184455. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilicium-tetraklorid hasznosítására aluminium-oxid kimerítő klórozásával
1 184 455 2 A találmány tárgya eljárás az alumínium és szilícium tartalmú ásványok klórozásakor melléktermékként keletkező szilícium-tetrakloridnak a gyakorlatilag vasmentes alumínium-oxidok kimerítő klprozásánál önmagában egyedüli klórozóanyagkérit történő felhasználására. Ismeretes, hogy a gyenge minőségű bauxitokban, valamint az egyéb gyenge minőségű alumíniumhordozó ásványokban, így például az agyagokban és égőpalákban az alumínium tartalom mellett, esetenként az alumíniumnál is több, jelentős mennyiségű szilícium is jelen van. Ezen ásványok további jellemzője, hogy alumínium és szilícium tartalmuk egymással összefonódva, legtöbbször alumínium-szilikátok formájában található és egymástól nehezen választható el. Az ilyen ásványok klórmetallurgiai feldolgozása során törekednek ugyan arra, hogy szelektív klórozás segítségével visszaszorítsák a szilíciumdioxid klórozását, azonban még a legkedvezőbb paraméterek mellett is jelentős mennyiségű szilícium-dioxidból keletkezik szilícium-tetraklorid melléktermékként az elsődleges cél, az ásvány alumínium-oxid tartalmának alumínium-trikloriddá történő átalakításakor. Így a klórozási eljárásban a szilicium-tetraklorid káros melléktermékként jelentkezik, mert számottevő mennyiségben von el klórt a rendszerből. Az iparban mindeddig még nem sikerült megoldani a szilícium-tetraklorid gazdaságos .módon való hasznosításának a problémáját. Utalunk itt arra, hogy pl. a 2.426 121 sz. USA-beli szabadalmi leírás szerint a szilikongyanta-gyártáshoz a szilikon-monomereket Grignard reakcióban úgy állítják elő, hogy vízmentes éterben oldott szilícium-tetrakloridhoz fém magnéziumot szuszpendálnak és lassan hozzáadják a szerves klorid-vegyületet. Így bár egy lépésben állítják elő a szilikon-monomert, az eljárás drága és nehezen tartható kézben és emellett a szilíciumtetraklorid klórtartalma veszendőbe megy. A 75.17.035 japán közzétételi leírás szerint a szilícium-tetrakloridot 200—550 °C között 3:17 arányban hidrogénnel redukálják titán, vagy titán-hidrid jelenlétében, amikor is a szilíciumtetraklorid 20—25%-ban alakul át triklór-szilán, diklór-szilán, klór-szilán és szilícium-hidrid elegyévé. A 2.209.267 sz. NSZK-beli nyilvánosságrahozatali leírás szerint a triklór-szilán előállítására a szilícium-tetrakloridot 5—10-szeres hidrogén felesleggel redukálták 800—110 °C hőmérsékleten faszén felett. Az elreagálatlan szilícium-tetrakloridtól a főképpen triklór-szilánból és kevesebb diklór-szilánból álló reakcióterméket frakcionált desztillációval választják el. Ezek az eljárások azonban az alacsony hatásfok és a termék-szétválasztás nehézségei, valamint az igen korrozív körülmények miatt nem váltak be. Ugyancsak hasonló okok miatt iparilag nem vált be a 2.520.774 sz. NSZK-beli nyilvánosságrahozatali leírásban ismertetett eljárás, amely szerint a szilícium-tetrakloridot 1:1—3 arányú hidrogénnel elemi szilíciummá redukálják szilícium-részecskékkel töltött fluid reaktorban. Nagy tisztaságú szilíciumot képesek előállítani a 3.041.145 sz. USA-beli leírásban ismertetett eljárás során, amelynél a szilícium-tetrakloridot nagyon tiszta alkáli-fémmel vagy cinkkel redukálják, azonban a gyártás igen drága. Sok eljárás foglalkozik a szilícium-tetrakloridból való szilícium-dioxid előállításával. Így megemlítjük a 76.48.797 sz. japán közzétételi leírást, mely szerint a szilícium-tetrakloridot 2—10-szeres vízmennyiséggel keverik el és a kapott gélt 710 °C-ra felhevítve szilícium-dioxid port, sósavgázt és vízgőzt kapnak. A 3.275.412 sz. USA- beli szabadalmi leírás szerint 3 000—12 000 °C hőmérsékleten részlegesen ionizált nitrogén-, argon-, levegő-, vagy oxigénáramban igen rövid reakcióidővel állítanak elő szilícium-tetrakloridból szilícium-dioxidot. A 75.78.595 sz. japán közzétételi leírás szerint pedig a szilícium-tetraklorid oxidációját szén-dioxid lézersugárban végzik. Mindezek az eljárások azonban iparilag nehezen kivitelezhetők és gazdaságtalanok. Ismeretesek még törekvések a szilícium-tetraklorid oly módon való hasznosítására, hogy belőle a kerámiaiparban felhasználható sziljcium-nitridet és a csiszolóanyagként, valamint elektromos kemencék béleléséhez felhasználandó szilícium-karbidot állítsanak elő, ennek során hűtött folyékony szilícium-tétrakloridot adagolnak hexánhoz és vízmentes ammónia gázt buborékoltatnak át rajta, majd a hexán vákuumdesztilláció útján történő eltávolítása utáni szilárd reakcióterméket 1200—1350 °C-ra hevítve szilícium-nitridet kapnak. A 74.09.500 sz. japán közzétételi leírás szerint szilícium-karbid szálakat úgy állítanak elő, hogy szilícium-tetrakloridot szénnel reagáltatnak 1500 °C-on nikkel vagy nikkel-vegyület és hélium, valamint hidrogén jelenlétében. Azonban egyrészt ezek az eljárások sem gazdaságosak, másrészt pedig üzemi kivitelezésük igen nagy műszaki problémákat jelent. Azt a célt tűztük magunk elé, hogy az alumínium-oxid és szilikát-tartalmú ásványok klórozásakor melléktermékként keletkező vagy egyéb módon rendelkezésre álló szilícium-tetrakloridból annak klórtartalmát alumínium-triklorid előállítása útján hasznos formában nyerjük viszsza oly módon, hogy ez az eljárás gazdaságos legyen. A találmányi gondolatunk lényege az, hogy a szilícium-terakloridnak a célszerűen víz- és vasmentes alumínium-oxidban dús, reakcióképes koncentrátumokkal cserebomlás útján történő elbontása 400 °C feletti előnyösen 700—1200 °C hőmérsékleten igen jó hatásfokkal végezhető, amikor is az elreagálatlan szilárd alumíniumoxidból és a kivált szilícium-dioxidból álló maradék önmagában ismert módon való szilíciummentesítési részfolyamata után, amikor tulajdonképpen a szilícium-dioxid mellől kioldjuk az alumínium-oxidot és a szilícium-dioxidot szűréssel eltávolítjuk, majd az alumíniumtartalmú oldatból ismét alumínium-oxidot képezünk és ezt visszavisszük a bontási eljárás elejére, valamint az elreagálatlan szilícium-tetrakloridot is visszakeringtetjük a rendszerben és a képző5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
