Способ обогащения кремнием силико-алюминиевого сплава

Способ обогащения кремнием силико-алюминиевого сплава

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 920074 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16. 06. 80 (21) 2943425/22- 02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (53)M. Кл.

С 22 В 9/00

С 22 С 21/02

Гаеударстеенный квинтет

СССР аа аелеи нзебретеннй и еткрытнй

Опубликовано 15. 04. 82. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 16. 04. 82 (53) УДК 547. 256. .2.07:669.

° 715(088.8) Е.И. Лариков, H.Н,Корнеев, С.Л. Ге шкохен, Л.И. Захаркин

В.В. Гавриленко и Е.С. Якубовский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ КРЕИНИЕИ СИЛИКОАЛЮМИНИЕВОГО

СПЛАВА

Изобретение относится к металлургии, а именно к обогащению кремнием силикоалюминиевого сплава.

Первичный силикоалюминий, получаемый прямым электротермическим восстановлением углеродом алюмосиликатных руд,.содержит 55-603 алюминия, 30353 кремния и 1,5-9/ железа, британа и шлаков. Переработанные физическим путем сплавы используются в качестве лигатуры при прозводстве литейных сплавов, имеющих ограниченное применение.

Известна очистка кремния от металлических примесей, при которой исходный сплав кипятят в соляной, серной и плавиковой кислотах. При этом основная часть примесей в виде соответствующих солей переходит в раствор, который отделяют от кремнистого остатка (1) .

Недостатками указанного способа являются высокая агрессивность среды, создаваемая горячими кислотами, 2 необходимость использования по этой причине дорогостоящего оборудования, большой расход кислот и получение солей алюминия и примесей в виде смесей, реализация которых весьма ограничена.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ обогащения силикоалюминиевого сплава, заключающийся в том, что сплав подвергают взаимодействию с алюминийорганическими соединениями, водородом и -олефином при 100-120 С и давлении 100-200 атм в течение 15 ч.

При этом удается извлечь в виде алюминийорганического соединения до

90 алюминия, обогатив тем самым сплав кремния до 60-653 j2) .

Недостатками способа являются высокая опасность алюминийорганического производства вследствие .не. обходимости использования высоких давлений (предпочтительно 100-200 атм и таких взрывоопасных, горючих га920074

30 зов, как водород и этилен, а также самовоспламеняемость самих алюминийорганических соединений, что требует сложного аппаратурного оформления и строжайшего выполнения правил техники безопасности.

Цель изобретения - повышение безопасности и упрощение аппаратурного оформления процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обогашения кремнием силикоалюминиевого сплава, включающий его активирование, обработку органическим реагентом при нагревании с выделением целевого продукта, активированный силикоалюминиевый сплав обрабатывают этиловым спиртом при температуре кипения спирта и одновременно или последовательно со стадией алкоголиза про@ . водят при 20-80 С гидролиз реакционной массы из расчета 0,5-1,0 г/моль воды на 1 г/атом алюминия, после чего разделяют продукты процесса.

Основная схема реакции предложенного процесса следующая:

А! +3 С Н ÎH А1 0C2 Нв + 1, 5Н ,0С Н пА1 (ОС Нв )з+ пН О - (А! О) +2п С Н5ОН

Для того, чтобы реакция алкоголиза началась, силикоалюминиевый сплав активируют добавлением кристаллика иода, либо спиртового раствора тетраэтоксиалюмоксана и 2-5-кратного избыточного количества абсолютного этилового спирта от веса сплава.

Реакционную массу греют при перемешивании, образуется суспензия этилата алюминия в спирте, к которой либо сразу приливают оставшийся абсолютированный спирт, либо постепенно при капывают спиртовый раствор воды.

Количество воды в расчете на алюминий, содержащийся в сплаве, должно составля гь 0,5-1 моль/г-атом.

1 риэтоксиалюминий не растворяется в этиловом спирте, а находится в сусгензии вместе с кремнистым остатком и соответственно не может быть от.делен от последнего, Однако при обработке суспензии триэтоксиалюминия в спирте водой образуется, в зависимости от соотношения Н О/Л1, соединение алюминия от тетраэтокси- до полиэтоксиалюмоксана, растворимых в спирте, Соотношение Н2 0/А1 от

0,5 до 1 обусловлено тем, что при ис пользовании на г/атом алюминия!

55 менее 0,5 г/молей воды часть триэтоксиалюминия останется в виде нерастворимого остатка с кремнием.

При использовании более 1 моля воды, часть алюминия выпадает в осадок в виде гидроокиси и также увеличивает содержание примесей в кремнистом остатке.

S том случае, когда алкоголиз и гидролиз проводят в две стадии, алкоголиз осуществляют абсолютированным спиртом и реакция заканчивается за 1-2 ч, но, вследствие,гетерогенности реакции, необходимо значительное разбавление суспензии этилата алюминия спиртом для создания достаточно подвижной массы.

Для уменьшения расхода спирта и увеличения съема продукта с единицы объема можно проводить одновременно алкоголиз и гидролиз. В этом случае для завершения реакции необходимо около 4-х ч. К силикоалюминиевому сплаву добавляют спиртовой раствор тетраэтоксиалюмоксана или небольшое количество абсолютированного спирта, греют до кипения, начинает идти реакция алкоголиза, после чего по мере загустевания массы добавляют постепенно спиртовой раствор воды. В этом случае расход спирта может быть уменьшен примерно в

3-3,5 раза

Процесс гидролиза проводят при

20-80 С, преимущественно 70-80 С.

Разработанный процесс дает возможность извлекать из силикоалюминия практически весь алюминий, находящийся в металлической форме, т.е. до 903 исходного алюминия. Оставшийся кремнистый остаток обогащается кремнием до 65-70 . Расход спирта

20-70 г на 1 г алюминия силикоалюминиевого сплава.

Выделенные из спиртовых растворов этоксисоединения алюминия содержат металлы — примеси исходного сплава в виде микропримесей по 0,00!—

0,00013 и могут быть использованы в промышленности в качестве полупродуктов для получения ряда производных алюминия и в качестве товарных продуктов.

Пример 1 . В колбу с обратным холодильником, мешалкой, термометром и капельной воронкой загружают 2,35 г миликоалюминиевого спгава (А1=51Ф, Sf=36 4), кристаллик иода и заливают 1 00,мл абсолютиро20074 6

20

25 зю

ñ 9 ванного этилового спирта. Газовыделение начинается уже при 20-25 С, при 40-50 С усиливается, а при 75о

80 С после 1-го ч выдержки полностью заканчивается.

Образующуюся суспенэию этилата алюминия и кремнистого остатка в спирте охлаждают до 20-25 С, эагружа ют при перемешивании 0,4 мл (0,0222 г-моль, соотношение 0,5 моля воды/1 г-атом A1) воды, после чего греют, при 70-80 С масса быстро разжижается, поскольку гидролиэованный этилат алюминия переходит в раствор.

Массу охлаждают, фильтруют, осадок на фильтре промывают дополнительным количеством спирта. Кремнистый остаток сушат до постоянного веса.

Вес остатка 1,28 г, состав, 66,1, Al 9,8. Фильтрат выпаривают, получают 5,02 г твердого тетраэтоксиалюмоксана. Содержание Al: найдено — 21,43, вычислено — 21,61.

Пример 2 . Проводят опыт ана логично примеру 1. Для гидролиза берут 0,8 мл (0,0444 г-моль, 1 моль/

1 г-атом Al) воды. После фильтрации и отгонки спирта получают твердый полиэтоксиалюмоксан в количестве

3,4 r, содержащий Al=30,2i, вычислено - 30,73. Кремнистый остаток, 1,325 г, содержит, l: Si 64, Аl

13,2.

П р и и е р 3. К 2 г силикоалюминиевого сплава (A1=60,41, 51=333) добавляют 10 г спиртового раствора тетраэтоксиалюмоксана (А1=-2,14) и

80 мл абсолютного этилового спирта.

Массу при перемешивании греют до кипения и выдерживают до полного газовыделения 1 ч, после чего в течение

0,5 ч к суспензии добавляют 0,4 г (0,0222 г-моль, 0,5 моля/1 г-атом Аl) воды. Образующийся раствор тетраэтоксиалюмоксана отделяют от осадка. фильтрованием. Кремнистый остаток сушат до постоянного веса. Получают

0,9 г кремнистого остатка, содержащий, ф: Si 72,5, Аl 13,2.

Пример 4. К 2 r силикоалюминиевого сплава (Аl 60,4/, 5i 334) добавляют 10 r спиртового раствора тетраэтоксиалюмоксана (А =2,14), греют до кипения, масса густеет и через 15 мин начинают подавать 0,4 г (0,0222 г-моль, 0 5 моля/1 г-атом Al) воды в 25 мл этилового спирта. Реакция заканчивается за 4 ч. По окончании подачи спирта массу охлаждают и фильтруют. Кремнистый остаток

0,95 г содержит, i: 68,5 кремния и

16,9 алюминия.

Пример 5. К 2 г силикоалюминиевого сплава (А1=60,4i, Si=33,":) добавляют 10 мл абсолютированного этилового спирта. Греют до кипения и по иере загустения массы добавляют в течение 1 ч 60 мл этилового спирта, по окончании реакции в течение 0,5 ч добавляют 0,4 r (0,0222 гмоль, 0,5 моля/1 г-атом Al) воды в

l0 г этилового спирта. Массу фильтруют, получают 0,92 г кремнистого остатка, содержащего, 3: 51 68, 14,3.

Пример 6. Проводят опыт по аналогии примеру 1, для гидролиза берут 0,36 мл -(0,02 г-моль, 0,45 г-моля

Н О/1 г-атом Al} воды. Получают

1,64 г кремнистого остатка, содержащего, б: Si=51,5, Al 11,3.

Пример 7. Проводят опыт аналогично примеру 2, для гидролиза берут 0,85 мл (0,0472 r-моль, 1,06 г-моля HpO/1 г-атом Аl) воды.

Кремнистый остаток 2,5 г, содержит, 3: =33,9 Al=23,8.

Использование предлагаемого способа обогащения кремнием силикоалюминиевого сплава позволяет упростить аппаратурное оформление процесса в связи с отсутствием повышенных температур и давления; проводить процесс в безопасных условиях, поскольку устраняется необходимость использования взрывоопасных и самовоспламеняющихся веществ таких как водород, этилен, алюминийорганические соединения. формула изобретения

Способ обогащения кремнием силикоалюминиевого сплава, включающий активирование сплава, обработку органическим реагентом при нагревании с выделением целевого продукта ведут известным методом, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения безопасности и упрощения аппаратурного оформления процесса, активированный силикоалюминиевый сплав обрабатывают этиловым спиртом при температуре кипения спирта и одновременно или последовательно со стадией алкоголиэа проводят при 20-80 С гидролиэ реакционной массы иэ расчета 0,5-1,0 г/моль воды на 1 г/атом алюминия, после чего разделяют продукты процесса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Муроч Н.H. Кислотный способ получения кремния высокой чистоты и пути его развития. В кн. " Чистые металлы и полупроводники", (Труды

920074 8

1 Межвузовской конференции по чистым металлам, металлическим соединениям и полупроводниковым материалам, 15-18 октября 1957), Н., 1959.

2. Патент США 339321! кл. 260-448, 1968.

Заказ 2271/2 Тираж 57

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель А. Арнольд

Редактор Н. Киштулинец Техред A- Бабинец . Корректор В. Б тяга