissä 1 talteenotetut määrät dietyylia-miinia ja tetrahydrofuraania sijoitettiin kokonaan samaan autoklaaviin. Osa talteenotetusta hiilimonoksi- 2 dista tuotiin autoklaaviin 2 kg/cm paineessa. Sekoitusta jatkettiin 6 tuntia huoneenlämpötilassa. Reaktioseos käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen.

Seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto 97 %. Amiinin, tetrahydrofuraanin ja hiilimonoksidin talteenottosaannot olivat 99 % tai suuremmat.

Esimerkki 3

Samaan autoklaaviin kuin edellä sijoitettiin 10 g

II

7 77004 esimerkissä 1 käytettyä seleeni-telluurijätettä ja 50 ml tetrahydrofuraania ja aramoniakkikaasua tuotiin 2 autoklaaviin 6 kg/cm paineessa ja sen jälkeen autoklaa- 2 viin tuotiin hiilimonoksidia 50 kg/cm paineessa. Kun reaktiosysteemiä oli sekoitettu huoneenlämpötilassa 1 tunti, se käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen. Ammoniakki otettiin talteen yhdessä hiilimonoksidin kanssa ja lämpöhajoaminen tapahtui noin 60°C:ssa.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto oli 99 %. Ammoniakin, tetrahydro- furaanin ja hiilimonoksidikaasun talteenottosaannot olivat 98 %, 99 % ja 99 % vastaavasti.

10 g vakuumikerrostusprosessista saatua jätettä, joka sisälsi oleellisesti ottaen seleeni-telluuri(20%)- seosta, 50 ml di-n-propyyliamiinia ja 50 ml bentseeniä sijoitettiin samaan autoklaaviin kuin edellä ja auto- 2 klaaviin tuotiin hiilimonoksidikaasua 10 kg/cm paineessa ja reaktiosysteemiä sekoitettiin huoneenlämpötilassa 3 tuntia. Sitten systeemi käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen. Reaktiotuotteen lämpöhajoaminen tapahtui noin 80°C:ssa.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto 96 %. Di-n-propyyliamiinin, bent-seenin ja hiilimonoksidin talteenottosaannot olivat vähintään 99 %.

Esimerkki 5 10 g jätettä, joka oli kuorittu sähkövalokuvauk- sella toimivan kopiointikoneen valoherkästä rummusta ja sisälsi oleellisesti ottaen seleeni-arseeni(10 %)seosta, 20 ml dietyyliamiinia, 20 ml trietyyliamiinia ja 50 ml tetrahydrofuraania sijoitettiin samaan autoklaaviin kuin edellä ja sen jälkeen tuotiin hiilimonoksidikaasua 2 40 kg/cm paineessa. Reaktiosysteemiä sekoitettiin 3 8 77004 tuntia 50°C;ssa. Sitten reaktiosysteemi käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto 98 %. Amiinin, tetrahydrofuraanin ja hiilimonoksidikaasun talteenottosaannot olivat vähintään 99 %.

Esimerkki 6 10 g samanlaista seleeni-telluuri(35 %)seosta kuin esimerkissä 5, mutta jossa ei ollut arseenia, 30 ml di-isopropyyliamiinia ja 60 ml dioksaania sijoitettiin samaan autoklaaviin kuin edellä ja hiilimonoksidia tuo- 2 tiin 40 kg/cm paineessa. Reaktiosysteemiä sekoitettiin 4 tuntia 50°C:ssa. Sitten reaktiosysteemi käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen. Lämpöhajoaminen tapahtui noin 100°C:ssa.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto 98 %.

Di-isopropyyliamiinin, dioksaanin ja hiilimonoksidin talteenottosaannot olivat vähintään 99 %.

Esimerkki 7 10 g seleenijätettä, joka sisälsi oleellisesti ottaen 65 % seleeniä, 20 % alumiinia, 8 % telluria ja 5 % rautaa, ja joka oli tuotu Yhdysvalloista, ja jonka oletettiin olevan poistetuista valoherkistä rummuista, tasasuuntaajista jne. talteenotettua jätettä, 20 ml dietyyli- amiinia ja 50 ml dimetyyliformamidia sijoitettiin auto- 2 klaaviin ja hiilimonoksidikaasua tuotiin 10 kg/cm paineessa. Reaktiosysteemiä sekoitettiin 4 tuntia 50 °C:ssa. Sen jälkeen reaktiosysteemi käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen. Lämpö-hajoaminen tapahtui noin 100°C:ssa.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto 98 %.

Dietyyliamiinin, dimetyyliformamidin ja hiili-

II

9 77004 monoksidin saannot olivat vähintään 99 %.

Esimerkki 8 10 g seleenijätettä, joka sisälsi oleellisesti ottaen 40 % seleeniä, 30 % kadmiumia ja 10%lyijyä, 40 ml n-butyyliamiinia ja 50 ml pyridiiniä sijoitettiin samaan autoklaaviin kuin edellä ja hiilimonoksidikaa- o sua tuotiin autoklaaviin 20 kg/cm paineeseen asti. Reak-tiosysteemiä sekoitettiin huoneenlämpötilassa 3 tuntia.

Sen jälkeen reaktiosysteemi käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja seleeni otettiin talteen. Lämpöhajoaminen tapahtui noin 110°C:ssa.

Saadun seleenin puhtausaste oli 99,999 % ja tal-teenottosaanto 88 %. Amiinin ja pyridiinin talteenot-tosaannot olivat 90 % ja 99 % vastaavasti.

Esimerkki 9 10 g seleenijätettä, joka sisälsi oleellisesti ottaen 70 % seleeniä, 20 % telluuria, 3 % arseenia ja 2 % alumiinia, 30 ml etanoliamiinia ja 50 ml dimetyyli- formamidia sijoitettiin samaan autoklaaviin kuin edellä 2 ja sen jälkeen tuotiin hiilimonoksidia 30 kg/cm paineessa. Reaktiosysteemiä sekoitettiin huoneenlämpötilassa 3 tuntia. Kun reaktio oli loppunut, reaktiosysteemi käsiteltiin samoin kuin esimerkissä 1 ja hiilimonoksidi otettiin talteen. Kaasuton reaktioseos suodatettiin ja suodosta kuumennettiin tislausLaitteessa lopun hiilimonoksidin poistamiseksi. Reaktiotuotteen lämpö-hajoaminen tapahtui noin 110°C:ssa ja seleeni saostui.

Saadun seleenin puhtausaste oli vähintään 99,999 % ja talteenottosaanto oli 90 %. Etanoliamiinin ja dime-tyyliformamidin talteenottosaannot olivat vähintään 99 %.

Claims (7)

77004

1. Menetelmä seleenin talteenottamiseksi tai puhdistamiseksi, tunnettu siitä, että seleenipitoinen materiaali saatetaan reagoimaan hiilimonoksidin ja ammoniakin tai primäärisen tai sekundäärisen amiinin kanssa aproottisessa liu-ottimessa niin, että muodostuu selenokarbamiinihapon amiini-suola, että kiinteät aineet erotetaan ja että selenokarba-miinihapon amiinisuolan sisältävää liuosta kuumennetaan niin, että seleeni saostuu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että amiini on alempi mono-tai dialkyy1iamiini.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että amiini on piperidiini tai pyrrolidiini.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että amiini on monoetanoiiamiini tai dietano1iamiini.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiosysteemissä on läsnä tertiäärinen amiini.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetyn amiinin ylimäärä toimii liuottimena.

7. Patenttivaatimuksen 1.mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktion väliaineena käytetään liuotinta, joka voidaan valita tetrahydrofuraanin, dimetyyliformamidin, tolu-eenin ja sykloheksaanin joukosta. Il