NO156084B - Fremgangsmaate til fremstilling av aluminiumfosfid og/eller magnesiumfosfid eller et blandingsfosfid av aluminium og magnesium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av aluminiumfosfid og/eller magnesiumfosfid eller et blandingsfosfid av aluminium og magnesium.

Gjenstanden for norsk patentsøknad nr. 803141 (ålment til-gjengelig fra 13.5.1981) er en fremgangsmåte til fremstilling av fosfider av aluminium eller magnesium, hvor de finfordelte metaller, eller en legering av de to metaller ved en temperatur mellom 300 og 600°C i inertgassatmosfære og i nærvær av klor, brom, jod eller en forbindelse av de nevnte elementer med fosfor, svovel, hydrogen, ammonium, zink eller metallet som skal omsettes som katalysator, omsettes med gult fosfor.

Etter en spesielt foretrukket utførelsesform blandes i

første rekke godt det finpulveriserte eller grusformede metall med katalysatoren. Blandingen oppvarmes i et egnet lukkbart reaksjonskar i inertgassatmosfæren, eksempelvis under nitrogen ved normaltrykk til reaksjonstemperaturen mellom 300 og 600°C. Når den ønskede reaksjonstemperatur er nådd, tildoseres flytende gult fosfor med slik hastighet at den frigjorte reaksjonsvarme kan bortføres uten problem og temperaturen kan holdes i området mellom 300 og 600°C.

Det er nå funnet at denne fremgangsmåte ved hjelp av en fremgangsmåteendring kan utformes enda sikrere og lettere beherskbar og fremfor alt del- eller sågar helkontinuerlig, når man også tildoserer det finfordelte metall langsomt i reaksjonskaret.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er følgelig karakterisert ved at det gule fosfor i flytende form og det finfordelte metall tildoseres samtidig og langsomt i reaksjonskaret.

Gjennomføres fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i et i det vesentlige sylindrisk reaksjonskar, som oppvarmes over den nedre bunn, så danner det seg tydelig fire forskjellige soner som ovenifra og nedad kan beskrives som følger: 1. sone: I denne øverste sone eksisterer bare gass, nemlig en blanding av den anvendte inertgass og fosfordamp. Da det i denne sone i de mest ekstreme tilfeller bare hersker en maksimaltemperatur på ca. 200° er fosforets damptrykk relativt lavt, således at gassblandingen hovedsakelig består av den anvendte inertgass.

2. sone: Her er fordampningssonen av det gule fosfor.

I denne sone hersker temperaturer som ligger litt over det gule fosfors kokepunkt. Også i denne sone eksisterer bare gass som nå riktignok for den største del består av fosfordamp. 3. sone: Her befinner det seg nå i det øverste sjikt av beholderfyllingen den egentlige reaksjonssone, hvori fosfordamp kommer i berøring med dét finfordelte metall og det allerede dannede fosfid.

I denne sone som befinner seg på reaksjonstemperatur mellom 300 og 600°C, foregår det en sterkt eksoterm reaksjon mellom fosfordampen og det finfordelte metall. Da fosfordampen reagerer meget hurtig med metallet, trenger den ikke meget dypt inn i beholderfyllingen, men bare ca. 10-15 cm. Innen beholderfyllingen blir derfor gassfasen i retning ovenifra og nedad meget hurtig fattigere på fosfordamp. 4. sone: I denne nederste sone består gassfasen praktisk talt bare enda av inertgass, fordi fosfordampen ikke trenger inn i denne dybde. Det faste stoff består praktisk talt bare av det dannede fosfid og inneholder i alle fall mindre mengder av ikke-omsatt metall. Et mindre overskudd av metall gir sikkerhet for at det dannede fosfid er fritt for fosfor.

Utformingen av de ovenfor omtalte fire soner innen reaksjonskaret muliggjør nå en spesielt enkel og fullstendig sikker utføringsform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Derved tildoseres det flytende gule fosfor kontinuerlig i den øvre del av reaksjonskaret, altså i gassrommet over beholderfyllingen, hvor det uhindret kan fordampe. Spesielt fordelaktig er det når inngangsåpningen for det flytende fosfor befinner seg helt øverst i reaksjonskaret, altså i den øvre 1. sone.

Det finfordelte metall kan riktignok også tildoseres i den

øvre ende av reaksjonskaret. Da gjør imidlertid en hurtig og heftig omsetning med den allerede i høy konsentrasjon foreliggende fosfordamp anvendelsen av spesielle lukkeorganer for inngangsåpningene nødvendig for at inntrengning av fosfordamp i transportorganet for det finfordelte metall kan hindres. Det er derfor fordelaktig å tildosere det finfordelte metall kontinuerlig i den nedre del av reaksjonskaret, nemlig således at inngangsåpningen ligger i området for beholderfyllingen. Dette kan foregå i ovennevnte 3. sone av den egentlige reaksjonssone. Det er da hensiktsmessig om-trent i høyde ved inngangsåpningen for metallet å anordne et røreorgan, hvis transportelementer beveger beholderfyllingen langs beholderomkretsen og således sørge for en jevn fordeling av nytildosert metall i reaksjonssonene. Enda mer fordelaktig er det imidlertid når tildoseringen av finfordelt metall foregår i den nederste del av reaksjonskaret, altså i ovennevnte 4. sone. I dette tilfellet er det hensiktsmessig å anordne et røreorgan, hvis transportelement beveger beholderfyllingen langs beholderomkretsen og samtidig sørger for en vertikal gjennomblanding.

På den omtalte måte er det mulig kontinuerlig å tildosere ekvivalente mengder av finfordelt metall, som inneholder inn-blandet katalysator, og flytende gult fosfor i reaks jonskaret og under reaksjonen fra den nederste del av reaksjonskaret, altså fra ovennevnte 4. sone , å utta det dannede fosfid, som er fritt for ikke-omsatt fosfor. Uttaket foregår gjenncm en åpning ved reaksjonskarets bunn. Den

kan foretas etter valg kontinuerlig eller porsjonsvis.

Ved kontinuerlig uttak uttas produktet i den nøyaktig til

den kontinuerlige tildoserte metall og fosfor svarende mengde. Likeledes er det imidlertid også mulig at man lar den nederste sone i reaksjonskaret, altså ovennevnte 4. sone, langsomt bygge seg opp <p>g deretter porsjonsvis uttar det dannede fosfid. Derved må det imidlertid påsees at virkelig bare material fra denne 4. sone tas ut, som ikke mer inneholder ikke-omsatt fosfor, og ikke f.eks. også material fra reaksjonssonen, hvilket kan foregå ved vektkontroll.

Tildoseres det finfordelte metall som omtalt ovenfor, i den nedre del av reaksjonskaret, altså i ovennevnte 3. eller 4. sone, så er det tilstrekkelig som doseringsorgan å anvende en vanlig transportsnekke, fordi den faste sandformede beholder-fylling samtidig tjener som lukkeorgan. Skal fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen nystartes i et tomt reaksjonskar er det derfor hensiktsmessig i første rekke bare å innføre finfordelt metall inntil inngangsåpningen for metall er overdekket, og først deretter å begynne med den langsomme tildosering av flytende fosfor. Enda mer fordelaktig er det imidlertid hvis reaksjonskaret i første rekke fylles en gang til over inngangsåpningen for metallet med det tilsvarende fosfid fra en tidligere produksjon og deretter samtidig begynner med dosering av flytende fosfor og finfordelt metall.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av noen eksempler. Alle prosentangivelser er vektprosent, hvis intet annet er angitt.

Eksemp_el_l

Som reaksjonskar tjente en sylindrisk beholder med en dia-meter på ca. 80 cm og en høyde på ca. 100 cm, som var utstyrt med rører og røreorgan, et kjølesystem, temperatur-følere i forskjellige høyder, tilførsel for inertgass og en avgassledning. Bunnen av beholderen var oppvarmbar ved hjelp av en gassbrenner utenifra til temperaturer inntil 5 00°C. Tilsluttet var et forrådskar for flytende gult fosfor med en pumpe som etter valg muliggjør å sirkulere det flytende gule fosfor i forrådskaret eller å indosere det i reaksjonskaret, samt et forrådskar for finfordelt metall som skal omsettes med et transportorgan for tildosering av metall i reaksjonskaret. Ved bunnen av reaksjonskaret befant det seg en liten med et lukkeorgan utstyrt åpning til uttak av produktet. Av sikkerhetsgrunner var reaksjonskaret utstyrt med en rysteskive for å imøtegå en mulig trykkøkning. Reaksjonskaret ble før og etter omsetningen spylt med nitrogen, under omsetningen ble reaksjonsblandingen overlagret med argon. Avgassen ble bortledet over et vannforlag med et glassfiberfilter og et etterkoblet aktivkullfilter.

Før begynnelsen av omsetningen befant det seg i reaksjonskaret 50 kg magnesiumfbsfid fra en tidligere produksjon, i forrådskaret for metall en blanding av 200 kg magnesium og 0,8 kg jod, i forrådskaret for flytende fosfor ble dette omvalset. Nå ble reaksjonskaret ved bunnen oppvarmet til 300°C. Deretter ble det inndosert 10 kg magnesium i reaksjonskaret og tildosering av flytende fosfor begynte med en hastighet fra 0,4-1 kg pr. minutt. Samtidig ble det også tildosert ytterligere magnesium. Ved hjelp av reaksjonsvarmen øker temperaturen i den nedre del av reaksjonskaret til 550°C.

Nå ble tildosering av fosfor og magnesium avstemt, således at temperaturen ble holdt på 550°C og vektforhold mellom fosfor og magnesium utgjorde rundt 0,85 : 1. Etter at det i reaksjonskaret hadde dannet seg rundt 180 kg magnesiumfosfid ble det i løpet av 10 minutter under fortløpende videre tildosering av fosfor og magnesium uttatt 100 kg produkt gjennom uttaksåpningen. Uttaksåpningen ble igjen lukket. Etter at det på nytt hadde dannet seg ca. 180 kg magnesiumfosfid ble dette igjen uttatt og endelig ble hele prosessen gjentatt enda en gang. Etter forbruk av ifylt 200 kg magnesium ble tildoseringen av fosfor innstilt. Produktet som enda befant seg i reaksjonskaret ble enda

en gang kort oppvarmet og tatt ut. Innbefattende det i reaksjonskaret ifylte magnesiumfosfid ble det i løpet av 5 timer uttatt 415 kg produkt med et magnesiumfosfidinnhold

på 92%.

Eksemp_el_2

I det i eksempel 1 omtalte reaksjonskar ble det fylt en blanding av 100 kg magnesium og 0,3 kg jod, i forrådskaret for metall befant det seg en blanding av ytterligere 150 kg magnesium og 0,5 kg jod. Nå ble reaksjonskaret ved bunnen oppvarmet til 300°C. Deretter ble fosfor tildosert med slik hastighet at temperaturen i den nedre del av reaksjonskaret! langsomt økte til 550°C. Ved styring av fosfortildoseringen ble denne temperatur opprettholdt inntil det tilsammen var forbrukt 82 kg fosfor. Deretter ble samtidig magnesium og fosfor tildosert i vektforhold 1:0,83 med slik hastighet at temperaturen i den nedre del av reaksjonskaret stadig forble mellom 500 og 550°C. Samtidig ble det gjennom uttaksåpningen kontinuerlig uttatt produkter i slike mengder at det tilsvarte nøyaktig den tilsatte mengde av magnesium og fosfor, tilsammen altså 150 kg magnesium og 123 kg fosfor. Deretter ble det produkt som enda befant seg i reaksjonskaret enda en gang kort oppvarmet og uttatt videre kontinuerlig. Utbyttet utgjorde tilsammen 450 kg med et gjennom-snittlig innhold av magnesiumfosfid på 90%.

Eksemp_el_3_

I det i eksempel 1 omtalte reaksjonskar ble det fylt en blanding av 50 kg av en sandformet aluminium-magnesium-legering med et magnesiuminnhold på 5% og 0,2 kg jod, i forrådskaret for metall befant det seg en blanding av ytterligere 200 kg av nevnte legering og 0,6 kg jod. Nå ble reaksjonskaret ved bunnen oppvarmet til 450°C. Deretter ble det begynt med tildosering av fosfor og legering. Derved ble fosforet i første rekke tildosert med relativt større hastighet for å utligne det tilstedeværende overskudd av legering inntil det tilsammen var oppnådd et vektforhold mellom fosfor og legering på 1,1:1. Oppvarmingen ble bibeholdt inntil det i den nedre del av reaksjonskaret var oppnådd en temperatur på 500°C. Deretter ble det tildosert ytterligere fosfor og legering i vektforhold 1,1:1, inntil reaksjonskaret inne-holdt ca. 200 kg produkt. Fra nå av ble det gjennom uttaksåpningen kontinuerlig uttatt produkt med samme hastighet som fosfor og legering ble tilført. Tildoseringen ble avstemt således at temperaturen på 550°C ikke ble overskredet. Etter forbruk av den samlede legering ble tildoseringen av fosfor innstilt, oppvarmingen satt i drift og resten av produktet uttatt videre kontinuerlig. Tilsammen ble det dannet 520 kg sandformet produkt med et fosfidinnhold på 90% av det teore-tiske .

Eksemp_el_4

I det i eksempel 1 omtalte reaksjonskar ble det fylt 130 kg aluminiumf osf id fra en tidligere produksjon, i f orrådskar _; ; for metall befant det seg en blanding av 250 kg aluminium og 1 kg jod. Nå ble reaksjonskaret ved bunnen oppvarmet til 480°C og det ble innført 20 kg aluminium. Deretter ble aluminium og fosfor tildosert samtidig, og etter oppnåelse av en temperatur på 500°C ble oppvarmingen stoppet. Det tilstedeværende overskudd av metall ble utlignet ved en i første rekke noe hurtigere tildosering av fosfor, deretter foregikk tildosering av aluminium og fosfor med et konstant vektforhold på 1:1,1 med slik hastighet at temperaturen på 570°C ikke ble overskredet. Etter at det i reaksjonskaret befant seg tilsammen 230 kg produkt ble det ved samtidig dosering av aluminium og fosfor uttatt 130 kg produkt.

Denne prosess ble gjentatt inntil 250 kg aluminium var forbrukt. Tilsammen ble det uttatt 501 kg produkt med et aluminiumfosfidinnhold på 95%, ytterligere rundt 155 kg produkt ble tilbake som start for neste produksjon i reaksjonskaret.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av aluminiumfosfid og/ eller magnesiumfosfid eller et blandingsfosfid av aluminium og magnesium, hvor findelt metall eller en legering av begge metaller ved en temperatur mellom 300 og 600°C i inertgassatmosfære og i nærvær av, som katalysator, klor, brom, jod eller en forbindelse av de nevnte elementer med fosfor, svovel, hydrogen, ammonium, sink eller metaller som skal omsettes, omsettes med gult fosfor, karakterisert ved at det gule fosfor i flytende form og det findelte metallet tildoseres samtidig og langsomt i reaksjonskaret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det flytende gule fosfor tildoseres i reaksjonskarets øvre del, således at inngangsåpningen befinner seg over fyllingen i reaksjonskaret av reaksjonsblanding resp. reaksjonsprodukt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det finfordelte metallet tildoseres i den nedre del av reaksjonskaret, således at inngangsåpningen befinner seg i området for fyllingen i reaksjonskaret av reaksjonsblanding resp. reaksjonsprodukt.