[go: up one dir, main page]

RU2228239C2 - Method for direct reduction of halides - Google Patents

Method for direct reduction of halides Download PDF

Info

Publication number
RU2228239C2
RU2228239C2 RU2002103066/02A RU2002103066A RU2228239C2 RU 2228239 C2 RU2228239 C2 RU 2228239C2 RU 2002103066/02 A RU2002103066/02 A RU 2002103066/02A RU 2002103066 A RU2002103066 A RU 2002103066A RU 2228239 C2 RU2228239 C2 RU 2228239C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
halides
pulsed
gaseous state
external
Prior art date
Application number
RU2002103066/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002103066A (en
Inventor
Г.Е. Ремнев
А.И. Пушкарев
М.А. Пушкарев
В.А. Красильников
Т.И. Гузеева
Original Assignee
Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Министерства образования Росссийской Федерации"
ООО "Инженерно-физический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Министерства образования Росссийской Федерации", ООО "Инженерно-физический центр" filed Critical Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Министерства образования Росссийской Федерации"
Priority to RU2002103066/02A priority Critical patent/RU2228239C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2228239C2 publication Critical patent/RU2228239C2/en
Publication of RU2002103066A publication Critical patent/RU2002103066A/en

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: chemical and technical physics, namely production of nanopowders or nanocrystalline films of reduced compound. SUBSTANCE: method for direct reduction of halides comprises steps of feeding gaseous halides and gaseous reducing agent into reactor; processing gas mixture by means of energy action. According to invention processing is realized without additional heating due to action of outer pulse energy for time slot no more than 10-5 s. EFFECT: lowered energy consumption of process. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к химической и технической физике, металлургии и предназначено для получения нанодисперсных порошков или нанокристаллических пленок из восстанавливаемого вещества.The invention relates to chemical and technical physics, metallurgy and is intended to obtain nanodispersed powders or nanocrystalline films from a recoverable substance.

Известен способ (Королев Ю.М, Столяров В.И. Восстановление фторидов тугоплавких металлов водородом. М.: Металлургия, 1981, с.7) прямого восстановления оксидов и галогенидов при нагревании до высокой температуры газофазных соединений в смеси с молекулярным водородом.A known method (Korolev Yu.M., Stolyarov V.I. Reduction of refractory metals fluorides with hydrogen. M .: Metallurgy, 1981, p.7) direct reduction of oxides and halides by heating gas-phase compounds in a mixture with molecular hydrogen.

Недостатком данного способа является необходимость нагревания зоны химической реакции, что требует значительных энергозатрат. Например, процесс прямого восстановления гексафторида вольфрама в атмосфере молекулярного водорода начинается при температуре 300°С и протекает наиболее эффективно при t>600°С. Кроме того, нагрев стенок реактора ведет к загрязнению конечных продуктов технологического процесса материалом стенок реактора и продуктами десорбции.The disadvantage of this method is the need to heat the chemical reaction zone, which requires significant energy consumption. For example, the process of direct reduction of tungsten hexafluoride in an atmosphere of molecular hydrogen begins at a temperature of 300 ° C and proceeds most efficiently at t> 600 ° C. In addition, heating of the walls of the reactor leads to contamination of the final products of the technological process with the material of the walls of the reactor and desorption products.

Наиболее близким к предлагаемому способу является выбранный нами за прототип способ проведения химических реакций (Патент RU 2118912, МПК 6 С1, В 03 С 3/00, публ. 20.09.1998 г.). Способ включает подачу исходных веществ в газообразном состоянии в область барьерного электрического разряда и обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием. Здесь восстановление оксидного сырья и галогенидов осуществляется колебательно-возбужденными молекулами водорода без нагрева восстанавливаемого оксида или галогенида. Снижение энергоемкости процесса восстановления оксидного сырья и галогенидов достигается за счет того, что энергия поступательных степеней свободы (или фактор температуры) в указанных процессах при преодолении активационного барьера заменяется на энергию колебательных степеней свободы.Closest to the proposed method is the method of chemical reactions chosen by us for the prototype (Patent RU 2118912, IPC 6 C1, B 03 C 3/00, publ. 09/20/1998). The method includes supplying the starting materials in a gaseous state to the region of the barrier electric discharge and treating the gas mixture in the reactor volume with energy. Here, the reduction of oxide raw materials and halides is carried out by vibrationally excited hydrogen molecules without heating the reduced oxide or halide. The energy intensity of the reduction process of oxide raw materials and halides is reduced due to the fact that the energy of the translational degrees of freedom (or temperature factor) in these processes when overcoming the activation barrier is replaced by the energy of the vibrational degrees of freedom.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса, требующая вложения в реагирующие компоненты полной энергии их диссоциации.The disadvantage of this method is the high energy intensity of the process, requiring investment in the reacting components of the total energy of their dissociation.

Основной технической задачей предложенного решения является разработка экономичного способа восстановления галогенидов с получением продуктов в виде, удобном для дальнейшего использования (ультрадисперсные порошки, химически чистые вещества и соединения и т.д.). Экспериментально нами получено снижение энергоемкости более чем в 80 раз.The main technical task of the proposed solution is to develop an economical method for the reduction of halides with obtaining products in a form convenient for further use (ultrafine powders, chemically pure substances and compounds, etc.). We experimentally obtained a decrease in energy intensity of more than 80 times.

Основная техническая задача достигается тем, что в способе прямого восстановлении галогенидов, включающем подачу галогенидов в газообразном состоянии и восстановителя в газообразном состоянии в реактор, обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием, согласно предложенному решению для инициирования цепного химического процесса обработку осуществляют без дополнительного нагрева внешним импульсным энергетическим воздействием с длительностью не более 10-5 секунды. Кроме того, в качестве восстановителя используют молекулярный водород или молекулярный азот. Целесообразно в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия использовать импульсное лазерное или некогерентное излучение с энергией кванта излучения, превышающей энергию диссоциации молекулы галогенида. Также целесообразно в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия использовать импульсный электронный пучок, энергия электронов которого превышает энергию диссоциации молекулы галогенида. Кроме того, в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия целесообразно использовать импульсный газовый разряд в объеме реактора.The main technical problem is achieved by the fact that in the method of direct reduction of halides, including the supply of halides in a gaseous state and a reducing agent in a gaseous state to the reactor, the processing of a mixture of gases in the reactor volume by energy exposure, according to the proposed solution to initiate a chain chemical process, the processing is carried out without additional external heating pulsed energy exposure with a duration of not more than 10 -5 seconds. In addition, molecular hydrogen or molecular nitrogen is used as the reducing agent. It is advisable to use pulsed laser or incoherent radiation with an energy of a quantum of radiation exceeding the dissociation energy of a halide molecule as an external pulsed energy effect. It is also advisable to use a pulsed electron beam as the external pulsed energy effect, the electron energy of which exceeds the dissociation energy of the halide molecule. In addition, it is advisable to use a pulsed gas discharge in the reactor volume as an external pulsed energy effect.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественные всем признакам заявляемого способа, отсутствуют. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the proposed method. Therefore, the invention meets the patentability condition of "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention have shown that they do not follow explicitly from the prior art.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the invention on the achievement of the specified technical result is not known. Therefore, the invention meets the condition of patentability "inventive step".

Пример конкретного выполнения. На чертеже приведена схема установки для прямого восстановления галогенидов. Восстанавливаемый галогенид в газообразном состоянии подают через трубку 1 в объем реактора 2. Через трубку 3 в объем реактора подают восстановитель в газообразном состоянии. Через окно 4 на смесь газов в реакторе производится внешнее импульсное энергетическое воздействие. Т.к. под действием внешнего импульсного энергетического воздействия происходит разложение галогенида с образованием атомарного или молекулярного галогена (например, фтора при разложении гексафторида вольфрама), оба реагирующих компонента находятся в газообразном состоянии, то в смеси галогена с восстановителем и исходным галогенидом в объеме реактора инициируется цепной процесс. Продукты реакции в виде мелкодисперсного порошка (или пленок) собираются на дне реактора (или на подложках) и удаляются через окно 5. Побочные продукты реакции в газообразном состоянии (НСl, HF, NF3 и т.д.) удаляются через трубку 6. Процесс восстановления галогенида можно осуществлять как в цикличном режиме (напуск газа→облучение→откачка побочных продуктов реакции в газообразном состоянии), так и в непрерывном (проточном режиме). Нами получено, что время цепной реакции составляло 5-10 мкс, в связи с этим время внешнего воздействия выбрали не более 10 мкс, т.к. при большем времени воздействия происходит разложение необходимых продуктов реакции.An example of a specific implementation. The drawing shows the installation diagram for direct reduction of halides. The reducible halide in the gaseous state is supplied through the tube 1 to the volume of the reactor 2. Through the tube 3, the reducing agent is supplied in the gaseous state through the tube 3. Through window 4, an external pulsed energy effect is produced on the gas mixture in the reactor. Because Under the influence of external pulsed energy, the halide decomposes to form atomic or molecular halogen (for example, fluorine during the decomposition of tungsten hexafluoride), both reacting components are in a gaseous state, then a chain process is initiated in the mixture of halogen with a reducing agent and the initial halide in the reactor volume. The reaction products in the form of a fine powder (or films) are collected at the bottom of the reactor (or on substrates) and are removed through window 5. By-products of the reaction in a gaseous state (HCl, HF, NF 3 , etc.) are removed through a tube 6. Process halide reduction can be carried out both in a cyclic mode (gas inlet → irradiation → pumping out of reaction by-products in a gaseous state), and in a continuous (flowing mode). We obtained that the time of the chain reaction was 5-10 μs, in connection with this, the time of external action was chosen no more than 10 μs, because with a longer exposure time, the necessary reaction products decompose.

При использовании в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия сильноточного электронного пучка наносекундной длительности нами получена длина цепи цепной реакции прямого восстановления гексафторида вольфрама в атмосфере молекулярного азота более 80, что позволяет более чем в 80 раз снизить энергоемкость технологического процесса прямого восстановления гексафторида вольфрама.When using a high-current electron beam of nanosecond duration as an external pulsed energy effect, we obtained a chain reaction chain length of the direct reduction of tungsten hexafluoride in an atmosphere of molecular nitrogen of more than 80, which allows reducing the energy consumption of the process of direct reduction of tungsten hexafluoride by more than 80 times.

Кроме того, заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет также снизить энергоемкость за счет следующего:In addition, the claimed method in comparison with the prototype can also reduce energy consumption due to the following:

1) использования в качестве восстановителя в газообразном состоянии молекулярного водорода или молекулярного азота;1) using molecular hydrogen or molecular nitrogen as a reducing agent in a gaseous state;

2) использования в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия импульсного лазерного или некогерентного излучения с энергией кванта излучения, превышающей энергию диссоциации молекулы галогенида.2) the use of pulsed laser or incoherent radiation with an energy of a quantum of radiation exceeding the dissociation energy of a halide molecule as an external pulsed energy effect.

3) использования в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия импульсного электронного пучка, энергия электронов которого превышает энергию диссоциации молекулы галогенида.3) use as an external pulsed energy effect of a pulsed electron beam, the electron energy of which exceeds the dissociation energy of a halide molecule.

4) использования в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия импульсного газового разряда в объеме реактора.4) use as an external pulsed energy impact of a pulsed gas discharge in the reactor volume.

Предложенный способ восстановления применим для получения тяжелых металлов (вольфрам, рений, титан и др.) из их галогенидов в газообразном состоянии, алюминия из хлорида алюминия, кремния из галогенида кремния, углерода из четыреххлористого углерода.The proposed reduction method is applicable for the production of heavy metals (tungsten, rhenium, titanium, etc.) from their halides in a gaseous state, aluminum from aluminum chloride, silicon from silicon halide, carbon from carbon tetrachloride.

Claims (5)

1. Способ прямого восстановления галогенидов, включающий подачу галогенидов в газообразном состоянии и восстановителя в газообразном состоянии в реактор, обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием, отличающийся тем, что для инициирования цепного химического процесса обработку осуществляют без дополнительного нагрева внешним импульсным энергетическим воздействием с длительностью не более 10-5 с.1. A method of direct reduction of halides, including the supply of halides in a gaseous state and a reducing agent in a gaseous state to the reactor, processing a mixture of gases in the reactor volume with energy exposure, characterized in that the processing is carried out without additional heating by an external pulse energy exposure with a duration of no more than 10 -5 s. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя в газообразном состоянии используют молекулярный водород или молекулярный азот.2. The method according to claim 1, characterized in that molecular hydrogen or molecular nitrogen is used as a reducing agent in a gaseous state. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия используют импульсное лазерное или некогерентное излучение с энергией кванта излучения, превышающей энергию диссоциации молекулы галогенида.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as the external pulsed energy exposure using pulsed laser or incoherent radiation with a quantum energy of radiation exceeding the dissociation energy of the halide molecule. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия используют импульсный электронный пучок, энергия электронов которого превышает энергию диссоциации молекулы галогенида.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as an external pulsed energy exposure using a pulsed electron beam, the electron energy of which exceeds the dissociation energy of the halide molecule. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве внешнего импульсного энергетического воздействия используют импульсный газовый разряд в объеме реактора.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as an external pulsed energy impact using a pulsed gas discharge in the reactor volume.
RU2002103066/02A 2002-02-04 2002-02-04 Method for direct reduction of halides RU2228239C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002103066/02A RU2228239C2 (en) 2002-02-04 2002-02-04 Method for direct reduction of halides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002103066/02A RU2228239C2 (en) 2002-02-04 2002-02-04 Method for direct reduction of halides

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2228239C2 true RU2228239C2 (en) 2004-05-10
RU2002103066A RU2002103066A (en) 2005-01-20

Family

ID=32678358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002103066/02A RU2228239C2 (en) 2002-02-04 2002-02-04 Method for direct reduction of halides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2228239C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2362652C1 (en) * 2008-06-04 2009-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for production of superdispersed powders
RU2412784C2 (en) * 2009-02-03 2011-02-27 Андрей Валерьевич Номоев Method of producing composite nanopowders
RU2432231C2 (en) * 2009-07-08 2011-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов" Method of producing metal nano-sized powders

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU492245A1 (en) * 1974-05-12 1976-12-25 Предприятие П/Я А-1758 The method of carrying out plasma-chemical reactions
SU490400A1 (en) * 1974-05-12 1976-12-25 Предприятие П/Я А-1758 Plasma chemical reactor
RU2041959C1 (en) * 1990-11-11 1995-08-20 Размик Тачатович Малхасян Method for direct reduction of oxides and production of amorphous metals
RU2118912C1 (en) * 1994-04-12 1998-09-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Институт экологических проблем и новых технологий" Method of conducting plasma chemical reactions (versions)
US6090179A (en) * 1998-07-30 2000-07-18 Remptech Ltd. Process for manufacturing of metallic power

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU492245A1 (en) * 1974-05-12 1976-12-25 Предприятие П/Я А-1758 The method of carrying out plasma-chemical reactions
SU490400A1 (en) * 1974-05-12 1976-12-25 Предприятие П/Я А-1758 Plasma chemical reactor
RU2041959C1 (en) * 1990-11-11 1995-08-20 Размик Тачатович Малхасян Method for direct reduction of oxides and production of amorphous metals
RU2118912C1 (en) * 1994-04-12 1998-09-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Институт экологических проблем и новых технологий" Method of conducting plasma chemical reactions (versions)
US6090179A (en) * 1998-07-30 2000-07-18 Remptech Ltd. Process for manufacturing of metallic power

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2362652C1 (en) * 2008-06-04 2009-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for production of superdispersed powders
RU2412784C2 (en) * 2009-02-03 2011-02-27 Андрей Валерьевич Номоев Method of producing composite nanopowders
RU2432231C2 (en) * 2009-07-08 2011-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов" Method of producing metal nano-sized powders

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002103066A (en) 2005-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5114198B2 (en) Method and apparatus for purifying silicon tetrachloride or germanium tetrachloride containing hydrogen compounds
US6696662B2 (en) Methods and apparatus for plasma processing
US6962679B2 (en) Processes and apparatuses for treating halogen-containing gases
Kogelschatz Ultraviolet excimer radiation from nonequilibrium gas discharges and its application in photophysics, photochemistry and photobiology
Eliasson et al. Ozone generation with narrow–band UV radiation
JP2008509065A5 (en)
Hong et al. Abatement of CF 4 by atmospheric-pressure microwave plasma torch
Khriachtchev et al. Intermediate reactions in solid-state photolysis
Radoiu et al. Microwave plasma removal of sulphur hexafluoride
Ashiri et al. Sonochemical synthesis of S r T i O 3 nanocrystals at low temperature
RU2228239C2 (en) Method for direct reduction of halides
JP3967376B2 (en) Production of carbonyl fluoride
US11058984B2 (en) Method for treating sulfur hexafluoride using radiation and apparatus for collecting and treating by-products
Tanskanen et al. Matrix isolation and ab initio study of the HXeCCH⋯ CO2 complex
RU2264888C2 (en) Nano-dispersed oxide powder production method
EP0379360A2 (en) Method for the preparation of fine particulate metal-containing compound
Bruggeman et al. Advances in plasma-driven solution electrochemistry
WO2016063302A2 (en) Process for combustion of nitrogen for fertilizer production
Chernyak et al. Plasma catalysis of chemical reactions
JP2001322806A (en) Manufacturing method for nitrogen trifluoride and application therefor
Braun et al. Aspects of ozone generation from air
RU2222625C2 (en) Method of processing uranium hexafluoride into uranium metal
JPH0226538B2 (en)
RU2526552C1 (en) Method of obtaining nanosized metal oxides from organometallic precursors
Huang et al. Crossed molecular beam study of the F+ D2 (v= 1, j= 0) reaction

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050205