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WO2006053675A1 - Method for producing elemental halides - Google Patents

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WO2006053675A1
WO2006053675A1 PCT/EP2005/012051 EP2005012051W WO2006053675A1 WO 2006053675 A1 WO2006053675 A1 WO 2006053675A1 EP 2005012051 W EP2005012051 W EP 2005012051W WO 2006053675 A1 WO2006053675 A1 WO 2006053675A1
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WO
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carbon
reaction
mixture
halide
elemental
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PCT/EP2005/012051
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German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Auner
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Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
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Publication date
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Definitions

  • a process for the preparation of elemental halides is described, which is characterized in that in a first step, a mixture of a material containing the respective element and carbon or carbonaceous material is prepared and brought this mixture with a gaseous under the selected reaction conditions hydrogen halide in contact and heated.
  • Elemental halides are compounds of elements with the halogens fluorine, chlorine, bromine, iodine or mixtures of these halogens.
  • the element-halogen bond here ionogenic character, such as a halogen-alkali metal bond, such as NaCl, or predominantly covalent character as for metal-halogen bonds, such as SiCl 4 , or non-metal halide bonds, such as PCl 3 , have.
  • Elemental halides are widely used in the art. Some elements, such as aluminum, titanium, boron or silicon, are derived from element halides. Also, in some elements, a halogenating oxidation and subsequent dehalogenating reduction serve to present these elements in particularly high purity.
  • the elemental halogen compounds in this case by sublimation, such as AlCl 3 , or distillation, such as TiCl4, are additionally purified.
  • the dehalogenation can be carried out, for example, by means of hydrogen, such as, for example, BCI 3 , or by thermal decomposition, such as, for example, decomposition of BBr 3 to tungsten wire.
  • element halides are also important starting materials for CVD or similar processes.
  • elemental halides are fundamental building blocks for, for example, technically and synthetically important catalysts, such as Friedel-Crafts electrophilic aromatic substitution catalysts, alkylation, acylation, or Ziegler-Natta catalysts for polymerizations, to form element-to-member bonds, such as by Wurtz couplings , Grignard reactions, salt metathesis to elemental oxygen, elemental phosphorous, elemental nitrogen, elemental boron, elemental sulfur bonds,
  • catalysts such as Friedel-Crafts electrophilic aromatic substitution catalysts, alkylation, acylation, or Ziegler-Natta catalysts for polymerizations, to form element-to-member bonds, such as by Wurtz couplings , Grignard reactions, salt metathesis to elemental oxygen, elemental phosphorous, elemental nitrogen, elemental boron, elemental sulfur bonds,
  • the chlorine-withdrawing reagent may be copper or mercury.
  • carbochlorination is meant a reaction of preferably elemental oxides with carbon and chlorine with the introduction of thermal energy, and for some elements as well
  • Chlorine-containing compounds are, for example, tetrachlorosilane or carbon, sodium chloride or chlorine-containing sulfur compounds, such as thionyl chloride and sufururic chloride.
  • cadmium chloride may be cadmium oxide according to:
  • Catalysts are often used to increase yields or to improve the reaction rates, as for example in US Pat. No. 1,565,220 by addition of sulfur in the carbochlorination of alumina for accelerating the reaction and US Pat. No. 4,083,927 by addition of
  • the present invention is based on the object
  • This object is achieved by a method for producing element halide, characterized in that a mixture of a material comprising the element with carbon or carbonaceous material is brought under heating with a gas stream containing under the reaction conditions gaseous hydrogen halide in contact dissolved.
  • the mixture is heated by generating an alternating electromagnetic field, in particular microwave energy.
  • an alternating electromagnetic field preferably microwave radiation
  • the carbon or carbonaceous material used must be in a form suitable for converting electromagnetic waves into thermal energy, i. to be thermally excited by alternating electromagnetic fields.
  • the elemental halides may optionally be separated after halogenation of the mixtures by known physical or chemical methods, for example by distillation of liquid or gaseous element halides, by sublimation of solid
  • Element halides or filtration to separate liquid or gaseous elemental halides from solid elemental halides Element halides or filtration to separate liquid or gaseous elemental halides from solid elemental halides.
  • the method may be coupled with a deposition of the elemental halides by means of hydrogen.
  • the hydrogen produced during the use of hydrogen halide for halogenation can be used for this purpose.
  • the released hydrogen may alternatively be used to recover some of the energy needed for the process.
  • energy and production costs can be saved with the one-step process presented here.
  • the production of the Elements omitted. Formally, the process often proceeds without altering the oxidation state of the element.
  • Hydrogen chloride used In addition to the avoidance of phosgene hydrogen chloride is also technologically preferable due to its much lower boiling point compared to chlorine, since it is easier to separate from the desired elemental halides. Hydrogen chloride is also advantageous for reactor construction since hydrogen chloride acts less oxidatively on the reactor materials than chlorine. Additionally, hydrogen chloride is technically available at most chemical manufacturing sites.
  • the method according to the invention is not limited to the type of material used containing the element, but also to the specific surface area of this material. Also, there are hardly any restrictions on the type and specific surface area of the carbon or carbonaceous material used.
  • starting materials are chosen for the process according to the invention, which can be easily mixed technically. These may be, for example, ground products of the element-containing or carbon-containing materials which are subjected to a milling process separately or already premixed.
  • the components of the mixture or the mixture itself may be porous. Particularly preferably, the mixture should have such a large pore space that it can be penetrated by the gaseous halogen or the gaseous halogen compound, thus promoting the reaction taking place.
  • Compact materials having a low specific surface area for example coarsely comminuted natural minerals such as bauxite, ilmenite, quartz or sand, can also be reacted with the method according to the invention.
  • the carbon or the corresponding carbonaceous material used in the method according to the invention acts, on the one hand, optionally as a reducing agent for the element-containing material, on the other hand in the embodiment with the action of electromagnetic alternating fields, such as microwave irradiation, as a heating element within the mix. Furthermore, the carbon used traps water by reduction to hydrogen and thus prevents water, which can be introduced, for example, by the starting materials or is liberated in the reaction, adversely affecting the production of hydrolysis-sensitive element halides.
  • the element halide can be obtained almost quantitatively.
  • any compound containing the element can be used.
  • catalysts can be added to the reaction mixture in order to increase the reaction rates or
  • the catalysts can be introduced into the reaction mixture before entry into the reactor, as solids, liquids or gases are fed separately during the reaction or pass as gas in a mixture with the hydrogen halide in the reaction space.
  • the material containing element is preferably used in the form of particles, such as powder, grains, spheres or granules, in order to allow a good passage of the gaseous halogen or the gaseous halogen compound.
  • a preferred molar ratio of element to carbon can not be universally defined as the process divided into several subregions, which require different minimum amounts of carbon for the quantitative production of the desired elemental halide:
  • Reducing agent acts against the elemental compound; the carbon or carbonaceous material is consumed only by reacting with impurities or by-products of halogenation, and functions mainly as a filler or, in embodiments having alternating electromagnetic fields, also mainly as a heating element. Therefore, to produce a homogeneous reaction mixture, only mixing with the supplemented element-containing starting material must take place again and again.
  • the molar ratio of element to carbon is preferably 100: 1 to 1: 2.
  • Carbon serves as a reducing agent of pure elemental compounds, here enough carbon must be present to ensure the stoichiometric reaction of the element. In particular, in embodiments with the action of alternating electromagnetic fields, an excess of stoichiometry is advantageous so that heat can be generated consistently.
  • the molar ratio of element to carbon is preferably 1: 1 to 1:10 here.
  • Carbon is used to reduce contaminated elemental compounds. In this case not only must sufficient carbon be present to produce the desired element halide, but, if complete conversion of the starting material is desired, the impurities must also be quantitatively reacted; by the choice of suitable reaction parameters is a Of course, selective reaction also possible, especially if, for example, in accordance with the patent US 4,083,927 in the implementation of the method according to the invention catalysts are used.
  • the molar ratio of carbon to all the halide compounds produced is preferably 10: 1 to 1: 1.
  • reaction temperatures are for the preparation of hydrolysis-sensitive element halides preferably more than 700 0 C, more preferably more than 800 0 C.
  • the hydrogen halide gas used is preferably hydrogen chloride gas (HCl). Hydrogen fluoride (HF) can also be used.
  • the halogen-containing gas may be used in pure form or together with a carrier gas.
  • Carrier gases are CO 2 or inert gases selected from the group containing helium, nitrogen and argon, and mixtures thereof are preferred.
  • the material containing the element consists of SiO x sources which are selected from the group comprising highly dispersed silicic acid, preferably having a surface area of at least 50 m 2 / g, preferably of at least 250 m 2 / g, measured using the BET method, quartz flour preferably having micron a mean particle size of at least 0.1, preferably at least 1 micron, and preferably having a theoretical specific surface area of at least 0.1 m 2 / g, preferably 0.5 m 2 / g, silica sand having an average Particle size of at least 0.005 mm, preferably 0.1 mm and a theoretical specific surface area of at least 10 cm 2 / g, preferably 50 cm 2 / g, desert sand preferably having a particle size of 0.001 to 1 mm, bottle glass, such as soda-lime glass , preferably pounded or milled, quartz glass, mica and SiO 2 powder preferably having a particle size of 0.01 micro
  • the method has not only in terms of the type of SiO x used , but also in terms of the design of the particles, such as their shape and grain size, of this material hardly limits if the SiO x material used only with the Carbon or the carbonaceous material mix. Also, with respect to the kind and grain size of the carbon or carbonaceous material used, there are hardly any limitations if the above-mentioned mixing is possible. However, the mixture should preferably have such a large pore space that it can be permeated by the hydrogen halide to thereby promote the reaction taking place.
  • the molar ratio SiO x to carbon is preferably 1: 1 to 1:10, particularly preferably 1: 2 to 1: 7.
  • the silicon tetrahalide can be obtained almost quantitatively.
  • Almost any SiO x source can be used in the method according to the invention.
  • SiO 2 is used, but it is also possible to use SiO.
  • Suitable SiO x sources are, for example, sand, such as desert or quartz sand, glass, rice ash and silicates. It is therefore possible to use all materials which consist of SiO x or contain SiO x , and also corresponding silicates.
  • desert sand is used as a suitable source of SiO x , since this is available in large quantities stands.
  • a desert sand usually has a SiO 2 content of greater than 80%.
  • SiO x or the SiO x -containing material is preferably used in the form of particles, such as, for example, powders, granules, spheres or granules, in order to allow good mixing and good passage of the gaseous hydrogen halide.
  • Heat transfer agent for the production of element halide acting carbon or the corresponding carbonaceous material is also preferably particulate, for example in the form of powder, grains, spheres or granules, used to allow good mixing and passage of the halogen gas or the halogen compound.
  • the nature of the used material is not critical. A particularly preferred material is crushed activated carbon.
  • Pelleting or granulation of the mixture of elemental compound and carbonaceous material results in particularly intimate contact between the two components and, at the same time, allows greater gas flow rates due to the porosity of the beds formed from the pellets or granules, so that higher reaction rates than in the case of mixed powders are observed.
  • Pelleting or granulation may be accomplished by adding up to 20% binder to the mixture of elemental compound and carbonaceous material.
  • Suitable binders are generally carbon-containing compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, cellulose, starch or molasses as well as elemental compounds.
  • the element-containing material is added in liquid form or as gas, optionally at elevated temperature, to the solid and heated carbon or carbonaceous material.
  • the carbonaceous material is introduced into the reaction space in liquid form or as gas, optionally at elevated temperature.
  • At least the portion of the carbonaceous material serving as reducing agent is in liquid form or as gas, optionally with increased Temperature, introduced into the reaction space. If carbon or a carbonaceous material which can be heated by an electromagnetic alternating field is already present in the reaction space, then it is not necessary that the liquid or gaseous carbonaceous material used as reducing agent can likewise be heated by electromagnetic alternating fields.
  • Substance mixture transferred into a form that can be heated by the electromagnetic alternating field.
  • the inventive method can in addition to the described embodiment in a fixed bed reactor in reactors with a moving bed of the reaction mixture are carried out, such as stirring the bed, moving the bed by vibration or using a fluidized bed process.
  • fluid bed arrangements are appropriate for continuous operation.
  • the inventive method is preferably used for the preparation of element chlorides using hydrogen chloride as the reaction gas.
  • the naturally occurring materials such as desert sand or bauxite
  • the inventive method in addition to its versatility is characterized by easy handling and low costs.
  • the apparatus and reaction materials used are made of quartz glass due to their availability and temperature resistance. This is attacked under the reaction conditions of HCl, but the reaction rate is significantly reduced by the low surface area compared to the powdered or granular reaction mixtures, so that destruction of the silica glassware during a single reaction was not observed. According to GC / MS analysis, phosgene could not be detected as a by-product in any of the examples below.
  • Example 5 4 g of quartz powder (average particle size 3 ⁇ m, corresponds to a theoretical specific surface area of 0.75 m 2 / g), 4.2 g of powdered activated carbon and 2 g of dextran were treated as in Example 1 and the reaction with HCl at a temperature of 800 c C executed. The reaction was not complete after 12 hours. The isolated yield of SiCl 4 was 0.72 g (6% of the theoretical total conversion).
  • quartz powder average particle size 3 ⁇ m, corresponds to a theoretical specific surface area of 0.75 m 2 / g
  • 4.2 g of powdered activated carbon and 2 g of dextran were treated as in Example 1 and the reaction with HCl at a temperature of 800 c C executed. The reaction was not complete after 12 hours.
  • the isolated yield of SiCl 4 was 0.72 g (6% of the theoretical total conversion).
  • Example 5 4 g of quartz powder (average particle size 3 ⁇ m, corresponds to a theoretical specific surface area of 0.75 m 2 /
  • the quartz glass carrier was introduced into a reaction tube (glass tube, diameter 30 mm with two chimneys, drop tube plus riser, average distance 100 mm), which was placed in the hotspot of a microwave reactor (Panasonic domestic appliance).
  • Into the reaction tube was introduced a mixture of reaction (hydrogen chloride, 60 l / h) and inert gas (nitrogen, 40 l / h). After heating, the reaction product (SiCl 4 ) was condensed out in a cold trap in which pentane was initially charged with an ethanol cold bath at below -30 ° C. The analysis was quantitative and qualitative.
  • quartz glass support halved quartz glass tube, diameter 13 mm, length about 100 mm, feet of quartz glass 5 mm
  • the quartz glass carrier was introduced into a reaction tube (quartz glass tube, diameter 30 mm, length 550 mm), which was introduced into the hotspot of a microwave reactor (MX 4000, MUEGGE Electronic GmbH).
  • An HCl gas stream (1-5 L / min) was passed through the reaction tube with heating (550-1300 0 C) by activation of the microwave reactor.
  • Element-containing compounds aluminum (III) oxide; ⁇ 150 ⁇ m, 99%
  • Iron (III) oxide ⁇ 5 ⁇ m,> 99%
  • Quartz fine meal (mean particle size 3 ⁇ m, theoretical specific surface 0.75 m 2 / g)
  • Quartz sand (average particle size 0.32 mm, theoretical specific surface 75 cm 2 / g)
  • Silicon tetrachloride was detected by GCMS and 29 Si NMR compared to purchased standard compounds.
  • Boron trichloride as the diethyl ether adduct and phosphorus trichloride were detected by 11 B NMR and 31 P NMR against purchased standard compounds.
  • Iron dichloride, aluminum trichloride and hafnium tetrachloride were detected by EDX and X-ray powder diffractometry.
  • Titanium tetrachloride could not be detected directly with the available laboratory equipment.
  • the strongly fumed pentane solution was transferred to GC vials. After settling the resulting precipitate, the supernatant clear solution was lifted through the septum and transferred to a new vial through the septum. This clear solution was mixed with water through the septum. There was immediately a white voluminous precipitate. This was dried and identified by means of EDX as titanium oxide.

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Abstract

The invention relates to a method for producing elemental halides, which is characterized in that during a first step, a mixture consisting of a material containing the corresponding element and of carbon or carbon-containing material is produced, and this mixture is brought into contact with a hydrogen halide, which is gaseous under the reaction conditions, and is then heated.

Description

Verfahren zur Herstellung von Elementhalogeniden Process for the preparation of element halides

Es wird ein Verfahren zur Darstellung von Elementhalogeniden beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Schritt eine Mischung aus einem Material enthaltend das jeweilige Element und Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material hergestellt wird und diese Mischung mit einem unter den gewählten Reaktionsbedingungen gasförmigen Halogenwasserstoff in Kontakt gebracht und erhitzt wird.A process for the preparation of elemental halides is described, which is characterized in that in a first step, a mixture of a material containing the respective element and carbon or carbonaceous material is prepared and brought this mixture with a gaseous under the selected reaction conditions hydrogen halide in contact and heated.

Elementhalogenide sind Verbindungen von Elementen mit den Halogenen Fluor, Chlor, Brom, Iod oder Mischungen dieser Halogene. Die Element-Halogen-Bindung kann hierbei ionogenen Charakter, wie zum Beispiel eine Halogen-Alkalimetall-Bindung, wie beispielsweise NaCl, oder überwiegend kovalenten Charakter wie für Metall-Halogen-Bindungen, wie beispielsweise SiCl4, oder auch Nichtmetall-Halogen-Bindungen, wie beispielsweise PCl3, aufweisen.Elemental halides are compounds of elements with the halogens fluorine, chlorine, bromine, iodine or mixtures of these halogens. The element-halogen bond here ionogenic character, such as a halogen-alkali metal bond, such as NaCl, or predominantly covalent character as for metal-halogen bonds, such as SiCl 4 , or non-metal halide bonds, such as PCl 3 , have.

Elementhalogenide werden in der Technik vielseitig eingesetzt. Einige Elemente wie beispielsweise Aluminium, Titan, Bor oder Silicium werden aus Elementhalogeniden gewonnen. Auch dient bei einigen Elementen eine halogenierende Oxidation und eine anschließende dehalogenierende Reduktion zur Darstellung dieser Elemente in besonders hoher Reinheit. Gegebenenfalls können die Elementhalogenverbindungen hierbei durch Sublimation, wie beispielsweise AlCl3, oder Destillation, wie beispielsweise TiCl4, zusätzlich aufgereinigt werden. Die Dehalogenierung kann beispielsweise mittels Wasserstoff, wie beispielsweise BCI3, oder durch thermische Zersetzung erfolgen, wie beispielsweise Zersetzung von BBr3 an Wolfram-Draht. Hierdurch werden Elementhalogenide auch zu wichtigen Ausgangssubstanzen für CVD- oder ähnliche Prozesse. Weiter sind Elementhalogenide grundlegende Bausteine beispielsweise für technisch und synthetisch wichtige Katalysatoren, wie beispielsweise Friedel- Crafts-Katalysatoren zur elektrophilen Aromatensubstitution, 5 Alkylierung, Acylierung oder Ziegler-Natta-Katalysatoren für Polymerisationen, zur Ausbildung von Element-Element-Bindungen, wie beispielsweise durch Wurtzkupplungen, Grignard-Reaktionen, Salzmetathese zu Element-Sauerstoff-, Element-Phosphor-, Element-Stickstoff-, Element-Bor-, Element-Schwefel-Bindungen,Elemental halides are widely used in the art. Some elements, such as aluminum, titanium, boron or silicon, are derived from element halides. Also, in some elements, a halogenating oxidation and subsequent dehalogenating reduction serve to present these elements in particularly high purity. Optionally, the elemental halogen compounds in this case by sublimation, such as AlCl 3 , or distillation, such as TiCl4, are additionally purified. The dehalogenation can be carried out, for example, by means of hydrogen, such as, for example, BCI 3 , or by thermal decomposition, such as, for example, decomposition of BBr 3 to tungsten wire. As a result, element halides are also important starting materials for CVD or similar processes. Further, elemental halides are fundamental building blocks for, for example, technically and synthetically important catalysts, such as Friedel-Crafts electrophilic aromatic substitution catalysts, alkylation, acylation, or Ziegler-Natta catalysts for polymerizations, to form element-to-member bonds, such as by Wurtz couplings , Grignard reactions, salt metathesis to elemental oxygen, elemental phosphorous, elemental nitrogen, elemental boron, elemental sulfur bonds,

10 und Zwischenprodukte sowie Hilfsmittel, wie beispielsweise AICI3 in Pharmaka, Kosmetika, Textilien oder als Flockungshilfsmittel bei der Wasseraufbereitung. Als technisch besonders relevante Elementhalogenide sollen Tetrachlortitan und -silan als Zwischenprodukte der Titandioxidproduktion sowie10 and intermediates and adjuvants, such as AICI 3 in pharmaceuticals, cosmetics, textiles or as flocculants in water treatment. As technically particularly relevant elemental halides to tetrachlorotitanium and silane as intermediates of titanium dioxide production and

15 der Herstellung von hochdisperser Kieselsäure hervorgehoben werden.15 of the production of fumed silica are highlighted.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Darstellung von Elementhalogeniden bekannt, die sich zu »0 mehreren Gruppen zusammenfassen lassen.In the prior art, different methods for the preparation of elemental halides are known, which can be combined into several groups.

Alle bekannten Elementhalogenide lassen sich durch Umsetzung der Elemente mit dem jeweiligen Halogen, gegebenenfalls unter Erwärmen, erzeugen. Von einigen Elementen ist auch eineAll known element halides can be produced by reacting the elements with the respective halogen, if appropriate with heating. Of some elements is also one

!5 Umsetzung mit Halogenwasserstoff bekannt, wobei im! 5 Reaction with hydrogen halide known to be in the

Allgemeinen zusätzlich Wasserstoff freigesetzt wird. In dieser reduktiv wirkenden Atmosphäre werden die Elementhalogenide zumeist in einer vergleichsweise niedrigen Oxidationsstufe erhalten. Um zu Elementhalogeniden in einerIn general, additional hydrogen is released. In this reductive acting atmosphere, the elemental halides are usually obtained in a relatively low oxidation state. To get to elemental halides in one

>0 höheren Oxidationsstufe zu gelangen, ist es in einigen Fällen möglich, diese mit Halogen anstelle von Halogenwasserstoff umzusetzen oder die niederen Elementhalogenide nachträglich mit Halogen, insbesondere Chlor, zu oxidieren. Auch ist es möglich, Elementhalogenide einer hohen Oxidationsstufe mit Wasserstoff oder ähnlichen reduktiv Halogen entziehend wirkenden Reagenzien in eine niedrigere Oxidationsstufe zu überführen. 5> 0 higher oxidation state, it is possible in some cases to implement this with halogen instead of hydrogen halide or subsequently oxidize the lower element halides with halogen, especially chlorine. It is too it is possible to convert element halides of a high oxidation state with hydrogen or similar reductive halogen-withdrawing reagents into a lower oxidation state. 5

Beispiele für derartige Umsetzungen sind:Examples of such reactions are:

Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2 2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3 10 PCl3 + Cl2 → PCl5 Fe + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 2 Fe + 3 Cl 2 → 2 FeCl 3 10 PCl 3 + Cl 2 → PCl 5

2 BCl3 + „Chlor entziehendes Reagenz" → B2Cl4 2 BCl 3 + "Chlorine-withdrawing reagent" → B 2 Cl 4

Wobei in der letztgenannten Gleichung das Chlor entziehende Reagenz Kupfer oder Quecksilber sein kann.Wherein, in the last-mentioned equation, the chlorine-withdrawing reagent may be copper or mercury.

1515

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Carbochlorierung. Mit „Carbochlorierung" wird eine Umsetzung von bevorzugt Elementoxiden mit Kohlenstoff und Chlor unter Zuführung thermischer Energie bezeichnet. Für einige Elemente ist auchAnother known method is carbochlorination. By "carbochlorination" is meant a reaction of preferably elemental oxides with carbon and chlorine with the introduction of thermal energy, and for some elements as well

?0 eine Carbochlorierung mit Chlorwasserstoff bekannt.? 0 a carbochlorination with hydrogen chloride known.

Derartige Reaktionen werden beispielsweise in den Patentschriften JP62-143813 A2 und US 4,576,812 beschrieben:Such reactions are described for example in the patents JP62-143813 A2 and US 4,576,812:

>5 TiO2 + 2 Cl2 + 2 C → TiCl4 + 2 CO> 5 TiO 2 + 2 Cl 2 + 2 C → TiCl 4 + 2 CO

Al2O3 + 3 Cl2 + 3 C → 2 AlCl3 + 3 CO BaSO4 + C + Cl2 → BaCl2 + CO2 + SO2 Al 2 O 3 + 3 Cl 2 + 3 C → 2 AlCl 3 + 3 CO BaSO 4 + C + Cl 2 → BaCl 2 + CO 2 + SO 2

Ein Verfahren, das sich an die Carbochlorierung anlehnt, ist iθ die chlorierende Röstung. Bei der chlorierenden Röstung werden Elementverbindungen mit chlorhaltigen Verbindungen gemischt und gegebenenfalls in Anwesenheit von Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen Verbindungen erhitzt. Verwendete chlorhaltige Verbindungen sind beispielsweise Tetrachlorsilan oder -kohlenstoff, Natriumchlorid oder chlorhaltige Schwefel- Verbindungen wie Thionyl- und SuIfurylchlorid.One method, which is based on the carbochlorination, is iθ the chlorinating roast. In chlorinating roasting, element compounds are mixed with chlorine-containing compounds and optionally heated in the presence of carbon or carbon-containing compounds. used Chlorine-containing compounds are, for example, tetrachlorosilane or carbon, sodium chloride or chlorine-containing sulfur compounds, such as thionyl chloride and sufururic chloride.

So lassen sich gemäß H. F. Johnstone et al, in Ind. engg. Chem. 34 (1942) 280, Mischungen von Chromeisenstein mit Natrium- oder Kaliumchlorid mit einem Schwefeldioxid/Luft-Gemisch zu wasserlöslichen Chloriden und Sulfaten umsetzen. Rauter (Liebigs Ann. 270, 1892, 236) beschreibt die Umsetzung von Cadmiumoxid mit Siliciumtetrachlorid zu Cadmiumchlorid:Thus, according to H.F. Johnstone et al, in Ind. Engg. Chem. 34 (1942) 280, mixtures of chromium iron with sodium or potassium chloride with a sulfur dioxide / air mixture to convert water-soluble chlorides and sulfates. Rauter (Liebigs Ann. 270, 1892, 236) describes the conversion of cadmium oxide with silicon tetrachloride to cadmium chloride:

2 CdO + SiCl4 → 2 CdCl2 + SiO2.2 CdO + SiCl 4 → 2 CdCl 2 + SiO 2 .

Ebenso kann Cadmiumchlorid aus Cadmiumoxid gemäß:Likewise, cadmium chloride may be cadmium oxide according to:

CdO + SOCl2 → CdCl2 + SO2 CdO + SOCl 2 → CdCl 2 + SO 2

mittels des von North und Hagemann in J. Am. Chem. Soc. 35 (1913) 2088 beschriebenen Verfahrens erhalten werden. Die Patentschriften US 2,895,796 und US 3,652,219 offenbaren beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von Eisen (II) chlorid aus Eisensulfid gemäß:using the method described by North and Hagemann in J. Am. Chem. Soc. 35 (1913) 2088. For example, US Pat. Nos. 2,895,796 and 3,652,219 disclose a process for producing iron (II) chloride from iron sulfide according to:

FeS2 + SCl2 → FeCl2 + 3 S.FeS 2 + SCl 2 → FeCl 2 + 3 s.

Weiterhin wird beispielsweise in den Patentschriften US 4,209,501 und US 4,576,812 ein Verfahren zur Herstellung von Eisen (II) chlorid aus Eisen (III) chlorid gemäß:Furthermore, for example, in the patents US 4,209,501 and US 4,576,812 a process for the preparation of iron (II) chloride from iron (III) chloride according to:

ZnS + 2 FeCl3 → ZnCl2 + 2 FeCl2 + SZnS + 2 FeCl 3 → ZnCl 2 + 2 FeCl 2 + S

beschrieben. Zuletzt erwähnt sei die direkte Umsetzung von Elementverbindungen mit Halogenwasserstoffen unter Bildung von Elementhalogeniden und Freisetzung vondescribed. Last mentioned is the direct reaction of elemental compounds with hydrogen halides to form elemental halides and release of

Wasserstoffverbindungen gemäß den nachfolgenden Beispielen:Hydrogen compounds according to the following examples:

SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2H2O, As2O3 + HCl → AsCl3 + H2O und SnS + 2 HCl → SnCl2 + H2S.SiO 2 + 4 HF → SiF 4 + 2H 2 O, As 2 O 3 + HCl → AsCl 3 + H 2 O and SnS + 2 HCl → SnCl 2 + H 2 S.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungsformen zur Darstellung von Elementhalogeniden bekannt. Ein häufig in vergleichbarer Weise angewendetes und beispielsweise in der Patentschrift US 4,083,923 beschriebenes Verfahren setzt unter den Reaktionsbedingungen feste Ausgangsverbindungen zu unter den Reaktionsbedingungen gasförmigen Elementhalogeniden um, ein beispielsweise in der Patentschrift US 4,576,812 offenbartes Verfahren gelangt von festen Ausgangsmaterialien zu unter den Reaktionsbedingungen festen Elementhalogeniden. Es sind des weiteren Verfahren bekannt, bei denen die Umsetzung der Ausgangsverbindungen in flüssiger Phase oder einer Suspension stattfindet, etwa in einer Salzschmelze. Ein beispielsweise in der Patentschrift US 4,039,648 offengelegtes Verfahren führt dabei zu unter den Reaktionsbedingungen gasförmigen Elementhalogeniden, während beispielsweise in den Patentschriften US 4,209,501 oder US 4,597,840 beschriebene Verfahren in der flüssigen Phase gelöste Produkte erzeugen.In the prior art, different embodiments for the preparation of elemental halides are known. A commonly used in a comparable manner and described for example in the patent US 4,083,923 process under the reaction conditions solid starting compounds under the reaction conditions to gaseous element halides, a disclosed for example in the patent US 4,576,812 process passes from solid starting materials under the reaction conditions solid element halides. Furthermore, processes are known in which the reaction of the starting compounds takes place in the liquid phase or in a suspension, for example in a molten salt bath. A process disclosed, for example, in US Pat. No. 4,039,648 leads to gaseous elemental halides under the reaction conditions, while processes described in the patents US Pat. No. 4,209,501 or US Pat. No. 4,597,840, for example, produce dissolved products in the liquid phase.

Im Stand der Technik sind auch Umsetzungen von Gemischen unterschiedlicher Elementverbindungen beschrieben, wie beispielsweise von Tonerden oder Bauxit, wobei Gemische von Elementhalogeniden entstehen, die nachfolgend durch fraktionierte Kondensation, Filtration oder Destillation aufgereinigt werden können. Zusätzlich beschreiben beispielsweise in den Patentschriften US 3,935,297, US 4,083,923 oder WO2004/063096 offenbarte Verfahren die Möglichkeit, Verunreinigungen im gewünschten Zielprodukt durch selektive Abreaktion zu entfernen.The prior art also describes reactions of mixtures of different elemental compounds, such as clays or bauxite, to form mixtures of elemental halides, subsequently by fractional condensation, filtration or distillation can be purified. In addition, for example, processes disclosed in US Pat. Nos. 3,935,297, 4,083,923 or WO2004 / 063096 describe the possibility of removing impurities in the desired target product by selective reaction.

Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren, welche nicht von den Elementen ausgehen, weisen dabei teilweise den Nachteil auf, dass sie das enthaltene Element nur zu einem geringen Anteil in Elementhalogenide überführen. Um dieThe methods described in the prior art, which do not emanate from the elements, thereby have the partial disadvantage that they convert the contained element only to a small extent in elemental halides. To the

Ausbeuten zu erhöhen oder die Reaktionsgeschwindigkeiten zu verbessern, werden oftmals Katalysatoren eingesetzt, wie beispielsweise in den Patentschriften US 1,565,220 durch Zusatz von Schwefel bei der Carbochlorierung von Tonerde zur Reaktionsbeschleunigung und US 4,083,927 durch Zusatz vonCatalysts are often used to increase yields or to improve the reaction rates, as for example in US Pat. No. 1,565,220 by addition of sulfur in the carbochlorination of alumina for accelerating the reaction and US Pat. No. 4,083,927 by addition of

BCI3 bei der Carbochlorierung von Kaolin-haltigen Rohstoffen, um die Reaktion zu AICI3 gegenüber der zu SiCl4 zu beschleunigen, beschrieben. Weiterhin entstehen bei diesen Verfahren zum Teil arbeitsmedizinisch und umwelttoxikologisch bedenkliche Nebenprodukte. So kann etwa die Carbochlorierung von Elementoxiden mit Chlorgas Dichlorketon (Phosgen) erzeugen. Um die Freisetzung von Phosgen zu minimieren, muss das eingesetzte Chlorgas im Reaktor möglichst vollständig umgesetzt werden, wie beispielsweise in den Patentschriften JP60-112610 A2 und JP60-118623 A2 beschrieben:BCI 3 in the carbochlorination of kaolin-containing raw materials to accelerate the reaction to AICI 3 over that to SiCl 4 described. Furthermore, some of these methods result in occupational-medical and environmentally toxic by-products. For example, the carbochlorination of elemental oxides with chlorine gas can produce dichloroketone (phosgene). In order to minimize the release of phosgene, the chlorine gas used must be reacted as completely as possible in the reactor, as described, for example, in patents JP60-112610 A2 and JP60-118623 A2:

SiO2 + 2C + 2Cl2 → SiCl4 + 2CO CO + Cl2 → COCl2 SiO 2 + 2C + 2Cl 2 → SiCl 4 + 2CO CO + Cl 2 → COCl 2

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einThe present invention is based on the object

Verfahren zur Herstellung von Elementhalogeniden zu schaffen, das sich in Bezug auf die eingesetzten Ausgangsstoffe durch eine besonders große Vielseitigkeit auszeichnet, ohne Zusatz von Katalysatoren abläuft und die Bildung bedenklicher Nebenprodukte vermeidet.To provide processes for the production of elemental halides, which is characterized with respect to the starting materials used by a particularly great versatility, without addition Catalysts and avoids the formation of harmful by-products.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Elementhalogenid, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung eines Materials enthaltend das Element mit Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material unter Erwärmen mit einem Gasstrom enthaltend unter den Reaktionsbedingungen gasförmigen Halogenwasserstoff in Kontakt gebracht wird, gelöst.This object is achieved by a method for producing element halide, characterized in that a mixture of a material comprising the element with carbon or carbonaceous material is brought under heating with a gas stream containing under the reaction conditions gaseous hydrogen halide in contact dissolved.

Zum Erhitzen des Gemisches können herkömmliche Energiequellen verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele sind das Erhitzen mit Hilfe einer Widerstandsheizung oder auf solarthermischem Wege. Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch durch Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, insbesondere von Mikrowellenenergie, erhitzt. Versuche haben ergeben, dass bei Verwendung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, bevorzugt Mikrowellenstrahlung, als Energiequelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf beliebige das Element enthaltende Verbindungen zurückgegriffen werden kann. Der verwendete Kohlenstoff oder das Kohlenstoff enthaltende Material muss hierbei in einer Form vorliegen, die geeignet ist, elektromagnetische Wellen in thermische Energie umzusetzen, d.h. von elektromagnetischen Wechselfeldern thermisch angeregt zu werden.Conventional sources of energy can be used to heat the mixture. Non-limiting examples are heating by means of resistance heating or by solar thermal means. In a further embodiment of the method according to the invention, the mixture is heated by generating an alternating electromagnetic field, in particular microwave energy. Experiments have shown that when using an alternating electromagnetic field, preferably microwave radiation, as an energy source for carrying out the method according to the invention can be used on any element-containing compounds. The carbon or carbonaceous material used must be in a form suitable for converting electromagnetic waves into thermal energy, i. to be thermally excited by alternating electromagnetic fields.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist kein Katalysator erforderlich, während dies im Stand der Technik oftmals der Fall ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhebt keinerlei Ansprüche an das eingesetzte elementhaltige und kohlenstoffhaltige Material. Bevorzugt werden jedoch Elementoxide oder Elementsulfide sowie Mischungen dieser Oxide oder Sulfide mit verunreinigenden Verbindungen, insbesondere mit einem möglichst hohen Elementgehalt, verwendet. Als nicht einschränkende Beispiele verwertbarer Mischungen seien genannt titanhaltige Abfälle der Titandioxid-Herstellung, siliciumhaltige Abfälle wie Reisasche und kohlenstoffhaltige Rückstände von Verbrennungs¬ oder Pyrolyseprozessen. Diese Materialien sind zur Zeit Problemstoffe, die aufwändig deponiert werden müssen.For carrying out the process according to the invention no catalyst is required, whereas this is often the case in the prior art. The process of the present invention makes no claims to the element-containing and carbonaceous material used. However, preference is given to using elemental oxides or elemental sulfides and mixtures of these oxides or sulfides with contaminating compounds, in particular with the highest possible elemental content. Non-limiting examples of useful mixtures include titanium-containing wastes of titanium dioxide production, silicon-containing wastes such as rice ash, and carbonaceous residues of combustion or pyrolysis processes. These materials are currently problematic materials that have to be disposed of in a complicated manner.

Möglich ist auch ein Recycling von Gläsern, der Aufschluss von aluminiumhaltigen Silicaten oder Mischungen aus Aluminiumoxiden mit Siliciumoxid und Eisenoxiden, wie beispielsweise Bauxit.Also possible is the recycling of glasses, the digestion of aluminous silicates or mixtures of aluminas with silica and iron oxides, such as bauxite.

Einige geeignete Ausgangsmaterialien sind in Tabelle 1 aufgeführt.Some suitable starting materials are listed in Table 1.

Tabelle 1Table 1

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Die Elementhalogenide können gegebenenfalls nach der Halogenierung der Mischungen durch bekannte physikalische oder chemische Verfahren getrennt werden, beispielsweise durch Destillation von flüssigen oder gasförmigen Elementhalogeniden, durch Sublimation von festen
Figure imgf000009_0001
The elemental halides may optionally be separated after halogenation of the mixtures by known physical or chemical methods, for example by distillation of liquid or gaseous element halides, by sublimation of solid

Elementhalogeniden oder Filtration zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Elementhalogeniden von festen Elementhalogeniden .Element halides or filtration to separate liquid or gaseous elemental halides from solid elemental halides.

Auch ist eine Umsetzung von Ausgangsmaterialien oder deren Mischungen möglich, die die Elemente in bestimmten Verhältnissen enthalten. Hierdurch kann beispielsweise ein Dotierungsverhältnis für einen nachfolgenden Abscheidungsprozess voreingestellt werden.It is also possible to react starting materials or mixtures thereof which contain the elements in specific proportions. As a result, for example, a doping ratio for a subsequent deposition process can be preset.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren können Elementhalogenide dargestellt werden, die unter den Reaktionsbedingungen flüssig, gasförmig oder fest sind. Somit zeichnet sich das Verfahren durch besonders große Vielseitigkeit aus.In the process according to the invention, it is possible to prepare elemental halides which are liquid, gaseous or solid under the reaction conditions. Thus, the process is characterized by particularly great versatility.

Das Verfahren kann mit einer Abscheidung der Elementhalogenide mittels Wasserstoff gekoppelt sein. Der während der Verwendung von Halogenwasserstoff zur Halogenierung entstehende Wasserstoff kann hierzu eingesetzt werden.The method may be coupled with a deposition of the elemental halides by means of hydrogen. The hydrogen produced during the use of hydrogen halide for halogenation can be used for this purpose.

Der freigesetzte Wasserstoff kann alternativ zur Gewinnung eines Teiles der für den Prozess benötigten Energie genutzt werden. Im Vergleich zu Verfahren, in denen eine Halogenierung aus den Elementen erfolgt, können mit dem hier vorgestellten einstufigen Verfahren Energie und Produktionskosten eingespart werden. Die Herstellung des Elements entfällt. Formal verläuft der Prozess oftmals ohne Änderung der Oxidationsstufe des Elements.The released hydrogen may alternatively be used to recover some of the energy needed for the process. In comparison with processes in which halogenation takes place from the elements, energy and production costs can be saved with the one-step process presented here. The production of the Elements omitted. Formally, the process often proceeds without altering the oxidation state of the element.

In einer besonders bevorzugten Variante der hier vorgestellten Erfindung wird als halogenhaltige VerbindungIn a particularly preferred variant of the invention presented here is used as the halogen-containing compound

Chlorwasserstoff eingesetzt. Neben der Vermeidung von Phosgen ist Chlorwasserstoff auch aufgrund seines wesentlich niedrigeren Siedepunktes im Vergleich zu Chlor technologisch zu bevorzugen, da er einfacher von den gewünschten Elementhalogeniden zu trennen ist. Für den Reaktorbau ist Chlorwasserstoff ebenfalls von Vorteil, da Chlorwasserstoff im Vergleich zu Chlor weniger oxidativ auf die Reaktormaterialien einwirkt. Zusätzlich ist Chlorwasserstoff an den meisten chemischen Produktionsstandorten technisch verfügbar.Hydrogen chloride used. In addition to the avoidance of phosgene hydrogen chloride is also technologically preferable due to its much lower boiling point compared to chlorine, since it is easier to separate from the desired elemental halides. Hydrogen chloride is also advantageous for reactor construction since hydrogen chloride acts less oxidatively on the reactor materials than chlorine. Additionally, hydrogen chloride is technically available at most chemical manufacturing sites.

Die Verwendung von Halogenwasserstoff für die Umsetzung von insbesondere Elementoxiden hat den Nachteil, dass aufgrund des an das Halogen gebundenen Wasserstoffes während der Durchführung der Reaktion Wasser gebildet wird, welches ein erzeugtes hydrolyseempfindliches Elementhalogenid wieder hydrolysieren kann. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann während der Darstellung von hydrolyseempfindlichen Elementhalogeniden, wie beispielsweise Tetrachlortitan, durch Wahl einer geeigneten Temperatur, bevorzugt über 8000C, das Wassergas-Gleichgewicht:The use of hydrogen halide for the reaction of in particular elemental oxides has the disadvantage that due to the hydrogen bound to the halogen during the implementation of the reaction, water is formed, which can rehydrolysis a generated hydrolysis-sensitive element halide. In a further development of the process according to the invention, during the preparation of hydrolysis-sensitive elemental halides, such as, for example, tetrachlorotitanium, by choosing a suitable temperature, preferably above 800 ° C., the water gas equilibrium can be:

H2O + C ^ CO + H2 H 2 O + C 1 CO + H 2

zugunsten von Kohlenmonoxid und Wasserstoff verschoben werden. Das Wasser wird dem Gleichgewicht entzogen und Hydrolyse findet nicht statt. Das hierbei entstandene Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemisch kann energetisch oder chemisch genutzt werden.in favor of carbon monoxide and hydrogen. The water is deprived of equilibrium and hydrolysis does not take place. The resulting Carbon monoxide-hydrogen mixture can be used energetically or chemically.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur in Bezug auf die Art des verwendeten Materials enthaltend das Element, sondern auch in Bezug auf die spezifische Oberfläche dieses Materials keinen Beschränkungen ausgesetzt. Auch in Bezug auf die Art und die spezifische Oberfläche des verwendeten Kohlenstoffs oder kohlenstoffhaltigen Materials bestehen kaum Beschränkungen.The method according to the invention is not limited to the type of material used containing the element, but also to the specific surface area of this material. Also, there are hardly any restrictions on the type and specific surface area of the carbon or carbonaceous material used.

Vorzugsweise werden für das erfindungsgemäße Verfahren Ausgangsmaterialien gewählt, die sich technisch leicht vermischen lassen. Dies können beispielsweise Mahlprodukte der das Element enthaltenden bzw. Kohlenstoff enthaltenden Materialien sein, die getrennt oder bereits vorgemischt einem Mahlprozess unterzogen werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Bestandteile des Gemisches oder das Gemisch selbst porös sein. Besonders bevorzugt sollte das Gemisch einen solch großen Porenraum besitzen, dass es vom gasförmigen Halogen oder der gasförmigen Halogenverbindung durchdrungen werden kann, um auf diese Weise die stattfindende Reaktion zu fördern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch kompakte Materialien mit geringer spezifischer Oberfläche, beispielsweise grob zerkleinerte natürliche Mineralien, wie beispielsweise Bauxit, Ilmenit, Quarz oder Sand, umgesetzt werden.Preferably, starting materials are chosen for the process according to the invention, which can be easily mixed technically. These may be, for example, ground products of the element-containing or carbon-containing materials which are subjected to a milling process separately or already premixed. In a further embodiment, the components of the mixture or the mixture itself may be porous. Particularly preferably, the mixture should have such a large pore space that it can be penetrated by the gaseous halogen or the gaseous halogen compound, thus promoting the reaction taking place. Compact materials having a low specific surface area, for example coarsely comminuted natural minerals such as bauxite, ilmenite, quartz or sand, can also be reacted with the method according to the invention.

Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kohlenstoff bzw. das entsprechende kohlenstoffhaltige Material wirkt einerseits gegebenenfalls als Reduktionsmittel für das elementhaltige Material, andererseits in der Ausführungsform mit Einwirkung elektromagnetischer Wechselfelder, wie beispielsweise Mikrowellenbestrahlung, auch als Heizelement innerhalb der Mischung. Desweiteren fängt der verwendete Kohlenstoff Wasser durch Reduktion zu Wasserstoff ab und verhindert auf diese Weise, dass sich Wasser, das beispielsweise durch die Ausgangsmaterialien eingetragen werden kann oder bei der Reaktion freigesetzt wird, nachteilig auf die Herstellung von hydrolyseempfindlichen Elementhalogeniden auswirkt.The carbon or the corresponding carbonaceous material used in the method according to the invention acts, on the one hand, optionally as a reducing agent for the element-containing material, on the other hand in the embodiment with the action of electromagnetic alternating fields, such as microwave irradiation, as a heating element within the mix. Furthermore, the carbon used traps water by reduction to hydrogen and thus prevents water, which can be introduced, for example, by the starting materials or is liberated in the reaction, adversely affecting the production of hydrolysis-sensitive element halides.

Das Elementhalogenid kann nahezu quantitativ gewonnen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jede beliebige das Element enthaltende Verbindung eingesetzt werden.The element halide can be obtained almost quantitatively. In the method according to the invention, any compound containing the element can be used.

In allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können Katalysatoren zur Reaktionsmischung zugefügt werden, um die Reaktionsgeschwindigkeiten zu erhöhen oder dieIn all embodiments of the process according to the invention, catalysts can be added to the reaction mixture in order to increase the reaction rates or

Selektivität bezüglich des gewünschten Elementhalogenids zu verbessern, insbesondere wenn verunreinigte elementhaltige Verbindungen im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Die Katalysatoren können bereits vor Eintritt in den Reaktor in die Reaktionsmischung eingebracht werden, als Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase separat während der Reaktion zugeführt werden oder als Gas im Gemisch mit dem Halogenwasserstoff in den Reaktionsraum gelangen.Selectivity to improve the desired elemental halide, especially when contaminated element-containing compounds are used in the process according to the invention. The catalysts can be introduced into the reaction mixture before entry into the reactor, as solids, liquids or gases are fed separately during the reaction or pass as gas in a mixture with the hydrogen halide in the reaction space.

In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßenIn a first embodiment of the invention

Verfahrens wird das Element enthaltende Material vorzugsweise in Form von Partikeln, wie beispielsweise Pulver, Körner, Kugeln oder Granulate, verwendet, um eine gute Hindurchleitung des gasförmigen Halogens bzw. der gasförmigen Halogenverbindung zu ermöglichen.Method, the material containing element is preferably used in the form of particles, such as powder, grains, spheres or granules, in order to allow a good passage of the gaseous halogen or the gaseous halogen compound.

Ein bevorzugtes Molverhältnis von Element zu Kohlenstoff lässt sich nicht allgemeingültig definieren, da sich das Verfahren in mehrere Teilbereiche gliedert, die zur quantitativen Erzeugung des gewünschten Elementhalogenids unterschiedliche Mindestmengen an Kohlenstoff erfordern:A preferred molar ratio of element to carbon can not be universally defined as the process divided into several subregions, which require different minimum amounts of carbon for the quantitative production of the desired elemental halide:

1. Umsetzungen, bei denen Kohlenstoff nicht als1. Reactions where carbon is not considered as

Reduktionsmittel gegen die elementhaltige Verbindung wirkt; der Kohlenstoff oder das kohlenstoffhaltige Material werden nur durch Abreaktion mit Verunreinigungen oder mit Nebenprodukten der Halogenierung verbraucht und wirken hauptsächlich als Füllstoff oder in Ausführungsformen mit Einwirkung elektromagnetischer Wechselfelder auch hauptsächlich als Heizelement. Daher muss zur Erzeugung einer homogenen Reaktionsmischung nur immer wieder ein Vermischen mit dem ergänzten elementhaltigen Ausgangsmaterial erfolgen. Das Molverhältnis Element zu Kohlenstoff beträgt hierbei vorzugsweise 100:1 bis 1:2.Reducing agent acts against the elemental compound; the carbon or carbonaceous material is consumed only by reacting with impurities or by-products of halogenation, and functions mainly as a filler or, in embodiments having alternating electromagnetic fields, also mainly as a heating element. Therefore, to produce a homogeneous reaction mixture, only mixing with the supplemented element-containing starting material must take place again and again. The molar ratio of element to carbon is preferably 100: 1 to 1: 2.

2. Kohlenstoff dient als Reduktionsmittel reiner Elementverbindungen, hier muss genügend Kohlenstoff vorhanden sein, um die stöchiometrische Abreaktion des Elementes zu gewährleisten. Insbesondere bei Ausführungsformen mit Einwirkung elektromagnetischer Wechselfelder ist ein Überschuss zur Stöchiometrie vorteilhaft, damit beständig Wärme erzeugt werden kann. Das Molverhältnis Element zu Kohlenstoff beträgt hier bevorzugt 1:1 bis 1:10.2. Carbon serves as a reducing agent of pure elemental compounds, here enough carbon must be present to ensure the stoichiometric reaction of the element. In particular, in embodiments with the action of alternating electromagnetic fields, an excess of stoichiometry is advantageous so that heat can be generated consistently. The molar ratio of element to carbon is preferably 1: 1 to 1:10 here.

3. Kohlenstoff wird zur Reduktion von verunreinigten Elementverbindungen eingesetzt. In diesem Fall muss nicht nur genügend Kohlenstoff vorhanden sein, um das gewünschte Elementhalogenid zu erzeugen, sondern es müssen, wenn eine vollständige Umsetzung des Ausgangsmaterials gewünscht ist, auch die Verunreinigungen quantitativ abreagiert werden können; durch die Wahl geeigneter Reaktionsparameter ist eine selektive Reaktion natürlich ebenfalls möglich, insbesondere wenn etwa in Anlehnung an die Patentschrift US 4,083,927 in der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Katalysatoren Verwendung finden. In diesem dritten Fall beträgt das Molverhältnis Kohlenstoff zu allen erzeugten Halogenidverbindungen bevorzugt 10:1 bis 1:1.3. Carbon is used to reduce contaminated elemental compounds. In this case not only must sufficient carbon be present to produce the desired element halide, but, if complete conversion of the starting material is desired, the impurities must also be quantitatively reacted; by the choice of suitable reaction parameters is a Of course, selective reaction also possible, especially if, for example, in accordance with the patent US 4,083,927 in the implementation of the method according to the invention catalysts are used. In this third case, the molar ratio of carbon to all the halide compounds produced is preferably 10: 1 to 1: 1.

Die Reaktionstemperaturen betragen für die Darstellung von hydrolyseempfindlichen Elementhalogeniden bevorzugt mehr als 7000C, besonders bevorzugt mehr als 8000C.The reaction temperatures are for the preparation of hydrolysis-sensitive element halides preferably more than 700 0 C, more preferably more than 800 0 C.

Das verwendete Halogenwasserstoffgas ist vorzugsweise Chlorwasserstoffgas (HCl) . Fluorwasserstoff (HF) kann ebenfalls eingesetzt werden. Das halogenhaltige Gas kann in reiner Form oder zusammen mit einem Trägergas verwendet werden. AlsThe hydrogen halide gas used is preferably hydrogen chloride gas (HCl). Hydrogen fluoride (HF) can also be used. The halogen-containing gas may be used in pure form or together with a carrier gas. When

Trägergas werden CO2 oder inerte Gase ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Helium, Stickstoff und Argon sowie deren Gemische bevorzugt.Carrier gases are CO 2 or inert gases selected from the group containing helium, nitrogen and argon, and mixtures thereof are preferred.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Material enthaltend das Element aus SiOx-Quellen, die ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend hochdisperse Kieselsäure, vorzugsweise mit einer Oberfläche von mindestens 50 m2/g bevorzugt von mindestens 250 m2/g gemessen mit der BET-Methode, Quarzfeinmehl vorzugsweise aufweisend eine mittlere Teilchengröße von mindestens 0,1 μm, bevorzugt von mindestens 1 μm und vorzugsweise aufweisend eine theoretische spezifische Oberfläche von mindestens 0,1 m2/g, bevorzugt 0,5 m2/g, Quarzsand mit einer mittleren Teilchengröße von mindestens 0,005 mm, bevorzugt 0,1 mm und einer theoretischen spezifischen Oberfläche von mindestens 10 cm2/g, bevorzugt 50 cm2/g, Wüstensand vorzugsweise aufweisend eine Teilchengröße 0,001 bis 1 mm, Flaschenglas, wie beispielsweise Kalk-Soda-Glas, vorzugsweise zerstoßen oder gemahlen, Quarzglas, Glimmer und SiO-Pulver vorzugsweise mit einer Teilchengröße 0,01 μm bis 0,1 mm.In a preferred embodiment, the material containing the element consists of SiO x sources which are selected from the group comprising highly dispersed silicic acid, preferably having a surface area of at least 50 m 2 / g, preferably of at least 250 m 2 / g, measured using the BET method, quartz flour preferably having micron a mean particle size of at least 0.1, preferably at least 1 micron, and preferably having a theoretical specific surface area of at least 0.1 m 2 / g, preferably 0.5 m 2 / g, silica sand having an average Particle size of at least 0.005 mm, preferably 0.1 mm and a theoretical specific surface area of at least 10 cm 2 / g, preferably 50 cm 2 / g, desert sand preferably having a particle size of 0.001 to 1 mm, bottle glass, such as soda-lime glass , preferably pounded or milled, quartz glass, mica and SiO 2 powder preferably having a particle size of 0.01 microns to 0.1 mm.

Hierbei weist das Verfahren nicht nur in Bezug auf die Art des verwendeten SiOx, sondern auch in Bezug auf die Ausgestaltung der Partikel, wie beispielsweise deren Form und Korngröße, dieses Materiales kaum Beschränkungen auf, wenn sich das verwendete SiOx-Material nur mit dem Kohlenstoff oder dem kohlenstoffhaltigen Material vermischen lässt. Auch in Bezug auf die Art und die Korngröße des verwendeten Kohlenstoffes oder 'kohlenstoffhaltigen Materiales bestehen kaum Beschränkungen, wenn das vorstehend erwähnte Vermischen möglich ist. Allerdings sollte das Gemisch vorzugsweise einen solch großen Porenraum besitzen, dass es vom Halogenwasserstoff durchdrungen werden kann, um auf diese Weise die stattfindende Reaktion zu fördern.Here, the method has not only in terms of the type of SiO x used , but also in terms of the design of the particles, such as their shape and grain size, of this material hardly limits if the SiO x material used only with the Carbon or the carbonaceous material mix. Also, with respect to the kind and grain size of the carbon or carbonaceous material used, there are hardly any limitations if the above-mentioned mixing is possible. However, the mixture should preferably have such a large pore space that it can be permeated by the hydrogen halide to thereby promote the reaction taking place.

Das Molverhältnis SiOx zu Kohlenstoff beträgt vorzugsweise 1:1 bis 1:10, besonders bevorzugt 1:2 bis 1:7.The molar ratio SiO x to carbon is preferably 1: 1 to 1:10, particularly preferably 1: 2 to 1: 7.

Das Siliciumtetrahalogenid kann nahezu quantitativ gewonnen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nahezu jede beliebige SiOx-Quelle eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise findet SiO2 Verwendung, wobei jedoch auch eine Verwendung von SiO möglich ist. Geeignete SiOx-Quellen sind beispielsweise Sand, wie beispielsweise Wüsten- oder Quarzsand, Glas, Reis¬ asche und Silikate. Es können daher sämtliche Materialien Verwendung finden, die aus SiOx bestehen oder SiOx enthalten, auch entsprechende Silikate.The silicon tetrahalide can be obtained almost quantitatively. Almost any SiO x source can be used in the method according to the invention. Expediently, SiO 2 is used, but it is also possible to use SiO. Suitable SiO x sources are, for example, sand, such as desert or quartz sand, glass, rice ash and silicates. It is therefore possible to use all materials which consist of SiO x or contain SiO x , and also corresponding silicates.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als geeignete Quelle für SiOx beispielsweise Wüstensand eingesetzt, da dieser in großen Mengen zur Verfügung steht. Ein derartiger Wüstensand besitzt in der Regel einen SiO2-Anteil von größer 80%.In a preferred embodiment of the method according to the invention, for example, desert sand is used as a suitable source of SiO x , since this is available in large quantities stands. Such a desert sand usually has a SiO 2 content of greater than 80%.

Eine beispielhafte prozentuale Zusammensetzung von Wüstensand ist in Tabelle 2 aufgeführt.An exemplary percentage composition of desert sand is listed in Table 2.

Tabelle 2Table 2

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SiOx bzw. das SiOx-enthaltende Material wird vorzugsweise in Form von Partikeln, wie beispielsweise Pulver, Körner, Kugeln oder Granulate, verwendet, um eine gute Vermischung und eine gute Hindurchleitung des gasförmigen Halogenwasserstoffs zu ermöglichen .SiO x or the SiO x -containing material is preferably used in the form of particles, such as, for example, powders, granules, spheres or granules, in order to allow good mixing and good passage of the gaseous hydrogen halide.

Der als Reduktionsmittel sowie gegebenenfalls alsThe as a reducing agent and optionally as

Wärmeüberträger zur Darstellung von Elementhalogenid wirkende Kohlenstoff oder das entsprechende kohlenstoffhaltige Material wird vorzugsweise ebenfalls partikulär, beispielsweise in Form von Pulver, Körnern, Kugeln oder Granulaten, verwendet, um ein gutes Vermischen und eine gute Hindurchleitung des Halogengases oder der Halogenverbindung zu ermöglichen. Die Art des verwendeten Materials ist nicht kritisch. Ein besonders bevorzugtes Material ist zerkleinerte Aktivkohle.Heat transfer agent for the production of element halide acting carbon or the corresponding carbonaceous material is also preferably particulate, for example in the form of powder, grains, spheres or granules, used to allow good mixing and passage of the halogen gas or the halogen compound. The nature of the used material is not critical. A particularly preferred material is crushed activated carbon.

Pelletieren oder Granulieren der Mischung aus Elementverbindung und kohlenstoffhaltigem Material führt zu einem besonders innigen Kontakt zwischen den beiden Komponenten und erlaubt gleichzeitig aufgrund der Porosität der aus den Pellets oder Granalien gebildeten Schüttungen größere Gasdurchflussmengen, so dass höhere Reaktionsraten als im Falle vermischter Pulver zu beobachten sind. DasPelleting or granulation of the mixture of elemental compound and carbonaceous material results in particularly intimate contact between the two components and, at the same time, allows greater gas flow rates due to the porosity of the beds formed from the pellets or granules, so that higher reaction rates than in the case of mixed powders are observed. The

Pelletieren oder Granulieren kann unter Hinzufügen von bis zu 20% Bindemittel zur Mischung aus Elementverbindung und kohlenstoffhaltigem Material erfolgen. Als Bindemittel geeignet sind allgemein kohlenstoffhaltige Verbindungen, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Zellulose, Stärke oder Melasse sowie auch elementhaltige Verbindungen.Pelleting or granulation may be accomplished by adding up to 20% binder to the mixture of elemental compound and carbonaceous material. Suitable binders are generally carbon-containing compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, cellulose, starch or molasses as well as elemental compounds.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das elementhaltige Material in flüssiger Form oder als Gas, gegebenenfalls mit erhöhter Temperatur, zu dem festen und erhitzten Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen Material zugefügt.In a further embodiment of the process according to the invention, the element-containing material is added in liquid form or as gas, optionally at elevated temperature, to the solid and heated carbon or carbonaceous material.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das kohlenstoffhaltige Material in flüssiger Form oder als Gas, gegebenenfalls mit erhöhter Temperatur, in den Reaktionsraum eingebracht.In a further embodiment of the method according to the invention, the carbonaceous material is introduced into the reaction space in liquid form or as gas, optionally at elevated temperature.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem elektromagnetischen Wechselfeld als Energiequelle wird zumindest der als Reduktionsmittel dienende Anteil des kohlenstoffhaltigen Materials in flüssiger Form oder als Gas, gegebenenfalls mit erhöhter Temperatur, in den Reaktionsraum eingebracht. Ist im Reaktionsraum bereits Kohlenstoff oder ein kohlenstoffhaltiges Material enthalten, welches sich durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erwärmen lässt, so ist es nicht notwendig, dass sich das als Reduktionsmittel eingesetzte flüssige oder gasförmige kohlenstoffhaltige Material ebenfalls durch elektromagnetische Wechselfelder erwärmen lässt.In a further embodiment of the method according to the invention with an alternating electromagnetic field as an energy source, at least the portion of the carbonaceous material serving as reducing agent is in liquid form or as gas, optionally with increased Temperature, introduced into the reaction space. If carbon or a carbonaceous material which can be heated by an electromagnetic alternating field is already present in the reaction space, then it is not necessary that the liquid or gaseous carbonaceous material used as reducing agent can likewise be heated by electromagnetic alternating fields.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem elektromagnetischen Wechselfeld als Energiequelle wird der eingesetzte Kohlenstoff oder das eingesetzte kohlenstoffhaltige Material innerhalb des Reaktionsraumes durch Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes auf das im Reaktionsraum enthalteneIn a further embodiment of the method according to the invention with an alternating electromagnetic field as an energy source, the carbon used or the carbonaceous material used within the reaction space by the action of an electromagnetic alternating field on the contained in the reaction space

Substanzgemisch in eine Form überführt, die sich durch das elektromagnetische Wechselfeld erwärmen lässt.Substance mixture transferred into a form that can be heated by the electromagnetic alternating field.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem elektromagnetischen Wechselfeld als Energiequelle kann es während der Einwirkung des Feldes zur Zündung und Stabilisierung eines Plasmas innerhalb des Reaktionsraumes kommen.In embodiments of the method according to the invention with an alternating electromagnetic field as an energy source, during the action of the field, ignition and stabilization of a plasma within the reaction space may occur.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem elektromagnetischen Wechselfeld als Energiequelle, in denen der Kohlenstoff oder das kohlenstoffhaltige Material nicht nur als Heizelement sondern auch als Reduktionsmittel wirkt und somit während der Reaktion verbraucht wird, ist eine überstöchiometrische Zugabe vorteilhaft.In embodiments of the method according to the invention with an alternating electromagnetic field as an energy source, in which the carbon or the carbonaceous material acts not only as a heating element but also as a reducing agent and is thus consumed during the reaction, an over-stoichiometric addition is advantageous.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann neben der beschriebenen Ausführung in einem Festbettreaktor auch in Reaktoren mit einer bewegten Schüttung der Reaktionsmischung durchgeführt werden, wie beispielsweise unter Rühren der Schüttung, Bewegen der Schüttung durch Vibration oder Verwendung eines Wirbelschichtverfahrens. Insbesondere sind für einen kontinuierlichen Betrieb Fließbettanordnungen zweckmäßig.The inventive method can in addition to the described embodiment in a fixed bed reactor in reactors with a moving bed of the reaction mixture are carried out, such as stirring the bed, moving the bed by vibration or using a fluidized bed process. In particular, fluid bed arrangements are appropriate for continuous operation.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient vorzugsweise zur Herstellung von Elementchloriden unter Verwendung von Chlorwasserstoff als Reaktionsgas. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere die in der Natur vorkommenden Materialien, wie beispielsweise Wüstensand oder Bauxit, ohne umfangreiche Vorbehandlung eingesetzt werden, so dass sich das erfindungsgemäße Verfahren neben seiner Vielseitigkeit auch durch ein einfaches Handling und geringe Kosten auszeichnet.The inventive method is preferably used for the preparation of element chlorides using hydrogen chloride as the reaction gas. With the method according to the invention, in particular the naturally occurring materials, such as desert sand or bauxite, can be used without extensive pretreatment, so that the inventive method in addition to its versatility is characterized by easy handling and low costs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von technisch relevanten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es wurden insbesondere Element-Sauerstoffkombinationen eingesetzt, die über eine hohe Element-Sauerstoff-Bindungsenthalpie verfügen. Diese sind in Tabelle 3 aufgeführt.The invention will be described below with reference to technically relevant embodiments. In particular, element-oxygen combinations have been used which have a high element-oxygen-binding enthalpy. These are listed in Table 3.

Tabelle 3Table 3

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Beispiele
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Examples

Die verwendeten Apparaturen und Reaktionsunterlagen bestehen aufgrund der Verfügbarkeit und Temperaturbeständigkeit aus Quarzglas. Dieses wird unter den Reaktionsbedingungen von HCl angegriffen, die Reaktionsgeschwindigkeit ist jedoch durch die geringe Oberfläche im Vergleich zu den gepulverten oder körnigen Reaktionsmischungen deutlich herabgesetzt, so dass eine Zerstörung der Quarzglasgeräte während einer einzelnen Reaktion nicht beobachtet wurde. Laut GC/MS-Analyse konnte bei keinem der nachfolgenden Beispiele Phosgen als Nebenprodukt nachgewiesen werden.The apparatus and reaction materials used are made of quartz glass due to their availability and temperature resistance. This is attacked under the reaction conditions of HCl, but the reaction rate is significantly reduced by the low surface area compared to the powdered or granular reaction mixtures, so that destruction of the silica glassware during a single reaction was not observed. According to GC / MS analysis, phosgene could not be detected as a by-product in any of the examples below.

Beispiel 1example 1

4 g Quarzmehl (mittlere Teilchengröße 3 μm, entsprechend einer theoretischen spezifischen Oberfläche von 0,75 m2/g) , 4,3 g gepulverte Aktivkohle und 2 g Dextran wurden mit wenig Wasser angeteigt, granuliert und im Trockenschrank bei 1000C getrocknet. Das Granulat wurde in einem Quarzrohr4 g of quartz powder (mean particle size 3 .mu.m, corresponding to a theoretical specific surface area of 0.75 m 2 / g), 4.3 g of powdered activated carbon and 2 g of dextran were pasted with a little water, granulated and dried in a drying oven at 100 0 C. The granules were in a quartz tube

(Innendurchmesser 22 mm) zwischen zwei Pfropfen aus Quarzwolle dicht gepackt und in einem Röhrenofen bei 8000C ausgeglüht, um Reste von Wasser zu entfernen und das Dextran zu pyrolysieren. Die Temperatur wurde danach auf 13000C erhöht und zunächst ein HCl-Gasstrom von 4 L/h durch die Packung hindurch geleitet. Im Laufe der Reaktion zerfielen die Granulen zu pulvrigem Material, was nach 4 Stunden Reaktionszeit eine Reduzierung der HCl-Gasmenge auf 3 L/h erforderlich machte. Die Reaktionsgase wurden durch eine Kühlfalle (-7O0C) geleitet, um gebildete Produkte von verbleibendem HCl-Gas, H2, CO und CO2 zu trennen. Nach 12 Stunden Reaktionszeit konnten in der Schüttung keine Reste von Quarz mehr durch Röntgen-Pulverdiffraktometrie nachgewiesen werden. Die isolierte Ausbeute an SiCl4 betrug 9,23 g (81,6% der theoretischen Ausbeute) .(Inner diameter 22 mm) tightly packed between two plugs of quartz wool and annealed in a tube furnace at 800 0 C to remove residues of water and to pyrolyze the dextran. The temperature was then raised to 1300 0 C and initially passed a HCl gas stream of 4 L / h through the package. In the course of the reaction, the granules disintegrated into powdery material, which after 4 hours of reaction time required a reduction of the amount of HCl gas to 3 L / h. The reaction gases were passed through a cold trap (-7O 0 C) to separate formed products from remaining HCl gas, H 2 , CO and CO 2 . After 12 hours of reaction time, no residues of quartz could be found in the bed anymore by X-ray powder diffractometry be detected. The isolated yield of SiCl 4 was 9.23 g (81.6% of the theoretical yield).

Beispiel 2Example 2

4 g Quarzsand (mittlere Teilchengröße 0,32 mm, entsprechend einer theoretischen spezifischen Oberfläche von 75 cm2/g) , 4,2 g gepulverte Aktivkohle und 2 g Dextran wurden wie im Beispiel 1 behandelt und die Reaktion gleichartig durchgeführt. Nach 12 Stunden Reaktionszeit war die Umsetzung von SiO2 noch nicht abgeschlossen. Die isolierte Ausbeute an SiCl4 betrug 4,52 g (40% des theoretischen Gesamtumsatzes) .4 g of quartz sand (average particle size 0.32 mm, corresponding to a theoretical specific surface area of 75 cm 2 / g), 4.2 g of powdered activated carbon and 2 g of dextran were treated as in Example 1 and the reaction was carried out similarly. After 12 hours reaction time, the reaction of SiO 2 was not completed. The isolated yield of SiCl 4 was 4.52 g (40% of the theoretical total conversion).

Beispiel 3Example 3

4 g Wüstensand (Sahara, mittlere Teilchengröße < 0,5 mm, SiO2- Gehalt ca. 80%), 4,2 g gepulverte Aktivkohle und 2 g Dextran wurden wie im Beispiel 1 behandelt und die Reaktion gleichartig durchgeführt. Die Reaktion war nach 12 Stunden noch nicht abgeschlossen. Die isolierte Ausbeute an SiCl4 betrug 2,42 g.4 g of desert sand (Sahara, mean particle size <0.5 mm, SiO 2 content about 80%), 4.2 g of powdered activated carbon and 2 g of dextran were treated as in Example 1 and the reaction was carried out similarly. The reaction was not complete after 12 hours. The isolated yield of SiCl 4 was 2.42 g.

Beispiel 4Example 4

4 g Quarzmehl (mittlere Teilchengröße 3 μm, entspricht einer theoretischen spezifischen Oberfläche von 0,75 m2/g) , 4,2 g gepulverte Aktivkohle und 2 g Dextran wurden wie im Beispiel 1 behandelt und die Reaktion mit HCl bei einer Temperatur von 800cC ausgeführt. Die Reaktion war nach 12 Stunden noch nicht abgeschlossen. Die isolierte Ausbeute an SiCl4 betrug 0,72 g (6% des theoretischen Gesamtumsatzes) . Beispiel 54 g of quartz powder (average particle size 3 μm, corresponds to a theoretical specific surface area of 0.75 m 2 / g), 4.2 g of powdered activated carbon and 2 g of dextran were treated as in Example 1 and the reaction with HCl at a temperature of 800 c C executed. The reaction was not complete after 12 hours. The isolated yield of SiCl 4 was 0.72 g (6% of the theoretical total conversion). Example 5

4 g Quarzmehl mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μm entsprechend einer theoretischen spezifischen Oberfläche von 0,75 m2/g, 4,2 g Graphitpulver mit einer Korngröße von maximal 50 μm und 2 g Dextran wurden wie in den vorangehenden Beispielen behandelt und die Reaktion mit HCl bei einer Temperatur von 13000C ausgeführt. Die Reaktion war nach 12 Stunden noch nicht abgeschlossen. Die isolierte Ausbeute an SiCl4 betrug 1,92 g entsprechend 17% des theoretischen Gesamtumsatzes .4 g of quartz powder with a mean particle size of 3 μm corresponding to a theoretical specific surface area of 0.75 m 2 / g, 4.2 g of graphite powder with a maximum particle size of 50 μm and 2 g of dextran were treated as in the preceding examples and the reaction carried out with HCl at a temperature of 1300 0 C. The reaction was not complete after 12 hours. The isolated yield of SiCl 4 was 1.92 g, corresponding to 17% of the theoretical total conversion.

Beispiel 6Example 6

Auf einen Quarzglasträger (halbiertes Quarzglasrohr,On a quartz glass slide (halved quartz glass tube,

Durchmesser 13 mm, Länge ca. 100 mm, Füße aus Quarzglas 5 mm) wurden 1 - 1,5 g eines SiC^/C-Gemisches bestehend aus Wüstensand mit einer Korngröße von maximal 0,5 mm und Aktivkohle mit einer Korngröße von 2 - 2,5 mm im Verhältnis 1:4 gegeben. Der Quarzglasträger wurde in ein Reaktionsrohr (Glasrohr, Durchmesser 30 mm mit zwei Schornsteinen, Fallrohr plus Steigrohr, mittlerer Abstand 100 mm) eingeführt, welches in den Hotspot eines Mikrowellenreaktors (Panasonic Haushaltsgerät) eingebracht wurde. In das Reaktionsrohr wurde eine Mischung aus Reaktions- (Chlorwasserstoff; 60 l/h) und Schutzgas (Stickstoff; 40 l/h) eingeführt. Nach Erhitzen wurde das Reaktionsprodukt (SiCl4) in einer Kühlfalle, in der Pentan vorgelegt war, mit einem Ethanol-Kältebad bei unter -30 C auskondensiert. Die Analytik erfolgte quantitativ und qualitativ.Diameter 13 mm, length approx. 100 mm, feet made of quartz glass 5 mm), 1 - 1.5 g of a SiC ^ / C mixture consisting of desert sand with a maximum particle size of 0.5 mm and activated carbon with a particle size of 2 - 2.5 mm in the ratio 1: 4 given. The quartz glass carrier was introduced into a reaction tube (glass tube, diameter 30 mm with two chimneys, drop tube plus riser, average distance 100 mm), which was placed in the hotspot of a microwave reactor (Panasonic domestic appliance). Into the reaction tube was introduced a mixture of reaction (hydrogen chloride, 60 l / h) and inert gas (nitrogen, 40 l / h). After heating, the reaction product (SiCl 4 ) was condensed out in a cold trap in which pentane was initially charged with an ethanol cold bath at below -30 ° C. The analysis was quantitative and qualitative.

In einer Reaktionszeit von 15 - 20 Minuten ließen sich 50 - 60% des Wüstensandes umsetzen, wobei die Berechnung durch Gewichtsdifferenz der Probe nach der Reaktion SiO2 + 2 C + 4 HCl → SiCl4 + 2 CO + 2 H2 erfolgte. Unter Berücksichtigung des Siθ2~Gehaltes in Sand von ca. 80% und des Einflusses des Boudouard-Gleichgewichtes mit der Bildung von CO2 und C aus CO erhöht sich der tatsächliche Siθ2~Umsatz entsprechend. Es ergibt sich somit eine weitgehend quantitative Ausbeute in Bezug auf die Siθ2~Quelle.In a reaction time of 15 - 20 minutes 50-60% of the desert sand could be reacted, the calculation by weight difference of the sample after the reaction SiO 2 + 2 C + 4 HCl → SiCl 4 + 2 CO + 2 H 2 . Taking into account the SiO 2 content in sand of about 80% and the influence of the Boudouard equilibrium with the formation of CO 2 and C from CO, the actual SiO 2 conversion increases accordingly. This results in a largely quantitative yield with respect to the SiO 2 source.

Beispiel 7Example 7

5 g Fe2θ3-Pulver (Teilchengröße < 5 μm) wurde mit 10 g Aktivkohle gemischt und das Gemisch in einem Quarzrohr (Innendurchmesser 22 mm) zwischen zwei Pfropfen aus Quarzwolle dicht gepackt. In zwei Versuchen bei Temperaturen von 1300°C sowie 8000C wurde durch diese Packung jeweils für 6 Stunden ein HCl-Gasstrom von 4 L/h geleitet. Außerhalb der Reaktionszone kondensierten in beiden Fällen farblose Kristallplättchen sowie ein weißes bis gelbliches Pulver, die durch Röntgenpulverdiffraktometrie als FeCl2 identifiziert wurden. Im Reaktionsrückstand ließen sich durch Röntgenpulverdiffraktometrie weder Eisenoxide noch Eisenchloride nachweisen.5 g of Fe 2 O 3 powder (particle size <5 μm) was mixed with 10 g of activated carbon and the mixture was tightly packed in a quartz tube (inner diameter 22 mm) between two quartz wool plugs. In two experiments at temperatures of 1300 ° C and 800 0 C, an HCl gas stream of 4 L / h was passed through this package in each case for 6 hours. Outside the reaction zone, colorless platelets and a white to yellowish powder condensed in both cases, which were identified as FeCl 2 by X-ray powder diffraction. In the reaction residue could be detected by X-ray powder diffractometry neither iron oxides nor iron chlorides.

Beispiel 8Example 8

5 g Al2θ3-Pulver (Teilchengröße < 150 μm) wurde mit Aktivkohle gemischt, das Gemisch in einem Quarzrohr (Innendurchmesser 22 mm) zwischen zwei Pfropfen aus Quarzwolle dicht gepackt und bei 8000C im Vakuum getrocknet. In zwei Versuchen bei Temperaturen von 13000C sowie 10000C wurde durch diese Packung jeweils für 6 Stunden ein HCl-Gasstrom von 4 L/h- geleitet. Außerhalb der Reaktionszone kondensierte ein weißes Pulver, welches mittels Röntgenpulverdiffraktometrie und Vergleich mit einer Probe aus frisch sublimiertem Aluminiumtrichlorid als AlCl3 identifiziert wurde. Im Reaktionsrückstand konnten durch Röntgenpulverdiffraktometrie keine Aluminiumoxide oder Aluminiumchloride nachgewiesen werden.5 g Al 2 θ 3 powder (particle size <150 microns) was mixed with activated carbon, the mixture densely packed (22 mm inside diameter) between two plugs of quartz wool in a quartz tube and dried at 800 0 C in vacuo. In two experiments at temperatures of 1300 0 C and 1000 0 C was passed through this package for 6 hours each an HCl gas stream of 4 L / h-. Outside the reaction zone, a white powder condensed, which was identified by X-ray powder diffractometry and comparison with a sample of freshly sublimed aluminum trichloride as AlCl 3 . In the reaction residue could by X-ray powder diffractometry no aluminum oxides or aluminum chlorides can be detected.

Beispiel 9Example 9

Erfolgreiche Experimente zur Umsetzung von elementhaltigen Materialien unter Mikrowellenbestrahlung wurden mit allen getesteten Materialien durchgeführt. Um die Glasapparatur vor Reaktion und thermischer Belastung zu schützen, wurden die Reaktanden auf Quarzglasträgern bestehend aus einem mittig aufgeschnittenen Quarzrohr, das mit Füßen versehen wurde, in den Reaktor eingebracht. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktoraußenwand ist daher durch die geringe Oberfläche und wesentlich niedrigere Temperatur im Vergleich zu den gepulverten oder körnigen Reaktionsgemischen deutlich herabgesetzt, so dass eine Zerstörung der Reaktoraußenwand während einer einzelnen Reaktion nicht beobachtet wurde.Successful experiments on the conversion of elemental materials under microwave irradiation were performed on all materials tested. To protect the glass apparatus from reaction and thermal stress, the reactants were placed in the reactor on quartz glass slides consisting of a center cut quartz tube which was provided with feet. The reaction rate of the outer wall of the reactor is therefore significantly reduced by the low surface area and substantially lower temperature compared to the powdered or granular reaction mixtures, so that destruction of the reactor outer wall during a single reaction was not observed.

Auf einen Quarzglasträger (halbiertes Quarzglasrohr, Durchmesser 13 mm, Länge ca. 100 mm, Füße aus Quarzglas 5 mm) wurden 1 - 1,5 g einer Mischung eines der aufgeführten elementhaltigen Materialien mit einem der ebenfalls aufgeführten kohlenstoffhaltigen Materialien gegeben. Der Quarzglasträger wurde in ein Reaktionsrohr (Quarzglasrohr, Durchmesser 30 mm, Länge 550 mm) eingeführt, welches in den Hotspot eines Mikrowellenreaktors (MX 4000; MUEGGE Electronic GmbH) eingebracht wurde. Durch das Reaktionsrohr wurde ein HCl- Gasstrom (1 - 5 L/min) unter Erhitzen (550 - 13000C) durch Aktivierung des Mikrowellenreaktors geleitet. Unter Normalbedingungen flüssige oder gasförmige Reaktionsprodukte wurden in einer Kühlfalle, in der Pentan vorgelegt war, mit einem Ethanol-Kältebad bei weniger als -30 C auskondensiert. Die Reaktionsdauer betrug jeweils etwa 10 Minuten. In diesem Versuchsaufbau wurden nachfolgende Elementhaltige Verbindungen mit Kohlenstoffhaltigen Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Aktivkohle (reinst, ~ 2,5 mm), Aktivkohle (reinst, Pulver) , Graphit (reinst) , Steinkohle (Deutsche Steinkohle) , Braunkohle (RWE Powers) und Petrokoks (OMV) umgesetzt:On a quartz glass support (halved quartz glass tube, diameter 13 mm, length about 100 mm, feet of quartz glass 5 mm) were added 1 - 1.5 g of a mixture of one of the listed element-containing materials with one of the carbon-containing materials also listed. The quartz glass carrier was introduced into a reaction tube (quartz glass tube, diameter 30 mm, length 550 mm), which was introduced into the hotspot of a microwave reactor (MX 4000, MUEGGE Electronic GmbH). An HCl gas stream (1-5 L / min) was passed through the reaction tube with heating (550-1300 0 C) by activation of the microwave reactor. Under normal conditions, liquid or gaseous reaction products were condensed out in a cold trap in which pentane was initially charged with an ethanol cooling bath at less than -30.degree. The reaction time was about 10 minutes each. In this experimental setup, the following element-containing compounds with carbon-containing compounds were selected from the group consisting of activated carbon (pure, ~ 2.5 mm), activated carbon (pure, powder), graphite (pure), hard coal (German hard coal), lignite (RWE Powers) and Petrokoks (OMV) implemented:

Elementhaltige Verbindungen: Aluminium(III) oxid; < 150μm, 99%Element-containing compounds: aluminum (III) oxide; <150μm, 99%

Bor (IΙI)oxid; reinst, > 99,98%Boron (IΙI) oxide; extremely pure,> 99.98%

Eisen (III) oxid; < 5μm, > 99%Iron (III) oxide; <5μm,> 99%

Hafnium(IV) oxid; 98%Hafnium (IV) oxide; 98%

Glimmerblättchen Siliciumcarbid; 37 μmMica flakes silicon carbide; 37 μm

Hochdisperse Kieselsäure (380 m2/g)Highly dispersed silicic acid (380 m 2 / g)

Quarzfeinmehl (mittlere Teilchengröße 3 μm, theoretische spezifische Oberfläche 0,75 m2/g)Quartz fine meal (mean particle size 3 μm, theoretical specific surface 0.75 m 2 / g)

Quarzsand (mittlere Teilchengröße 0,32 mm, theoretische spezifische Oberfläche 75 cm2/g)Quartz sand (average particle size 0.32 mm, theoretical specific surface 75 cm 2 / g)

Wüstensand (Sahara, Koordinaten N23° 27.419; E 009° 01.489,Desert Sand (Sahara, coordinates N23 ° 27.419, E 009 ° 01.489,

Teilchengröße < 0,5 mm) zerstoßene braune Mehrweg-Getränkeflasche (Braunglas) zerstoßene Pasteurpipetten (Kalk-Soda-Glas) Japanische ReisascheParticle size <0.5 mm) crushed brown reusable beverage bottle (amber glass) crushed pasteur pipettes (lime soda glass) Japanese rice ash

Katalysator auf der Basis von ZeolithCatalyst based on zeolite

Siliciumnitrid; Si3N4, 44 μmsilicon nitride; Si 3 N 4 , 44 μm

Siliciummonoxid; < 44 μmsilicon monoxide; <44 μm

Titandioxid; > 99,8% Tricalciumphosphat; 35-40% Catitanium dioxide; > 99.8% tricalcium phosphate; 35-40% Ca

Siliciumtetrachlorid wurde mittels GCMS und 29Si NMR im Vergleich zu gekauften Standardverbindungen nachgewiesen. Bortrichlorid als Diethyletheraddukt und Phosphortrichlorid wurden mittels 11B NMR und 31P NMR gegen gekaufte Standardverbindungen nachgewiesen. Eisendichlorid, Aluminiumtrichlorid und Hafniumtetrachlorid wurden mittels EDX und Röntgenpulverdiffraktometrie nachgewiesen.Silicon tetrachloride was detected by GCMS and 29 Si NMR compared to purchased standard compounds. Boron trichloride as the diethyl ether adduct and phosphorus trichloride were detected by 11 B NMR and 31 P NMR against purchased standard compounds. Iron dichloride, aluminum trichloride and hafnium tetrachloride were detected by EDX and X-ray powder diffractometry.

Titantetrachlorid konnte mit der zur Verfügung stehenden Laborausrϋstung nicht direkt nachgewiesen werden. Die stark rauchende Pentan-Lösung wurde in GC-Vials überführt. Nach dem Absetzen des entstandenen Niederschlags wurde die überstehende klare Lösung durch das Septum abgehoben und in ein neues Vial durch das Septum überführt. Diese klare Lösung wurde durch das Septum hindurch mit Wasser versetzt. Es entstand sofort ein weißer voluminöser Niederschlag. Dieser wurde eingetrocknet und mittels EDX als Titanoxid identifiziert. Titanium tetrachloride could not be detected directly with the available laboratory equipment. The strongly fumed pentane solution was transferred to GC vials. After settling the resulting precipitate, the supernatant clear solution was lifted through the septum and transferred to a new vial through the septum. This clear solution was mixed with water through the septum. There was immediately a white voluminous precipitate. This was dried and identified by means of EDX as titanium oxide.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zur Herstellung von Elementhalogenid, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung eines Materials enthaltend das Element mit Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material unter Erwärmen mit einem Gasstrom enthaltend unter den Reaktionsbedingungen gasförmigen Halogenwasserstoff in Kontakt gebracht wird.A process for the preparation of elemental halide, characterized in that a mixture of a material containing the element with carbon or carbonaceous material is brought under heating with a gas stream containing under the reaction conditions gaseous hydrogen halide in contact. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pulverförmige Materialien enthaltend das entsprechende Element verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that powdery materials containing the corresponding element are used. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff oder das kohlenstoffhaltige Material in Granulatform oder Pulverform verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon or the carbonaceous material is used in granular form or powder form. 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elementhaltige Material in flüssiger Form oder als Gas in den Reaktionsraum eingebracht wird.4. The method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that the element-containing material is introduced in liquid form or as a gas in the reaction space. 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoff enthaltende Material in flüssiger Form oder als Gas in den Reaktionsraum eingebracht wird.5. The method according to any one of claims 1, 2 or 4, characterized in that the carbon-containing material is introduced in liquid form or as a gas in the reaction space. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Kohlenstoff oder das kohlenstoffhaltige Material durch ein elektromagnetisches Wechselfeld erwärmt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the carbon or the carbonaceous material used is heated by an alternating electromagnetic field. 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte elektromagnetische Wechselfeld durch Mikrowellenstrahlung erzeugt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the alternating electromagnetic field used is generated by microwave radiation. 8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Kohlenstoff oder das kohlenstoffhaltige Material während der Erzeugung des Elementhalogenids zumindest teilweise zu nicht durch ein elektromagnetisches Wechselfeld anregbaren KohlenstoffVerbindungen abreagiert.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the carbon or the carbonaceous material used during the production of the element halide at least partially reacted to not excitable by an electromagnetic alternating field carbon compounds. 9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff oder das kohlenstoffhaltige Material durch Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes auf die im Reaktionsraum befindliche Substanzmischung in eine durch das elektromagnetische Wechselfeld aufheizbare Form überführt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the carbon or the carbonaceous material is transferred by the action of an alternating electromagnetic field on the substance mixture in the reaction space in a heatable by the electromagnetic alternating field shape. 10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmischung durch eine Widerstandsheizung, eine Strahlungsheizung oder solarthermisch erwärmt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the reaction mixture is heated by a resistance heater, a radiant heater or solar thermal. 11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Reaktionsbedingungen gasförmige Halogenwasserstoff zusammen mit einem Trägergas eingesetzt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the gaseous hydrogen halide under reaction conditions is used together with a carrier gas. 12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogenwasserstoff Fluorwasserstoff oder Chlorwasserstoff eingesetzt werden. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that are used as the hydrogen halide hydrogen fluoride or hydrogen chloride. 13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in der eingesetzten Elementverbindung enthaltene Element ein Metall oder ein Nichtmetall ist.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the element contained in the element compound used is a metal or a non-metal. 14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die das Element enthaltende Verbindung im Gemisch mit weiteren Materialien vorliegt.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the element-containing compound is present in a mixture with other materials. 15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der Darstellung von hydrolyseempfindlichem Elementhalogenid das Gemisch auf mehr als 700°C erhitzt wird.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that during the preparation of hydrolysis-sensitive element halide, the mixture is heated to more than 700 ° C. 16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als elementhaltiges Material ein natürlich vorkommender Rohstoff eingesetzt wird.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that a naturally occurring raw material is used as the element-containing material. 17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Material enthaltend das Element ein Nebenprodukt oder ein Abfallprodukt eines technischen Produktionsprozesses eingesetzt wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that as a material containing the element, a by-product or a waste product of a technical production process is used. 18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das elementhaltige Material18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the element-containing material Reinigungsschritten oder Schritten zur Aufkonzentration des Elementes unterzogen wird, bevor es im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird.Purification steps or steps for concentration of the element is subjected before it is used in the process according to the invention. 19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als elementhaltiges Material Materialien enthaltend SiOx, wobei x eine Zahl von 1 bis 2 sein kann, verwendet wird. 19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that as element-containing material materials containing SiO x , where x may be a number from 1 to 2, is used. 20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Material enthaltend SiOx Wüstensand verwendet wird. 20. The method according to claim 19, characterized in that is used as the material containing SiO x desert sand.
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