RU2369666C1 - Method of obtaining arsine and device to this end - Google Patents
Method of obtaining arsine and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369666C1 RU2369666C1 RU2008103558/15A RU2008103558A RU2369666C1 RU 2369666 C1 RU2369666 C1 RU 2369666C1 RU 2008103558/15 A RU2008103558/15 A RU 2008103558/15A RU 2008103558 A RU2008103558 A RU 2008103558A RU 2369666 C1 RU2369666 C1 RU 2369666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- zinc
- anode
- arsine
- electrolyte
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к получению гидрида мышьяка, и может быть использовано в производстве полупроводниковых структур в микроэлектронике и солнечной энергетике.The invention relates to the field of chemical technology, in particular to the production of arsenic hydride, and can be used in the production of semiconductor structures in microelectronics and solar energy.
Все способы получения арсина разделяются на три группы (А.Ф.Жигач, Д.С.Стасиневич «Химия гидридов», изд-во «Химия», ленинградское отделение, 1969 г., стр.633): разложение арсенидов металлов кислотами, обменная реакция между соединениями мышьяка и другими гидридами, восстановление соединений мышьяка водородом. В связи с высокой токсичностью арсина, для промышленного получения его в количестве, измеряемом несколькими тоннами в год, одним из важнейших вопросов реализации технологии является проблема нейтрализации отходов производства и возможность остановить процесс синтеза в кратчайшее время. С этой точки зрения наиболее подходящим способом является электролиз, при котором синтез осуществляется за счет восстановления соединений мышьяка атомарным водородом, выделяющимся на катоде в процессе электролиза водного раствора соединений мышьяка.All methods for producing arsine are divided into three groups (A.F. Zhigach, D. S. Stasinevich "Chemistry of hydrides", publishing house "Chemistry", Leningrad branch, 1969, p. 63): decomposition of metal arsenides by acids, exchange the reaction between arsenic compounds and other hydrides, the restoration of arsenic compounds with hydrogen. Due to the high toxicity of arsine, for industrial production in quantities of several tons per year, one of the most important issues in the implementation of the technology is the problem of neutralizing production waste and the ability to stop the synthesis process in the shortest possible time. From this point of view, the most suitable method is electrolysis, in which synthesis is carried out by reducing arsenic compounds with atomic hydrogen released at the cathode during the electrolysis of an aqueous solution of arsenic compounds.
Известны способы электрохимического получения арсина.Known methods for the electrochemical production of arsine.
В патенте США №5474659 (з. №08/292346), МПК С25В 1/00 приведен способ получения арсина в электрохимической ячейке, в которой катод изготовлен из электропроводной подложки с закрепленным на ней элементарным мышьяком. Т.к. синтез арсина по этому способу осуществляется за счет расхода материала катода, то в процессе получения больших количеств арсина необходимо заменять катод, что в промышленных условиях представляется достаточно сложной и главное опасной операцией.US Pat. No. 5,474,659 (c. No. 08/292346), IPC C25B 1/00, describes a method for producing arsine in an electrochemical cell in which the cathode is made of an electrically conductive substrate with elemental arsenic fixed to it. Because Arsine synthesis by this method is carried out due to the consumption of cathode material, then in the process of obtaining large quantities of arsine it is necessary to replace the cathode, which in industrial conditions is quite complicated and most importantly a dangerous operation.
В патенте США №5158656, МПК H04N 3/69 предлагается катод из сплава или твердого раствора или смеси мышьяка с различными металлами, что не избавляет от недостатков вышеприведенного патента.US Pat. No. 5,158,656, IPC
Наиболее близким способом является патент США №5425857, МПК С25В 1/02, 9/00, в котором предлагается процесс электролитического получения арсина в электрохимической ячейке, включающей анод и катод, заключающийся в том, что:The closest method is US patent No. 5425857, IPC С25В 1/02, 9/00, which proposes the process of electrolytic production of arsine in an electrochemical cell, including the anode and cathode, which consists in the fact that:
(i) к катоду подводятся ионы H+ и AsO2 - в заданном соотношении (0.7-1.5) так, что на катоде протекают две конкурирующие реакции: получения арсина и газообразного водорода.(i) are fed to the cathode of ions H + and AsO 2 - a predetermined ratio (0.7-1.5), so that the cathode flow two competing reactions: producing arsine and hydrogen gas.
(ii) осуществляется реакция, снабжающая катод ионами Н+.(ii) a reaction is carried out supplying the cathode with H + ions.
Управление соотношением Н+/As осуществляется за счет установки между анодом и катодом катионообменной мембраны, подачей потока электролита в катодную зону со скоростью, обеспечивающей уменьшение концентрации мышьяка не более чем на 10%, введением в обедненный электролит, подводимый в зону катода, необходимого количества кислого раствора Аs2O3 для поддержания постоянной концентрации As2O3. Катод изготавливается из материала, обеспечивающего генерацию арсина - свинца или меди, покрытой слоем висмута, свинца, таллия или кадмия.The H + / As ratio is controlled by installing a cation exchange membrane between the anode and cathode, supplying an electrolyte flow to the cathode zone at a rate that reduces arsenic concentration by no more than 10%, introducing the required amount of acidic acid into the depleted electrolyte introduced into the cathode zone As 2 O 3 solution to maintain a constant concentration of As 2 O 3 . The cathode is made of a material that provides the generation of arsine - lead or copper, coated with a layer of bismuth, lead, thallium or cadmium.
Водород из смеси арсина с водородом удаляется на мембранном модуле с откачкой проникшего через мембрану газа и продувкой азотом или гексафторидом серы. Смесь предварительно осушается в холодильнике на Пелетье- эффекте, молекулярных ситах или их комбинации и очищается от пыли.Hydrogen from a mixture of arsine with hydrogen is removed on the membrane module by pumping out the gas that has penetrated through the membrane and purging it with nitrogen or sulfur hexafluoride. The mixture is pre-dried in the refrigerator on the Pelet effect, molecular sieves or a combination thereof and is cleaned of dust.
Для реализации данного способа предложено устройство, включающее:To implement this method, a device is proposed, including:
- электрохимическую ячейку с катодом, снабжаемым ионами водорода и AsO- 2, и анодом, где генерируются ионы H+;- an electrochemical cell with a cathode supplied with hydrogen ions and AsO - 2 , and an anode, where H + ions are generated;
- катионообменную мембрану, разделяющую анод и катод;- a cation exchange membrane separating the anode and cathode;
- средства для снабжения катодной зоны ионами Н+ и AsO2 - и стабилизации содержания AsO2 - в электролите за счет введения кислого раствора As2O3 из сатуратора;- means for supplying the cathode zone ions H + and AsO 2 - content and stabilization AsO 2 - in the electrolyte by introducing an acidic solution As 2 O 3 of the saturator;
- сатуратор устанавливается между электрохимической ячейкой и емкостью с запасом кислого раствора, идущего к катоду, или в самой емкости с запасным раствором;- a saturator is installed between the electrochemical cell and the tank with a supply of acidic solution going to the cathode, or in the tank itself with a reserve solution;
- катод, изготовленный из свинца или меди, покрытой висмутом, свинцом, таллием или кадмием;- a cathode made of lead or copper coated with bismuth, lead, thallium or cadmium;
- мембранный модуль для отделения водорода от арсина;- a membrane module for separating hydrogen from arsine;
- устройство для откачки газа, прошедшего через мембрану;- a device for pumping gas passing through the membrane;
- устройство для удаления этого газа азотом или гексафторидом серы;- a device for removing this gas with nitrogen or sulfur hexafluoride;
- устройствами осушки и обеспыливания смеси арсина с водородом;- devices for drying and dust removal of a mixture of arsine with hydrogen;
- плоский анод, снабжаемый кислым раствором, или газовый водородный анод.- a flat anode provided with an acidic solution, or a gas hydrogen anode.
Данные способ и устройство предназначены для получения сравнительно небольших количеств арсина (около 3 л/ч, т.е. 0.2-0.3 кг/сутки) для подачи его в качестве малой добавки в устройства, где создаются полупроводниковые структуры.These method and device are designed to produce relatively small amounts of arsine (about 3 l / h, i.e. 0.2-0.3 kg / day) for supplying it as a small additive to devices where semiconductor structures are created.
Для производства арсина в количестве нескольких тонн в год (т.е. 10-100 кг/сутки) использование способа по патенту США, принятому за прототип, потребует решения нескольких проблем:For the production of arsine in the amount of several tons per year (i.e. 10-100 kg / day), using the method according to the US patent adopted as a prototype will require solving several problems:
- последовательного включения нескольких (10-20) электролизеров, т.к. обеспечить необходимую силу тока при напряжении 3-6В при параллельном включении затруднительно;- sequential inclusion of several (10-20) electrolyzers, because it is difficult to provide the necessary current strength at a voltage of 3-6V with parallel connection;
- поддержания соотношения Н+/As в заданных пределах,- maintaining the ratio of H + / As within the specified limits,
- системы стабилизации содержания мышьяка,- arsenic stabilization systems,
- очистки арсина от примесей СO2, СО, СН4 и др.,- purification of arsine from impurities CO 2 , CO, CH 4 and others,
- очистки сбросных газов от арсина,- purification of waste gases from arsine,
- регенерации молекулярных сит,- regeneration of molecular sieves,
- использования таких вредных веществ, как свинец, таллий, кадмий, висмут.- the use of such harmful substances as lead, thallium, cadmium, bismuth.
Техническим результатом предлагаемого устройства является устранение недостатков известных способа и устройства при реализации крупнотоннажного производства арсина.The technical result of the proposed device is to eliminate the disadvantages of the known method and device when implementing large-capacity production of arsine.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем электролиз водного раствора оксида мышьяка в электрохимической ячейке с разделенными анодной и катодной зонами, осушку арсина с помощью холодильников и молекулярных сит и очистку от пыли, в качестве материала катода используют цинк, в качестве электролита - насыщенный оксидом мышьяка водный раствор с рН 2-6, а очистку от примесей дополнительно осуществляют на активированном угле и молекулярном сите при охлаждении их до -30-50°С.The technical result is achieved by the fact that in the known method, including electrolysis of an aqueous solution of arsenic oxide in an electrochemical cell with separated anode and cathode zones, drying of arsine using refrigerators and molecular sieves and purification from dust, zinc is used as the cathode material, as an electrolyte - an aqueous solution saturated with arsenic oxide with a pH of 2-6, and purification from impurities is additionally carried out on activated carbon and a molecular sieve while cooling them to -30-50 ° C.
Насыщение электролита осуществляют за счет прохождения обедненного электролита через емкость с порошком оксида мышьяка,The electrolyte is saturated by passing the depleted electrolyte through a container with arsenic oxide powder,
В известном устройстве для получения арсина, включающем электрохимическую ячейку, с твердыми плоскими электродами, с разделенными анодной и катодной зонами, устройствами подачи в нее электролита с регулируемой концентрацией мышьяка и устройствами для осушки арсина и очистки его от пыли, несколько ячеек собраны в единый электролизер, где электроды выполнены в виде биметаллических пластин, состоящих из пар железо-цинк, нержавеющая сталь - цинк, медь-цинк, хром - цинк, молибден-цинк, свинец - цинк, причем цинковая сторона биметаллического электрода служит катодом, а не цинковая сторона следующего электрода служит анодом в данной ячейке. Отрицательный полюс источника тока подключен к первому катоду, а положительный полюс - к последнему аноду, все ячейки внизу соединены каналами, для подачи электролита в катодные и анодные зоны, а вверху все катодные и анодные зоны соединены двумя каналами для вывода соответственно анодного и катодного газов.In the known device for producing arsine, including an electrochemical cell, with solid flat electrodes, with separated anode and cathode zones, devices for feeding electrolyte into it with an adjustable concentration of arsenic and devices for drying arsine and cleaning it from dust, several cells are assembled into a single electrolyzer, where the electrodes are made in the form of bimetallic plates consisting of pairs of iron-zinc, stainless steel - zinc, copper-zinc, chromium - zinc, molybdenum-zinc, lead - zinc, and the zinc side of the bimetallic ele The cathode serves as the cathode, and not the zinc side of the next electrode serves as the anode in this cell. The negative pole of the current source is connected to the first cathode, and the positive pole is connected to the last anode, all the cells at the bottom are connected by channels to supply electrolyte to the cathode and anode zones, and at the top all the cathode and anode zones are connected by two channels to output the anode and cathode gases, respectively.
Анодная и катодная зоны ячейки разделены мембраной из асбестовой ткани.The anodic and cathodic zones of the cell are separated by a membrane of asbestos tissue.
Дополнительно установлены адсорберы с активированным углем. Все адсорберы оснащены устройствами для поддержания их температуры на уровне -30-50°СAdditionally, activated charcoal adsorbers are installed. All adsorbers are equipped with devices to maintain their temperature at the level of -30-50 ° С
Перед входом электролита в электролизер установлена емкость, в которой находится порошок оксида мышьяка в количестве, достаточном для поддержания концентрации мышьяка в электролите на уровне насыщения в процессе получения арсина.Before the electrolyte enters the electrolyzer, a container is installed in which the arsenic oxide powder is in an amount sufficient to maintain the concentration of arsenic in the electrolyte at a saturation level during the production of arsine.
Использование цинка в качестве материала катода обеспечивает необходимые условия для восстановления мышьяка до арсина и легко наносится на металлы, применяемые для анодов.The use of zinc as a cathode material provides the necessary conditions for the reduction of arsenic to arsine and is easily applied to metals used for anodes.
Схема предлагаемого устройства показана на чертеже, гдеA diagram of the proposed device is shown in the drawing, where
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В емкость 1 засыпается порошок оксида мышьяка и заливается электролит, представляющий собой насыщенный водный раствор оксида мышьяка с рН 2-6 так, чтобы электролизер, состоящий из необходимого числа ячеек, (например, 10), был полностью заполнен электролитом, а уровень электролита достигал Ѕ высоты емкостей 4, 8. В холодильниках 3, 5, 9 устанавливается температура +5+10°С, в одном из холодильников 10 или 11 устанавливается температура в диапазоне -35-45°С, в криостатах адсорберов устанавливается температура в диапазоне -30-50°С, а в конденсаторе испарителе -100-140°С. В печах разложения 7,17 устанавливается температура +400+450°С. Электролизер подключается к источнику постоянного тока, обеспечивающему напряжение на каждой его ячейке 5-6 В и плотность тока на электродах в диапазоне 0,2-0,6 А/см2. Во время работы смесь пузырьков катодного газа с электролитом из катодных зон всех ячеек и пузырьков анодного газа с электролитом из анодных зон поступает соответственно в емкости 8 и 4, из которых электролит поступает в емкость 1, чем обеспечивается непрерывная циркуляция электролита и поддерживается концентрация в нем мышьяка, на уровне, близком к насыщению. Анодный газ после прохождения через печь 6 и фильтр 7 сбрасывается в атмосферу. Катодный газ после прохождения через холодильники 9, 10 (9, 11) освобождается от основной массы водяного пара и диарсина. По мере заполнения водой (льдом) холодильник 10 (11) отключается на обогрев и сброс воды, а подключается холодильник 11 (10). На охлажденном до -30-50°С адсорбере с молекулярным ситом газ очищается от H2O до точки росы -85-90°С, от СO2 и др. до уровня ниже 0,5 ppm, а на охлажденном адсорбере с активированным углем очищается от примесей СН4 и др. до уровня 0,5 ppm. В конденсаторе испарителе отделяется водород, остатки N2 и O2. Водород проходит через печь при температуре около 450°С, через пылевой фильтр и поступает на узел регенерации адсорберов (на чертеже не показан) или используется в других целях. После отогревания конденсатора-испарителя очищенный до уровня 5N (т.е. содержащий 99,999% основного вещества) арсин поступает в баллон потребителя. Совокупность предлагаемых мер обеспечивает увеличение производительности до 10-100 кг в сутки и более глубокую очистку от примесей.Arsenic oxide powder is poured into tank 1 and an electrolyte is poured, which is a saturated aqueous solution of arsenic oxide with a pH of 2-6 so that the electrolyzer, consisting of the required number of cells (for example, 10), is completely filled with electrolyte and the electrolyte level reaches Ѕ heights of
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008103558/15A RU2369666C1 (en) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | Method of obtaining arsine and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008103558/15A RU2369666C1 (en) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | Method of obtaining arsine and device to this end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2369666C1 true RU2369666C1 (en) | 2009-10-10 |
Family
ID=41260924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008103558/15A RU2369666C1 (en) | 2008-02-05 | 2008-02-05 | Method of obtaining arsine and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369666C1 (en) |
-
2008
- 2008-02-05 RU RU2008103558/15A patent/RU2369666C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101657568B (en) | Continuous co-current electrochemical reduction of carbon dioxide | |
US5205994A (en) | Electrolytic ozone generator | |
US4897167A (en) | Electrochemical reduction of CO2 to CH4 and C2 H4 | |
CN103233240B (en) | The lasting co-current electrochemical reduction of carbonic acid gas | |
FR2464311A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING IMPURITIES AND POLLUTION FOR MEMBRANE ALKALINE CHLORIDE CELLS | |
US8771497B2 (en) | Electrolyzer, electrodes used therefor, and electrolysis method | |
RU2718872C2 (en) | Water treatment system using device for electrolysis of aqueous solution of alkali and alkaline fuel cell | |
KR101436138B1 (en) | A seawater electrolysi and fuel cell complex system | |
CN114214638B (en) | Method and equipment for enriching carbon dioxide and co-producing hydrogen and oxygen or chlorine | |
US20240084462A1 (en) | Method and electrolysis device for the production of chlorine, carbon monoxide and optionally hydrogen | |
CA2562842C (en) | System for recovering gas produced during electrodialysis | |
KR101427563B1 (en) | Seawater electrolytic apparatus | |
US3421994A (en) | Electrochemical apparatus | |
US4191620A (en) | Electrochemical conversion of sulfur-containing anions to sulfur | |
RU2196735C1 (en) | Process of extracting monohydrate of high-purity lithium hydroxide from materials containing lithium carbonate | |
RU2369666C1 (en) | Method of obtaining arsine and device to this end | |
JPH07180076A (en) | Process and apparatus for electrolytic formation of arsine | |
CN111979558B (en) | Method and apparatus for preparing hydrogen selenide by electrolytic process | |
US1246099A (en) | Process for the extraction of chlorin. | |
CA2880255A1 (en) | Method for preparing an alkali metal | |
CN114585773B (en) | Electrolysis device and method for reducing carbon dioxide | |
US10818951B2 (en) | Method and molten salt electrolytic cell for implementing a hydrogen fuel, sustainable, closed clean energy cycle on a large scale | |
CN102839383A (en) | Method for preparing organic acid by electrolyzing organic acid salt on basis of chlor-alkali perfluor ion exchange membrane | |
CN112301367A (en) | Arsine and chlorine combined electrolysis device and arsine and chlorine combined electrolysis method using same | |
US4204937A (en) | Novel electrolytic amalgam denuder apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180206 |