Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Физико-химические основы получения высокочистого трихлорида мышьяка из нетрадиционного сырья

Диссертация: Физико-химические основы получения высокочистого трихлорида мышьяка из нетрадиционного сырья
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В настоящее время промышленный выпуск особо чистого мышьяка и его соединений в нашей стране отсутствует. Как известно, основными промышленными источниками мышьяка являются минералы: реальгар As4S4, аурипигмент As2S3 и арсенопирит FeAsS. Поскольку в России нет рудных месторождений мышьяка, а переработка мышьяксодержащих отходов цветной металлургии и золотодобывающей промышленности в особо чистые… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Литературный обзор
    • 1. 1. Физико-химические свойства AsCl3 и способы его получения
    • 1. 2. Методы очистки трихлорида мышьяка, полученного из традиционного сырья
      • 1. 2. 1. Ректификационная очистка
      • 1. 2. 2. Адсорбционная очистка
      • 1. 2. 3. Экстракционная очистка
      • 1. 2. 4. Химико — термическая обработка
      • 1. 2. 5. Комбинированные методы очистки
    • 1. 3. Детоксикация люизита как стадия получения мышьяксодежащего сырья
      • 1. 3. 1. Методы детоксикацйи люизита
      • 1. 3. 2. Общая схема переработки продуктов детоксикации люизита в мышьяксодержащие вещества
  • Глава 2. Методы экспериментальной работы
    • 2. 1. Методы анализа трихлорида мышьяка на содержание примесей
      • 2. 1. 1. Химико-спектральный метод
      • 2. 1. 2. Хромато-масс-спектрометрия
      • 2. 1. 3. ИК спектроскопия
      • 2. 1. 4. Газо- хроматографический анализ
    • 2. 2. Физико-химические методы исследования
      • 2. 2. 1. Термогравиметрический анализ
      • 2. 2. 2. Дифференциально-термогравиметрический анализ
      • 2. 2. 3. Измерение плотности
    • 2. 3. Сублимация технического мышьяка
      • 2. 3. 1. Сублимация мышьяка в вакууме
      • 2. 3. 2. Сублимация мышьяка в потоке газа-носителя
    • 2. 4. Синтез трйхлорида мышьяка
      • 2. 4. 1. Хлорирование порошкообразного мышьяка в жидкой фазе
      • 2. 4. 2. Прямое хлорирование компактного мышьяка
    • 2. 5. Глубокая очистка трихлорида мышьяка
      • 2. 5. 1. Химико-термическая обработка AsCl
      • 2. 5. 2. Ректификационная очистка AsCl
    • 2. 6. Методы изучения фазовых равновесий жидкость — пар
      • 2. 6. 1. Эбулиометрия
      • 2. 6. 2. Равновесная перегонка
  • Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
    • 3. 1. Комплексное исследование технического мышьяка — продукта детоксикации люизита
    • 3. 2. Кинетика дегазации технического мышьяка
    • 3. 3. Сублимация технического мышьяка
      • 3. 3. 1. Сублимация мышьяка в вакууме
      • 3. 3. 2. Сублимация мышьяка в потоке газа- носителя
    • 3. 4. Синтез трихлорида мышьяка
      • 3. 4. 1. Прямое хлорирование мышьяка после сублимации
      • 3. 4. 2. Хлорирование порошкообразного мышьяка в жидкой фазе
    • 3. 5. Физико-химические основы глубокой очистки трихлорида мышьяка
      • 3. 5. 1. Химико-термическая обработка AsCl
      • 3. 5. 2. Ректификационная очистка AsCl
  • Глава 4. Технологические схемы получения высокочистого трихлорида мышьяка из продуктов детоксикации люизита
    • 4. 1. Выбор и обоснование технологических схем
    • 4. 2. Альтернативные схемы получения высокочистого AsCl

Физико-химические основы получения высокочистого трихлорида мышьяка из нетрадиционного сырья (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Трихлорид мышьяка особой чистоты находит широкое применение в производстве различных полупроводниковых материалов. В частности, восстановлением водородом из него получают высокочистый мышьяк, необходимый для получения монокристаллов полупроводниковых соединений типа АШВУ. Трихлорид мышьяка является исходным веществом в процессах выращивания эпитаксиальных структур арсенида галлияиспользуется также для легирования кремния. Качество полупроводниковых материалов, особенно эпитаксиальных слоев арсенида галлия, в значительной степени зависит от чистоты трихлорида мышьяка. В этой связи исследования по глубокой очистке трихлорида мышьяка весьма актуальны.

В настоящее время промышленный выпуск особо чистого мышьяка и его соединений в нашей стране отсутствует. Как известно, основными промышленными источниками мышьяка являются минералы: реальгар As4S4, аурипигмент As2S3 и арсенопирит FeAsS. Поскольку в России нет рудных месторождений мышьяка, а переработка мышьяксодержащих отходов цветной металлургии и золотодобывающей промышленности в особо чистые продукты — чрезвычайно сложная задача в технологическом отношении, то представляется актуальным поиск доступной и технологичной сырьевой базы для решения проблемы получения высокочистого мышьяка и его соединений [1].

Одним из альтернативных источников производства мышьяка и его соединений особой чистоты могут служить продукты детоксикации (утилизации) химического оружия, в частности, люизита, запасы которого оцениваются примерно в 7000 тонн. К главным отличительным особенностям люизита как сырья мышьяксодержащих соединений, относятся высокое содержание мышьяка (в 3−5 раз выше, чем в сульфидных рудах), низкая его стоимость при высокой стоимости конечных продуктов, более экологически защищенные методы его переработки. К настоящему времени сформулирована концепция уничтожения запасов люизита, предусматривающая полный цикл от стадии его детоксикации до промышленного выпуска особо чистых мышьяксодержащих веществ и важных изделий на их основе. Решение этой проблемы дает возможность, помимо выполнения внешнеполитических обязательств России по Конвенции о химическом разоружении, решить не менее важную задачу — обеспечение страны дефицитным сырьемметаллическим мышьяком.

Для создания производства высокочистых мышьяксодержащих веществ на новой сырьевой базе требуется проработка и решение целого комплекса физико-химических и технологических задач. Данные по этим вопросам в литературе практически отсутствуют, показана лишь принципиальная возможность получения особо чистых трихлорида мышьяка, алкоксидов мышьяка и металлического мышьяка из продуктов детоксикации люизита [2].

Цель работы заключается в разработке физико-химических основ получения высокочистого трихлорида мышьяка из нетрадиционного сырьяпродуктов детоксикации (утилизации) люизита. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

— провести комплексное исследование исходного технического мышьякапродукта детоксикации люизита для идентификации химических форм примесейсоздать физико-химические основы процессов переработки технического мышьяка, получаемого на базе люизита, в высокочистый трихлорид мышьяка с суммарным содержанием лимитирующих микропримесей не более 1-Ю" 4 мас.% (квалификация 99,9999 мас.% или 6N): сублимация исходного элементарного мышьяка в вакууме и потоке газа-носителя, направленный синтез AsCl3, глубокая очистка его методами химико-термической обработки (ХТО) и ректификации;

— обосновать выбор комплексной технологической схемы получения высокочистого трихлорида мышьяка из нетрадиционного сырья;

— провести испытания образцов высокочистого трихлорида мышьяка в процессах выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия и получении особо чистого мышьяка квалификации 6N.

Результаты исследования положены в основу создания на базе ОАО «НИИ Материалов электронной техники» (г. Калуга) опытной установки для производства высокочистых AsCl3 и металлического мышьяка.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.В., Кротович И. Н., Ратушенко В. Г., Холстов В.И./ Подготовка к уничтожению люизита, хранящегося в емкостях. //Журн. Всесоюз. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева. 1993.Т.37. № 3. С.37
  2. Leist М., Casey R.J., Caridi D./The management of arsenic wastes: problems and prospects.//Hazardous Mater. 2000. v. 76. № 1. p.125−138.
  3. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. SN 17.1952. P. 259.
  4. Л. А., Могучева В. В., Соколова Т. Д./ Критические параметры трихлоридов фосфора, мышьяка и сурьмы. //ЖНХ. 1965. Т. 10. № 3. С. 592.
  5. Н.Н., Pray A.R. /Nitrogen, phosphorus, arsenic antimougen and bismuth./ Comprehensive inorganic chemistry. V.5.1956. p.214.
  6. Л. А., Могучева В. В. /О системе SbCl3-AsCl3. //ЖНХ. 1966. Т. 11. № 1. С. 144−151.
  7. Термохимические способы обогащения и переработки бедных руд и отходов горнохимических предприятий. Обзорная информация. Серия :. горнохимическая промышленность. М.: НИИТЭХИМ. 1985. С 23−34.
  8. С.П., Капашин В. П., Наливайко А. И., Кожина Л.Ф./ Выделение оксида мышьяка (III) из отходов гидрометаллургического производства методом хлорирования// Химия и хим. технология. 2000. Т.43. вып.5. С.85−86
  9. Пат.2 163 889, Россия, МПК7 С 01 G 28/00. Саратов, Гос. ун-т им Н. Г. Чернышевского. Демакин А. Г., Косенко С. И., Наливайко А. И., Холстов В. И., Капашин В. П., Севастьянов А. П., Мовчан П. Г., Демьянов А. Л. № 2 000 104 661/02. Заявл. 24.02.2000. Опуб. 10.03.2001.
  10. А.И. Получение трихлорида мышьяка. Автореферат дис. канд. техн. наук. М.: ГИГХС. 1967. 46 с.
  11. Н.В., Топтыгина Г. М., Евдокимов В.И./ Восстановление мышьяка в хлоридных растворах.// Журн. неорг. химии. 1993. Т. 38. № 8. С.1292−1297.
  12. B.C., Дергачева Н. П., Кочеткова Н.В./ Взаимодействие в водных системах, включающих хлориды мышьяка, кальция и хлороводородную кислоту.// Журн. неорг. химии. 1995. Т. 40. № 2. С. 334−338.
  13. B.C., Дергачева Н. П., Кочеткова Н. В., Евдокимов В. И., Кренев В.А./ Окисление мышьяка в хлоридных растворах.// Журн. неорг. химии. 1995. Т. 40. № 5. С. 722−726.
  14. B.C., Дергачева Н. П., Евдокимов В.И./ Равновесие хидкость-пар в системе AsCl3 НС1 — Н20.// Журн. неорг. химии. 1997. Т. 42. № 10. С. 1733 — 1735.
  15. Н.В., Топтыгина Г. М., Кренев В. А., Евдокимов В.И./ Физико -химическое моделирование гетерогенных систем ASCI3 SnCl4 — РЬС12 -НС1 — СаС12 (NaCl) — H2S — H20.// Журн. неорг. химии. 2000. Т. 45.' № 11. С. 1897- 1901.
  16. Н.В., Топтыгина Г. М., Кренев В. А., Евдокимов В.И./ Разделение сульфидов олова, свинца и мышьяа в концентрированных хлоридных растворах.//Журн. неорг. химии. 2000. Т. 45. № 11. С. 1928 1931.
  17. В.А., Ефремов А. А., Ефремов Е. А., Филипов Э. П. Получение треххлористого мышьяка особой чистоты. ЦНИИ «Электроника» М. 1976. 67 с.
  18. К. Pandey, Alexander Steintr, Herbert W. Roesky/ Arsenic (III) chloride.// Jnorg. Synth. 1997. v. 31. p. 148.
  19. JI.A., Могучева B.B., Селянинова И. Ф. Получение и анализ веществ особой чистоты. М.: Наука. 1970. С. 38.
  20. Muller L., Haar G.//Freiberger.Forschungs. 1971. V. 85. № 5. P. 48−54.
  21. Euslin F.//Z. Erberg und Metallhutten-wesen. 1962. V. 15. P. 419−425.
  22. Kafales J., Robinson P.//Compounds Semiconductors. 1962.№ 4. P. 88−95.
  23. E.A., Федоров B.A., Гринберг E.E. Равновесие жидкость-пар вбинарных системах на основе трихлорида мышьяка. 1. //Высокчистые вещества 1993. № 5 С. 65.
  24. Е.А., Федоров В. А., Ефремов А. А., Казанский Л. Н. Равновесие жидкость-пар в бинарных системах на основе трихлорида мышьяка. 2. //Высокочистые вещества 1993. № 5. С. 65.
  25. Ю.М., Зельвенский Я. Д., Ефремов А. А. Эффективность периодической ректификации при глубокой очистке веществ.// Тр. ВНИИ хим. реактивов и особо чистых хим. веществ. 1975. вып.37. С. 126.
  26. Е.А., Федоров В. А., Фетисов Ю. М., Ефремов А.А./ Гидродинамика и кинетика ректификационной очистки трихлорида мышьяка// Высокочистые вещества. 1993. № 4. С. 90 97.
  27. .Д., Горштейн. Методы получения особо чистых неорганических веществ. Л.: Химия. 1960. 127 с.
  28. А.А., Зельвенский Я. Д., Оглобина И. П., Сб. Адсорбенты, их получение, свойства, применение. Л. Наука. 1970. С. 249.
  29. А.А., Морозов В. И., Федоров В. А. Регенерация адсорбентов при глубокой очистке хлоридов элементов IV-V группы периодической системы.// Высокочистые вещества. 1991. № 4. С. 167
  30. Я.Д., Ефремов А. А. Сб. Получение и анализ веществ особой чистоты. М. Наука. 1970. Стр. 97.
  31. И., Ясуаки О. Масауру И., Иосидзо М., Клакудзоси К. // J. Chem. Soc. Japan. 1962. V. 65. P. 520−529.
  32. A.A., Федоров В. А. /Некоторые вопросы динамики и эффективности сорбционной очистки в области микроконцентраций. // Высокочистые вещества. 1990. № 2. С. 72.
  33. В.А. Метод изотопных индикаторов в научных исследованиях и в промышленном производстве. М.: Атомиздат, 1971. 311 с.
  34. Н.М., Федоров В. А., Филиппов Э.П./ Комбинированный метод глубокой очистки хлорида мышьяка (III). //ДАН СССР. 1971. Т.200. С. 909 911.
  35. Э.П., Кузьмин М. Н., Федоров В.А./Глубокая очистка трихлорида мышьяка методами экстракции и ректификации. //Электронная техника, сер. Материалы. 1973. Вып. 2. С. 77−81.
  36. Demi F., Gaislova V./ Priprava vysoce cisteho Arsenu I. cistern chloridu Arseniteho.//Chem. Listy. 1960. T. 54. № 8. P. 846−854.
  37. Hango S.W., Kim С.К., Park К.Н., Lee H.S. Yongu Pogoso-Han'guk Chawon Yoguso. 1992. KR-91−3B P. 3−57.
  38. Haugo S.W., Kim C.K., Lee H.S., Park K.H. Yongu Pogoso-Han'guk Chawon Yoguso. 1991. KR-90−3B P. 55−98.
  39. И., Ясуаки О. Масауру И., Иосидзо М., Клакудзоси К. // J. Chem. Soc. Japan. 1962.
  40. В.А., Трубников И. Б. Фундаментальные науки народному хозяйству. М.: Наука. 1988. с. 231.
  41. В.А. Теоретическая и прикладная неорганическая химия. М.: Наука. 1999. с. 400.
  42. Я.Д., Титов А. А., Шалыгин В. А. Ректификация разбавленных растворов. Л.: Химия, 1974. 216 с.
  43. А.А., Федоров В. А., Филиппов Э. П., Ефремов Е.А./ О выборе рациональных схем глубокой очистки треххлористого мышьяка. //Журн. прикл. химии. 1975. Т. 48. № 2. С. 2602.
  44. Г. А., Кузнецов Б. А., Кротович И. Н., Холстов В. Л., Соловьев В. А. Методы уничтожения и утилизации запасов люизита и иприта. Журн. Всесоюз. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева.1993. Т.37. № 3. С. 25.
  45. В.А., Ефремов А. А., Филиппов Э. П. Арсенид галлия. Томск. Изд-во Томского университета. 1976. Вып.6. С.53−76.
  46. Отчет по теме:"Самарканд" НПО «ИРЕА». Москва 1991.
  47. В. А., Ефремов А. А., Гринберг Е. Е. Металлорганические соединения особой чистоты для микроэлектроники.// Высокочистые вещества. 1988. № 3. С. 5.
  48. Е.Е., Омиадзе А. П., Красавин В. П., Ефремов А. А. /Очистка эфиров мышьяковистой кислоты и изучение их некоторых физико-химических свойств. // Высокочистые вещества. 1987. № 2. С.83−90.
  49. Е.Н., Толмачев А. М., Федоров В. А. Перспективы применения адсорбционных методов глубокой очистки веществ для микроэлектроники. Высокочистые вещества. 1988. № 2. С. 83−90.
  50. А.П., Сметанин А. В., Черных И. Н., Смирнов М. К. / Электродные реакции с участием мышьяка и его соединений.// Электрохимия. 2001. Т. 37. № 10. С. 1157−1172.
  51. М.К., Сметанин А. В., Турыгин В. В., Худенко А. В., Томилов А. П. / Электрохимическое восстановление As (III) в кислых средах. // Электрохимия. 2001. Т. 37. № 10. С. 1214−1217.
  52. А.Д., Игнатов С. К., Подольская Н. И., Разуваев А. Г. / Взаимодействие трихлорарсина и Р хлорвинилдихлорарсина с аммиаком.// Журн. общей химии. 1995. Т.65. Вып. 10. С. 1673.
  53. В. Г. Мышьяк. М. Металлургия 1969. 190 с.
  54. Гидриды, галиды и металорганические соединения особой чистоты. М.: Наука. 1976.
  55. Г. Г., Зорин А. Д. Летучие неорганические гидриды особой чистоты. М.: Наука. 1974.
  56. А.А., Гринберг Е.Е, Ефремов А. А. Труды ИРЕА. 1988. Вып. 50. С.20−31.
  57. JI.A., Ярошевский А. Г., Гасанов А.А./ Глубокая очистка мышьяка. // Высокочистые вещества. 1993. № 4. С.62−74.
  58. Ф.Ф., Кузнецова Е. С., Глухов А. А., Потапов В. И. /К вопросу об очистке мышьяка сублимацией. // Изв. АН СССР. Неорган, .материалы. 1966. Т. 2. № 4. С. 582.
  59. А.А., Морозов В. И., Федоров В. А. // Высокочистые вещества. 1991. № 1.С. 167−172.
  60. А.И., Демидова Т. И. / Хромато-масс-спектрометрическая идентификация хлорорганических примесей в трихлориде мышьяка полученном из мыщьякорганических соединений.// Ж. аналит. химии. 1996. Т. 51. № 5. С. 538.
  61. В.А., Ефремов А. А., Каретников Г. С., Зельвенский Я. Д., Исследование влияния примеси воды на процессы очистки треххлористого мышьяка. // Тр. МХТИ им. Менделеева. 1972. Вып.69. С. 155−158.
  62. В.А., Ефремов А. А., Каретников Г. С. Изучение ИК-спектров воды, растворенной в четыреххлористом германии. // Тр. МХТИ им. Менделеева. 1972. Вып.71.С.118−120.
  63. Е.А., Федоров В. А., Ефремов А. А., Ефремов В. А., Федотиков С. А. Исследование химических форм микропримесей селена и сурьмы втреххлористом мышьяке.//Журн. прикл. химии. 1975. Т.48. № 5. С.1127−1129.
  64. В.А., Ефремова Т. А., Ефремов А. А., Харитонов Ю. Я. Определение содержания воды и продуктов гидролиза в тетрахлоридах германия, олова и в трихлориде мышьяка методом ИК-спектроскопии.// Высокочистые вещества. 1991. № 5. С.215−220.
  65. Газовая хроматография. М.: Наука, 1975. 271 с.
  66. A.M., Иванов М. Я., Рябенко Е. А. Исследование процесса десорбции при высокотемпературном деэтоксилировании гранулированного диоксида кремния особой чистоты // Ж. физ. химии. 1977. Т.51. № 3. С. 769.
  67. A.M. Моделирование и оптимизация химико-технологических процессов получения высокочистых твердофазных продуктов. // Реактивы и особо чистые вещества. М., НИИТЭХИМ. 1988. 50 с.
  68. А.А., Глухан Р. И. Бессарабов A.M. / Кинетика сушки триоксида мышьяка. // Хим. пром. 1984. № 4. С.228−229.
  69. A.M., Васильева JI.B., Тартаковский B.JL, Беляева Н. А. / Исследование процесса соосаждения примесей из растворов нитрата свинца. //Ж. физ. химии. 1986. Т.60. № 6. С.78−90.
  70. М.Ж. Развитие метода золотого сечения // Тр. 2-го Советско-Французского семинара по мат. моделированию каталитических процессов и реакторов. Новосибирск. 1976. С.240−244.
  71. В.В., Ветохин В. И., Бояринов А. И. Программирование и вычислительные методы в химии и химической технологии. М.: Наука, 1972. 219 с.
  72. . Кинетика гетерогенных реакций. М.: Мир, 1972. 554 с.
  73. И.Г., Левин В. И. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972. 288 с.
  74. Фарлоу 0. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров. М.: Мир, 1985. 379 с.
  75. М. Структуры бинарных сплавов. М.-Л.: Лит-ры по черной ицветной металлургии. 1941. с. 640.
  76. Справочник химика. Т.1. Л.-М. :ГОСХИМИЗДАТ.1963. с. 1072.
  77. Краткая химическая энциклопедия. /Т.З.: Советская энциклопедия. 1964. С. 1112./Т.5. 1967. с. 1184.
  78. Краткий справочник по химии./ Под ред. Курилко О. Д.: АН Укр.ССР. Киев. 1962. с. 660.f
  79. И.В. Концепция самоорганизации в описании крисаллизации.// Хим. пром. 1993. № 8. С.346−358.
  80. Термодинамические константы. вып.5./Ред. Глушко. М. .-ВИНИТИ АН СССР, 1971.С.532.
  81. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. З. Кн.2. М. :Наука, 1975.С.326.
  82. Дж. Элементы М. : МИР, 1993 с. 564.
  83. Свойства элементов (справочник) М. :Металлургия, 1985. с.294
  84. В. А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия, 1970. с. 520.
  85. Я.И., Крестовников А. Н., Шахов А. С. Химическая термодинамика в цветной металлургии. М.: Металлургиздат, 1960. с. 432 .
  86. М.Х., Карапетьянц М. Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия, 1969. с. 521.
  87. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. М.: АН СССР, Т.2. 1969. с. 387.
  88. Термодинамические константы веществ. Т.З. М. 1968. с. 564.
  89. Д., Веструм Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. М.: МИР, 1971. с. 465.
  90. Kelley К.К., King Е., Bur U.S. Min. Bull, 1960. p. 584.
  91. Kelley K.K., King E, Bur U.S. Min. Bull, 1961. p. 592.
  92. Термодинамические свойства неорганических веществ./под ред. Зефирова А. П. М. :Атомиздат, 1965. с. 459.
  93. Р., Блок Ф. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов. карбидов. М. Металлургия, 1965. С. 324.
  94. Э., Пик И., Фрид В., Видим 0. Равновесие между жидкостью и паром. М.: АН СССР, 1961 с. 438.Ю2.Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии. T.l. М.: МИР, 1989. с. 301.
  95. В.А., Пашинкин А. С., Ефремов А. А., Гринберг Е.Е./ Физико-химические основы получения высокочистого мышьяка из сульфидных руд //Высокочистые вещества. 1991. № 5.С. 7−30.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?