Шихта для получения нитрида алюминия

 

Изобретение относится к химической технологии получения соединений алюминия. Шихта состоит из алюминиевого сплава с магнием, железом, медью, кремнием, кальцием, литием, цинком, хромом, никелем, титаном и фторида алюминия (III) в соотношении соответственно 25-40 и 75-60 (мас.%). Шихта обеспечивает получение нитрида алюминия высокой чистоты из низкокачественного алюминийсодержащего лома.

Изобретение относится к химической технологии получения неорганических веществ, в частности соединений алюминия.

Из уровня техники известно значительное количество технологий получения нитрида алюминия. Известны гидрометаллургические способы, предусматривающие жидкофазное контактирование алюмоорганических соединений с азотсодержащими реагентами с получением продуктов, при последующем нагревании которых выделяется нитрид алюминия [1-5]. Однако заявляемое решение относится к пирометаллургическим способам получения нитрида алюминия.

Пирометаллургические технологии включают термическую обработку исходных алюминийсодержащих шихт в азотсодержащей среде. Наибольшее распространение получили шихты, содержащие оксид либо гидроксид алюминия и углеродистый восстановитель [6-15] . В качестве исходного сырья используют и чистый алюминий, главным образом, алюминиевый порошок [16-18], иногда - расплавленный алюминий с добавками некоторых других металлов [19]. Также известна композиция, включающая восстанавливающуюся соль алюминия, нитридов и галогенидов щелочных или щелочноземельных металлов [20]. Известно использование в качестве исходной шихты смеси алюминия и селена, при нагревании такой смеси образуется летучий селенид алюминия, реагирующий в газовой фазе с азотом с образованием нитрида алюминия [21].

Наиболее близкой к заявляемой является шихта, описанная в [22]. Известная шихта содержит кусковый материал, содержащий металлический алюминий, в т. ч. невысокой степени чистоты, например карботермический сплав, содержащий около 50% алюминия, а также железо, кремний, титан и углерод. Шихту при температуре около 1000^oC продувают газообразным трихлоридом алюминия, образующийся при этом летучий субхлорид алюминия реагирует в газовой фазе с азотом или аммиаком с образованием мелкодисперсного нитрида алюминия. Возможно также использование известной шихты и в расплавленном состоянии.

Известная шихта обеспечивает получение высокочистого нитрида алюминия, однако малопригодна в случае использования в качестве исходного сырья алюминия в виде сплавов с другими металлами, например, магнием, цинком, бериллием, поскольку перечисленные металлы образуют летучие хлориды, загрязняющие нитрид алюминия.

Задачей настоящего изобретения является сокращение загрязнения нитрида алюминия металлами-примесями и их соединениями.

Поставленная задача решается в заявляемом изобретении за счет того, что известная шихта, включающая алюминиевый сплав, дополнительно содержит фторид алюминия (III) при следующем соотношении ингредиентов, масс.%: фторид алюминия(III) - 60-75 алюминиевый сплав - остальное Сущность заявляемого решения заключается в следующем.

При нагревании такой шихты при температурах 1100-1300^oC фторид алюминия (III), сублимируя, взаимодействует с алюминием с образованием газообразного субфторида алюминия (I). Субфторид алюминия в газовой фазе взаимодействует с азотом и/или аммиаком и/или с другим азотсодержащим соединением с образованием твердого чистого нитрида алюминия. Например: 3AlF_(г) + N_2(г) = 2AlN_(тв.) + AlF_3(г).

Фториды железа, магния, марганца, лития, цинка, кальция, меди, хрома, никеля в отличие от хлоридов, в этих условиях не летят и остаются в твердом или жидком шламе шихты. Фториды кремния, титана возгоняются, однако в газовой фазе не взаимодействуют с азотом и азотсодержащими соединениями и, не конденсируясь, удаляются из зоны реакции вместе с газообразными продуктами реакции. Это позволяет использовать в качестве исходного сырья для получения нитрида алюминия некондиционные отходы алюминиевых сплавов.

Заявляемая шихта опробована в лабораторных условиях.

Пример 1.

Измельченный алюминиевый сплав Д16 (3,8-4,9% Cu, 1,2-1,8% Mg, 0,3-0,9% Mn, 0,5% Si, Al - остальное) перемешивали со фторидом алюминия в соотношении 1: 1,5 по массе. Полученную шихту в тигле из нитрида алюминия нагревали до 1250^oC. Над тиглем продували аммиак. Образующаяся взвесь током аммиака подавалась в зону осаждения, где при температуре 1250^oC осаждались твердые продукты реакции. Газообразные продукты реакции током аммиака выводились из реактора. Рентгенофазовый анализ показал, что в зоне осаждения конденсируется чистый порошок нитрида алюминия.

Пример 2.

Измельченный алюминиевый сплав АЛ20 (3,5-4,5% Cu, 0,7-1,2% Mg, 0,15-0,3% Mn, 1,5-2,0% Si, 0,15-0,25% Cr, 1,2-1,7% Fe, 0,06-0,1% Ti, Al - остальное) перемешивали со фторидом алюминия в соотношении 1:3 по массе. Полученную шихту подвергали обработке как в примере 1. Рентгенофазовый анализ порошка из зоны осаждения показал, что это чистый нитрид алюминия.

Пример 3.

Измельченный алюминиевый сплав АЛ4 (0,17-0,3% Mg, 0,2-0,3% Mn, 8-10,5% Si, Al - остальное) перемешивали со фторидом алюминия в соотношении 1:3 по массе. Полученную шихту в тигле из нитрида алюминия нагревали до 1100^oC. Над тиглем продували аммиак при остаточном давлении 0,13 КПа. Образующаяся взвесь током аммиака подавалась в зону осаждения, где при температуре 1100^oC осаждались твердые продукты реакции. Газообразные продукты реакции током аммиака выводились из реактора. Рентгенофазовый анализ показал, что в зоне осаждения конденсируется чистый порошок нитрида алюминия.

Литература 1. Заявка Японии N 54-13439, МПК C 01 B 21/06, опубл. 30.05.79 г.

2. Заявка Японии N 1-56308, МПК C 01 B 21/072, опубл. 03.03.89 г.

3. Европейская заявка N 0301529, МПК C 01 B 21/072, C 04 B 35/58, опубл. 01.02.89 г.

4. Заявка ФРГ N 3828596, МПК C 01 В 21/072, C 04 B 35/58, 35/64, опубл. 11.05.89 г.

5. Патент США N 4800183, МПК C 01 В 21/06, C 01 F 7/00, опубл. 24.01.89 г.

6. Заявка Японии N 99-51483, МПК C 01 B 21/072, опубл. 14.12.81 г.

7. Заявка Великобритании N 2233969, МПК C 01 B 21/072, опубл. 23.01.91 г.

8. Заявка Японии N 3-48123, МПК C 01 В 21/072, опубл. 23.07.91 г.

9. Заявка ФРГ N 3912686, МПК C 01 В 21/06, 21/072, 21/076, C 04 B 35/58, опубл. 02.11.89 г.

10. Международная заявка N 91/00842, МПК C 01 В 21/072, 24.01.91 г.

11. Европейская заявка N 0266927, МПК C 01 B 21/072, опубл. 11.05.88 г.

12. Европейская заявка N 0372691, МПК C 01 B 21/072, H 01 L 21/48, опубл. 13.06.90 г.

13. Заявка Франции N 2608146, МПК C 01 B 21/072, опубл. 17.06.88 г.

14. Заявка Великобритании N 2108945, МПК C 01 B 21/072, C 01 F 7/00, опубл. 25.05.83 г.

15. Патент США N 4917877, МПК C 01 B 21/072, опубл. 17.04.90 г.

16. Заявка Японии N 41-31118, МПК C 01 B 21/06, опубл. 21.01.71 г.

17. Заявка Японии N 1-79009, МПК C 01 B 21/072, опубл. 24.03.89 г.

18. Заявка Японии N 1-133911, МПК C 01 B 21/072, опубл. 25.05.89 г.

19. Европейская заявка N 0371771, МПК C 01 B 21/072, C 04 B 35/58, C 30 B 11/00, 29/40, 29/60, опубл. 06.06.90 г.

20. Патент США N 3450499, МПК C 01 B 21/06, опубл. 17.06.69 г.

21. Патент США N 4172754, МПК C 01 B 21/06, опубл. 30.10.79 г.

22. Европейский патент N 0308116, МПК C 01 B 21/072, опубл. 22.03.89 г.

Формула изобретения

Шихта для получения нитрида алюминия, включающая алюминиевый сплав, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит трифторид алюминия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Трифторид алюминия - 60 - 75 Алюминиевый сплав - Остальное