Лекция № 19. Галогенирование

План лекции:

1. Принципы галогенирования в газовой фазе

2. Получение AlCl₃ плазменным методом.

Путем инжектирования газообразных галогенов в плазменное пламя можно превратить оксиды в галоиды, находящиеся в газообразном состоянии. Этой реакции, безусловно, способствует и присутствие углерода в дуге высокой напряженности. Температуры кипения разных хлоридов настолько различны, что эти соединения можно отделить одно от другого путем конденсации отдельных фракций, выдерживаемых в камерах при соответствую­щих температурах. Хлориды таких элементов, как берил­лий, железо, алюминий, ниобий, кремний и т. п., можно улавливать при температурах ниже 500°С. Техническая осуществимость такого способа уже была доказана на таких породах, как берилл, каолин и бура. Путем селек­тивной конденсации можно отделять и хлориды с почти одинаковой температурой кипения, например NbCl₅ от ТаСl₅, так как в связи с различной 'концентрацией эле­ментов в исходном материале хлориды их имеют разные относительные точки росы. Этот метод можно применять и в промышленных условиях при переработке эвксенита и других комплексных или огнеупорных пород.

Процессы хлорирования приобретают все более ши­рокое применение в промышленности вследствие расши­рения использования процесса Кроля и способов элект­ролиза в расплавах солей. Хотя плазма является не сов­сем подходящей для реакций хлорирования средой, од­нако она повышает скорость реакций на несколько по­рядков по сравнению с их скоростями, достигаемыми в твердом несущем слое, кроме того, устраняются и дру­гие неизбежные проблемы, связанные с коррозией обо­рудования под действием горячих газообразных галоге­нов. При испытаниях этого нового процесса системати­чески получался количественно значительный выход год­ного не только в случае обычных руд, но и в случае комплексных силикатов.

Способ получения хлорида алюминия, заключается в использовании в качестве катализатора при крекинге нефтепродуктов, в органическом синтезе, крашении тканей. Способ получения алюминия хлорида включает хлорирование алюминийсодержащего сырья, в качестве которого используют порошок алюминия высокой очистки. Хлорирование ведут в потоке хлорной высокочастотной плазмы в газовой фазе, где хлор является плазмообразующим газом и компонентом реакции. Изобретение позволяет упростить способ и повысить чистоту конечного продукта (рисунок 56).

Рисунок 56. Установка для получения AlCl₃

Техническая задача предлагаемого изобретения - упрощение способа получения алюминия хлорида с повышением чистоты конечного продукта за счет упрощения химизма процесса и сокращения участвующих в нем компонентов.

Результатом решения технической задачи является то, что в способе получения алюминия хлорида, включающем хлорирование алюминийсодержащего сырья, в качестве алюминийсодержащего сырья используется порошок алюминия высокой очистки, а процесс хлорирования ведут в потоке хлорной высокочастотной плазмы.

Процесс получения алюминия хлорида осуществляется в газовой фазе путем хлорирования алюминия в хлорной высокочастотной плазме, где хлор является одновременно плазмообразующим газом и компонентом реакции.

Таким образом, процесс получения алюминия хлорида является гомогенным, а отсутствие в процессе дополнительных компонентов, входящих в состав алюминийсодержащего сырья (например, каолина), исключает загрязнение конечного продукта, что и является новым техническим эффектом заявляемого изобретения.

Способ получения алюминия хлорида осуществляется с помощью установки, представленной на чертеже.

По трубопроводу 1 в плазмоголовку 2 вводится плазмообразующий газ - хлор высокой очистки, который под действием высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого индуктором 3, ионизируется и при поджигании с помощью поджигающего устройства (на чертеже не показано) переходит в плазменное состояние. Полученная хлорная плазма при температуре 5800К поступает в камеру смешения 4, куда по патрубкам 5 в хлорный плазменный поток подается порошок алюминия высокой очистки. Под действием высокой температуры плазменного потока происходит испарение металлического порошка, и процесс получения алюминия хлорида протекает в газовой фазе при температуре 5800К и длительности процесса (2,5-3,5)·10^-3с по реакции: 2Al + 3Cl = 2AlCl₃.

Затем проводят закалку продукта реакции. Для этого в водоохлаждаемую камеру смешения 4 по патрубкам 6 подается закалочный агент, причем водяное охлаждение камеры смешения осуществляется подачей воды через патрубки 7. При этом хлорид алюминия, находящийся в парообразном состоянии, конденсируется и коагулируется в твердые частицы.

Полное превращение конечного продукта происходит в реакторе 8, внутри которого установлена водоохлаждаемая решетка 9, а охлаждение реактора и решетки осуществляется подачей воды через патрубки 10 и 11 соответственно. Причем охлажденные твердые частицы алюминия хлорида частично оседают и поступают в накопительный бункер 12, остальная же часть через газоходы 13 улавливается циклоном 14 с установленным под ним бункером 15 и фильтром 16, где происходит окончательное улавливание частиц алюминия хлорида, при этом отходящий газ по газопроводу 17 направляется на утилизацию остаточного хлора, а конечный продукт в виде частиц алюминия хлорида скапливается в бункере 18.

Таким образом, упрощение химизма процесса получения алюминия хлорида позволяет использовать малогабаритное высокопроизводительное оборудование, а исключение из процесса ядовитого газа фосгена исключает возможность загрязнения окружающей атмосферы.

Контрольные вопросы

1. В каком случае используется метод галогенирования в газовой фазе.

2. Установка для получения AlCl₃ в плазме.

Литература

1. Дембовский В. Плазменная металлургия.- М.: Металлургия. 1981. -280с

2. Сидоренко В.Ф., Андиакова Т.В., Пат.РФ. 2559946. Способ получения алюминия хлорида. 2001.