RU2810197C2 - Method for chlorination of silicon, titanium, aluminium and iron oxides - Google Patents
Method for chlorination of silicon, titanium, aluminium and iron oxides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810197C2 RU2810197C2 RU2022109630A RU2022109630A RU2810197C2 RU 2810197 C2 RU2810197 C2 RU 2810197C2 RU 2022109630 A RU2022109630 A RU 2022109630A RU 2022109630 A RU2022109630 A RU 2022109630A RU 2810197 C2 RU2810197 C2 RU 2810197C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- silicon
- aluminium
- oxides
- chlorination
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 title abstract description 14
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 title abstract description 5
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 title abstract 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 3
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 4
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 3
- 239000008267 milk Substances 0.000 claims description 3
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 claims description 3
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000003245 working effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- YGYAWVDWMABLBF-UHFFFAOYSA-N Phosgene Chemical compound ClC(Cl)=O YGYAWVDWMABLBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2,2-bis(chloromethyl)propane Chemical compound ClCC(CCl)(CCl)CCl KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000002008 calcined petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000009870 titanium metallurgy Methods 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical class Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Известно, что основными и наиболее распространенными конструкционными элементами земной коры (З.К.) являются кремний (27,6% массовых), алюминий (8,8% м), железо (5,1% м) и титан (0,6% м). [По А.П. Виноградову, спр. Химика, т.1, ГХИ, Л., 1963, М, 1071 с]. При этом количество кислорода в З.К. равно 47,2%м - в составе химических соединений, главным образом, оксидов SiO2, Al2O3, Fe2O3 и TiO2 с температурами плавления от 1500 до 2050°С и кипения от ~2230 до 2980°С.It is known that the main and most common structural elements of the earth's crust (E.C.) are silicon (27.6% by mass), aluminum (8.8% m), iron (5.1% m) and titanium (0.6 % m). [According to A.P. Vinogradov, reference Khimika, vol. 1, GHI, L., 1963, M, 1071 p.]. At the same time, the amount of oxygen in the Z.K. equal to 47.2% m - in the composition of chemical compounds, mainly oxides SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 and TiO 2 with melting points from 1500 to 2050 ° C and boiling points from ~ 2230 to 2980 ° C.
Классические методы производства в металлургии кремния и железа, известные в общих чертах тысячи лет, отличаются соответственно высоким расходом энергии и экологическим неблагополучием. Хлориды тех же металлов имеют очень низкие температуры плавления (SiCl4 ~ -70°С; TiCl4 ~ -23°С; AlCl3 ~+180°С (возгоняется); FeCl3+306,5°С) и кипения от +58°С для SiCLi до +318°С (для FeCl3). Поэтому человечество в последние ~150 лет иногда стремится создавать и использовать технологии производства металлов из галогенидов. В настоящее время кремний солнечного и электронного уровня чистоты производится, в основном, из трихлорида SiHCl3 [Solar Silicon processes. Technologies, Challenges, and Opportunities. Edited by Bruno Ceccarolli, Eivind Ovrelid, Sergio Pizzini. CRC Press Boca Raton London, New York, 2016y. 250 &.].Classical methods of production in metallurgy of silicon and iron, known in general terms for thousands of years, are characterized by correspondingly high energy consumption and environmental disadvantages. Chlorides of the same metals have very low melting points (SiCl 4 ~ -70°C; TiCl 4 ~ -23°C; AlCl 3 ~+180°C (sublimes); FeCl 3 +306.5°C) and boiling points from + 58°С for SiCLi to +318°С (for FeCl 3 ). Therefore, humanity in the last ~150 years has sometimes sought to create and use technologies for the production of metals from halides. Currently, solar and electronic grade silicon is produced primarily from SiHCl 3 trichloride [Solar Silicon processes. Technologies, Challenges, and Opportunities. Edited by Bruno Ceccarolli, Eivind Ovrelid, Sergio Pizzini. CRC Press Boca Raton London, New York, 2016y. 250 &.].
Производство титана по методу Кролла освоено из первичных оксидных форм, но восстановление до металла производится из тетрахлорида, получаемого хлорированием оксида. [А.В. Тарасов Металлургия титана, ИКЦ «Академкнига», 2003 г, 327 с.].The production of titanium using the Kroll method is mastered from primary oxide forms, but reduction to the metal is carried out from tetrachloride obtained by chlorination of the oxide. [A.V. Tarasov Metallurgy of titanium, ICC “Akademkniga”, 2003, 327 pp.].
В методе ALCOA производства алюминия, использовалось каталитическое хлорирование Al2O3 хлором в присутствии углерода при температурах (900-1000)К. К сожалению, с попутным образованием ядовитого фосгена COCl2, что и было одной из причин отказа от этого метода. [К. Griotheim and Qiu Zhuxian. Molten Salt Technology - Theory and Application, Shenyang, 110006, PRC, 1991, 3. 435].The ALCOA method for aluminum production used catalytic chlorination of Al 2 O 3 with chlorine in the presence of carbon at temperatures (900-1000) K. Unfortunately, with the accompanying formation of poisonous phosgene COCl 2 , which was one of the reasons for abandoning this method. [TO. Griotheim and Qiu Zhuxian. Molten Salt Technology - Theory and Application, Shenyang, 110006, PRC, 1991, 3. 435].
Уровень техникиState of the art
Систематических исследований - изобретений по поискам оптимальных методов хлорирования оксидных форм при низких температурах, по-видимому, не существует. Однако, известно, что из смеси метана и хлора при относительно невысокой температуре в 300°С можно получить четыреххлористый углерод, находивший применение при сухой очистке одежды. Этот хлорид ранее использовали и для наполнения огнетушителей [Л.Полинг. Общая химия, М., Мир, 1974, 845 с; сс 219-220. С англ. LINUS PAULING, 1970, W. Н. FREEMAN AND COMPANY, SAN-FRANCISCO].Systematic research and inventions in search of optimal methods for chlorination of oxide forms at low temperatures apparently do not exist. However, it is known that from a mixture of methane and chlorine at a relatively low temperature of 300°C, carbon tetrachloride can be obtained, which is used in dry cleaning of clothes. This chloride was previously used to fill fire extinguishers [L. Pauling. General chemistry, M., Mir, 1974, 845 pp.; ss 219-220. From English LINUS PAULING, 1970, W. N. FREEMAN AND COMPANY, SAN FRANCISCO].
Четыреххлористый углерод CCl4 имеет очень низкие значения температуры плавления и кипения (Табл. 1). Как «родоначальник» легкоплавких хлоридов он может быть прекрасным донором хлора при минимально возможном количестве углерода в молекуле. В самом деле, моль CCl4 в 153,8 г(100%) содержит 141,8 г Cl2(92,2%) и только 12 г углерода (~8%!!!). При температурах ниже 100°С и отсутствии монооксида углерода в системе не может быть фосгена(!).Carbon tetrachloride CCl 4 has very low melting and boiling points (Table 1). As the “ancestor” of fusible chlorides, it can be an excellent donor of chlorine with the minimum possible amount of carbon in the molecule. In fact, a mole of CCl 4 in 153.8 g (100%) contains 141.8 g Cl 2 (92.2%) and only 12 g carbon (~8%!!!). At temperatures below 100°C and the absence of carbon monoxide, there cannot be phosgene in the system (!).
А где взять углерод? При электролизе криолито-глиноземных расплавов используется углерод в виде прокаленного нефтяного кокса для анодов, который в новой хлорной промышленности металлотермического восстановления не нужен. А для получения CCl4 этот дисперсный углерод и нужен для реакцииWhere can you get carbon? The electrolysis of cryolite-alumina melts uses carbon in the form of calcined petroleum coke for anodes, which is not needed in the new chlorine metallothermic reduction industry. And to obtain CCl 4 , this dispersed carbon is needed for the reaction
где индексы "к" - "кокс" или кристаллический, а "г" - "газ".where the indices “k” are “coke” or crystalline, and “g” is “gas”.
Температура прокалки кокса может быть значительно снижена, т.к. в металлотермическом производстве не требуется обеспечивать высокую электропроводимость. (Производство металлотермическое).The coke calcination temperature can be significantly reduced, because in metallothermic production it is not necessary to ensure high electrical conductivity. (metallothermic production).
Аналоги и прототипыAnalogs and prototypes
Наиболее ранние предложения по хлорированию оксидных форм, например, Al2O3, с использованием систем, содержащих углерод, СО и Cl2 в диапазоне температур (900-1200) К известны с начала XIXв [См. К. Griotheim and Oiu Zhuxian в разделе «Область техники»]. Наиболее перспективным казалось каталитическое хлорирование в проекте ALCOA, оказавшееся неприемлемым из-за образования фосгена.The earliest proposals for the chlorination of oxide forms, for example, Al 2 O 3 , using systems containing carbon, CO and Cl 2 in the temperature range (900-1200) K have been known since the beginning of the 19th century [See. K. Griotheim and Oiu Zhuxian in the Technical Field]. Catalytic chlorination seemed most promising in the ALCOA project, but it turned out to be unacceptable due to the formation of phosgene.
Другими аналогами являются многочисленные попытки хлорирования TiO2 с целью перевода его в TiCl4 в металлургии титана с использованием систем, содержащих углерод, СО, СО2, Cl2 …, COCl2 и TiCl4. Для температуры (600-900)°С в результате термодинамических расчетов и анализа состава газовой фазы установлено, что при понижении температуры с 900 до 600°С содержание фосгена в газовой смеси уменьшается с 1,06 * 10-9 до 5,63 * 10-12 т.е. снижается в 1000 раз. [А.Н. Зеликман, Г.А. Меерсон. Металлургия редких металлов, М., «Металлургия», 1973, 607 сс.; с. 273]. Этот путь при снижении температуры до возможно более низких значений и одновременного использования малых(!!) количеств углерода в соединениях его с хлором как донора хлора и одновременно катализатора может быть назван ближайшим прототипом предложенному способу.Other analogues are numerous attempts to chlorinate TiO 2 in order to convert it into TiCl 4 in titanium metallurgy using systems containing carbon, CO, CO 2 , Cl 2 ..., COCl 2 and TiCl 4 . For temperatures (600-900)°C, as a result of thermodynamic calculations and analysis of the composition of the gas phase, it was established that when the temperature decreases from 900 to 600°C, the phosgene content in the gas mixture decreases from 1.06 * 10 -9 to 5.63 * 10 -12 i.e. decreases by 1000 times. [A.N. Zelikman, G.A. Meyerson. Metallurgy of rare metals, M., “Metallurgy”, 1973, 607 pp.; With. 273]. This way, by reducing the temperature to the lowest possible values and simultaneously using small (!!) amounts of carbon in its compounds with chlorine as a chlorine donor and at the same time a catalyst, can be called the closest prototype of the proposed method.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Содержание нашего технического решения заключается в том, что для хлорирования используют четыреххлористый углерод, который производят по реакции (1) с хлорированием углерода нефтяного кокса - продукта переработки нефти. Четыреххлористый углерод обладает низкотемпературным диапазоном жидкого состояния, составляющим около 100°С от ~23 до +77°С.The content of our technical solution is that for chlorination we use carbon tetrachloride, which is produced by reaction (1) with the chlorination of carbon from petroleum coke - a product of oil refining. Carbon tetrachloride has a low-temperature liquid state range of about 100°C from ~23 to +77°C.
Реакции хлорирования рассматриваемых оксидов при независимом исполнении каждой из них могут быть представлены следующими уравнениямиThe chlorination reactions of the oxides under consideration, when each of them is performed independently, can be represented by the following equations
Здесь индексы означают: "т.,д" - твердое, дисперсное; "г" - газовое состояние; "к.ф." -конденсированные фазы.Here the indices mean: “t.,d” - solid, dispersed; "g" - gas state; "k.f." -condensed phases.
Условия процессов (1) - (5) определяются температурами фазовых переходов хлоридов (табл. 1).The conditions of processes (1) - (5) are determined by the temperatures of phase transitions of chlorides (Table 1).
Далее необходимо обеспечить полноту превращения исходных оксидов в хлориды, что возможно благодаря уносу диоксида углерода в газовую фазу, II закону термодинамики (правилу Ле-Шателье) при обеспечении разделения любого из хлоридов и диоксида углерода. Насколько выполнима эта часть задачи?Next, it is necessary to ensure the complete conversion of the original oxides into chlorides, which is possible due to the entrainment of carbon dioxide into the gas phase, the II law of thermodynamics (Le Chatelier's rule) while ensuring the separation of any of the chlorides and carbon dioxide. How feasible is this part of the task?
Плотность диоксида углерода в реальных условиях выполнения любой из реакций (1) -(5) т.е. в диапазоне от -70°С до +300°С составляет в первом приближении около 0,4-0,5 г/см3 при плотности хлоридов в конденсированном состоянии SiCl4 ~1,483 г/см3; TiCl4 ~2,06 г/см3; AlCl3 2,44 г/см3 и FeCl3~2,9 г/см3. Иначе говоря, используя известные методы гравитационной очистки газового потока от любого из хлоридов в конденсированном состоянии, можно легко отделить хлорид от диоксида углерода. Далее этот поток можно направить на взаимодействие с известковым молоком, получить в результате карбонаты и связанный в них диоксид углерода направить в отработанные горные выработки или на дно океана. Каковы должны быть температурные условия хлорирования? В системе с соединениями алюминия температура процесса должна быть не выше равновесной температуры возгонки AlCl3, т.е. порядка 175°С, а в системе с железом около 300°С, т.е. ниже температуры плавления FeCl3 (306,5°С). С целью получения в жидкофазном дисперсном состоянии тетрахлоридов кремния и титана для них температура процесса должна составлять -(65:70)°С в реакции с кремнием и -(18-23)°С в процессах с титаном. Иначе говоря, в последних системах следует использовать их охлаждение. Во всех четырех системах представляется необходимым получать хлориды в конденсированном твердом или жидком состояниях.The density of carbon dioxide under real conditions of performing any of the reactions (1) - (5), i.e. in the range from -70°C to +300°C is, as a first approximation, about 0.4-0.5 g/cm 3 with the density of chlorides in the condensed state SiCl 4 ~1.483 g/cm 3 ; TiCl 4 ~2.06 g/cm 3 ; AlCl 3 2.44 g/cm 3 and FeCl 3 ~2.9 g/cm 3 . In other words, using known methods of gravitational purification of a gas stream from any of the chlorides in the condensed state, one can easily separate the chloride from carbon dioxide. This flow can then be directed to interact with lime milk, resulting in carbonates and the carbon dioxide bound in them sent to waste mine workings or to the ocean floor. What should be the temperature conditions for chlorination? In a system with aluminum compounds, the process temperature should not be higher than the equilibrium sublimation temperature of AlCl 3 , i.e. about 175°C, and in the system with iron about 300°C, i.e. below the melting point of FeCl 3 (306.5°C). In order to obtain silicon and titanium tetrachlorides in a liquid-phase dispersed state, the process temperature for them should be -(65:70)°C in reactions with silicon and -(18-23)°C in processes with titanium. In other words, the latter systems should use their cooling. In all four systems it seems necessary to obtain chlorides in condensed solid or liquid states.
Благодаря этому, а также пользуясь высокими значениями плотности хлоридов и удастся далее выводить их из смеси с диоксидом углерода.Thanks to this, as well as taking advantage of the high density values of chlorides, it will be possible to further remove them from the mixture with carbon dioxide.
Технический результатTechnical result
Заключается в осуществлении реакций хлорирования оксидов кремния, титана, алюминия и железа с выполнением этих процессов при низких температурах в герметичной среде с применением CCl4, как уникального донора хлора и, одновременно, катализатора процессов превращения оксидов в хлориды. Попутный продукт - диоксид углерода легко отделяется от полученных хлоридов, может быть удален из системы известным приемом связывания его в карбонаты в контакте с известковым «молоком», и захоронением в отработанных горных выработках или на дне океана.It consists in carrying out chlorination reactions of silicon, titanium, aluminum and iron oxides with the implementation of these processes at low temperatures in a sealed environment using CCl 4 as a unique chlorine donor and, at the same time, a catalyst for the processes of converting oxides into chlorides. The by-product, carbon dioxide, is easily separated from the resulting chlorides and can be removed from the system by the known method of binding it into carbonates in contact with lime “milk” and burial in waste mine workings or on the ocean floor.
Сведения, подтверждающие возможность и целесообразность осуществления изобретения.Information confirming the possibility and feasibility of implementing the invention.
Известно, что в химической термодинамике основным критерием возможности или невозможности протекания реакции взаимодействия является убыль при этом свободной энергии Гиббса (ΔGT) или Гельмгольца (ΔFT).It is known that in chemical thermodynamics the main criterion for the possibility or impossibility of an interaction reaction is the decrease in the Gibbs free energy (ΔG T ) or Helmholtz (ΔF T ).
Если ΔGT<0 (или ΔFT<0), то, процесс возможен. Выполненные нами термодинамические расчеты показали, что для предлагаемых температурных режимов реакции (1) - (5) вблизи стандартной температуры 298К все имеют значение ΔGT°<0., т.е. процессы возможны или теоретически реализованы. (Табл. 2).If ΔG T <0 (or ΔF T <0), then the process is possible. The thermodynamic calculations we performed showed that for the proposed temperature regimes of reaction (1) - (5) near the standard temperature of 298 K, all have the value ΔG T °<0., i.e. processes are possible or theoretically implemented. (Table 2).
Кинетические сопротивления, если они появятся, могут быть устранены с использованием как уникальных свойств CCl4, так и благодаря каталитическим возможностям свежеприготовленного нефтяного кокса.Kinetic resistances, if they occur, can be eliminated using both the unique properties of CCl 4 and the catalytic capabilities of freshly prepared petroleum coke.
Описание изобретения в статике и во взаимодействии.Description of the invention in statics and interaction.
Важнейшей частью изобретения является получение в качестве донора хлора и одновременно катализатора четыреххлористого углерода. Его производят в результате прокалки нефтяного кокса при температуре 600-700°С и последующей обработки хлором.The most important part of the invention is the production of carbon tetrachloride as a chlorine donor and at the same time as a catalyst. It is produced by calcining petroleum coke at a temperature of 600-700°C and subsequent treatment with chlorine.
Далее любой из рассматриваемых оксидов, взятый в порошкообразном состоянии, обрабатывают газообразным четыреххлористым углеродом с получением хлорида в конденсированной форме и диоксида углерода.Next, any of the oxides in question, taken in powder form, is treated with gaseous carbon tetrachloride to produce chloride in condensed form and carbon dioxide.
Из этого газового потока хлорид выделяют с использованием гравитационных методов очистки и различий в плотностях газовых и конденсированных фаз.Chloride is separated from this gas stream using gravity purification methods and differences in the densities of the gas and condensed phases.
В заключение диоксид углерода, очищенный от хлоридов, обрабатывают известковым молоком, а полученные карбонаты направляют в отработанные горные выработки или на дно мирового океана в участках, свободных от вулканической деятельности.Finally, carbon dioxide, purified from chlorides, is treated with milk of lime, and the resulting carbonates are sent to waste mines or to the bottom of the world's oceans in areas free from volcanic activity.
Основные продукты - хлориды металлов используют как сырье для низкотемпературного металлотермического получения порошков кремния, титана, алюминия или железа, позволяющего многократно снизить затраты.The main products - metal chlorides - are used as raw materials for low-temperature metallothermic production of silicon, titanium, aluminum or iron powders, which allows many times to reduce costs.
Следует подчеркнуть в заключение, что все стадии переработки хлоридов выполняют в герметичной аппаратуре при отсутствии в ней влаги и кислорода.It should be emphasized in conclusion that all stages of chloride processing are performed in sealed equipment in the absence of moisture and oxygen.
И еще. В качестве исходных оксидов представляется целесообразным использовать кремнезем, пигментный диоксид титана, оксиды алюминия и железа, добываемые из минералов типа глин, каолинов…. Выбор оптимальных минеральных форм оксидов является самостоятельной геохимической и металлургической задачей.And further. As initial oxides, it seems advisable to use silica, pigment titanium dioxide, aluminum and iron oxides extracted from minerals such as clays, kaolins…. The selection of optimal mineral forms of oxides is an independent geochemical and metallurgical task.
Claims (3)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022109630A RU2022109630A (en) | 2023-10-11 |
| RU2810197C2 true RU2810197C2 (en) | 2023-12-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU162516A1 (en) * | ||||
| GB843261A (en) * | 1955-11-08 | 1960-08-04 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to production of chlorides of metals |
| GB862392A (en) * | 1956-03-13 | 1961-03-08 | Columbia Southern Chem Corp | The production of metal chlorides |
| GB893067A (en) * | 1959-10-26 | 1962-04-04 | Titanium Metals Corp | Chlorination of metal-bearing materials |
| SU818475A3 (en) * | 1977-03-23 | 1981-03-30 | Алюминум Компани Оф Америка (Фирма) | Method of aluminium chloride production |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU162516A1 (en) * | ||||
| GB843261A (en) * | 1955-11-08 | 1960-08-04 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to production of chlorides of metals |
| GB862392A (en) * | 1956-03-13 | 1961-03-08 | Columbia Southern Chem Corp | The production of metal chlorides |
| GB893067A (en) * | 1959-10-26 | 1962-04-04 | Titanium Metals Corp | Chlorination of metal-bearing materials |
| SU818475A3 (en) * | 1977-03-23 | 1981-03-30 | Алюминум Компани Оф Америка (Фирма) | Method of aluminium chloride production |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РОЗАНОВ В.Н. и др. Ещё раз о переработке четыреххлористого углерода., Химическая промышленность сегодня, 2006, N12, с. 22-31. ФУРМАН А.А. Неорганические хлориды (химия и технология)., М., Химия, 1980, с. 10, 11, 13, 18, 19, 20. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2800726B1 (en) | A process for manufacturing aluminum from bauxite or its residue | |
| Rhamdhani et al. | Alternative Al production methods: Part 1–a review of indirect carbothermal routes | |
| CA1277144C (en) | Production of magnesium metal from magnesium containing materials | |
| JPS58500663A (en) | Recovery of cathode waste material from aluminum electrolyzers | |
| CA1069673A (en) | Production of aluminum chloride | |
| US4264569A (en) | Production of anhydrous aluminium chloride | |
| NO166932B (en) | PROCEDURE FOR MANUFACTURING IRON GLIMPS. | |
| US20140308197A1 (en) | Production of titanium compounds and metal by sustainable Methods | |
| RU2810197C2 (en) | Method for chlorination of silicon, titanium, aluminium and iron oxides | |
| Landsberg | Chlorination kinetics of aluminum bearing minerals | |
| US4039647A (en) | Production of aluminum chloride | |
| US4563338A (en) | Selective chlorination method for mixtures of metallic oxides of natural or synthetic origin | |
| FI83234B (en) | CHARACTERIZATION OF A TYPE OF TITLE HALM GENOM UTNYTTJANDE AV FERRIKLORID. | |
| JPS5945736B2 (en) | How to halogenate clay | |
| US6808695B1 (en) | Process for continuously producing aluminum from clays | |
| EP0007803B1 (en) | Process for the preparation of anhydrous magnesium chloride | |
| US4363789A (en) | Alumina production via aluminum chloride oxidation | |
| US3926614A (en) | Ilmenite beneficiation with fecl' 3 'glaeser; hans hellmut | |
| Namboothiri et al. | Bauxite Processing via Chloride Route to Produce Chloride Products and Subsequent Electrolysis of Aluminium Chloride to Produce Aluminium Metal | |
| Rhamdhani et al. | Production Methods for Aluminum: Alternative | |
| De Beauchamp | Preparation of Anhydrous Aluminum Chloride | |
| WO1983001612A1 (en) | Chlorination of an aluminous material | |
| Xiao et al. | Sulfidation of Al2O3 with CS2 gas | |
| RU2513402C2 (en) | Method of obtaining aluminium dodecaboride | |
| Gokcen | Rates of Chlorination of Aluminous Resources |