Спосіб очищення графітових виробів
Власники патенту UA 2333152:
Винахід відноситься до хімічної промисловості. Графітові вироби нагрівають спочатку до 2000°С, припиняють відкачування і в зону, де вони знаходяться, вводять пари вуглецю чотирихлористого класу ОСЧ до тиску 50 Торр. Витримують 30 хв, відкачують реакційні продукти через азотну пастку. Потім підвищують температуру до 2100°З припиняють відкачування. Вводять хладон-12 до тиску 30 Тор, витримують 30 хв і знову відкачують реакційні продукти через азотну пастку. Потім здійснюють ізотермічну витримку при 2100°З вакуумі 2 години, охолоджують вироби. Перед вилученням виробів вводять інертний газ. Винахід дозволяє підвищити ступінь очищення виробів, знизити питому витрату галогенсодержащих газів, питома витрата електроенергії та збільшити термін служби технологічного оснащення.
Винахід відноситься до галузі хімії, а більш конкретно до технології глибокого очищення вуглеграфітових виробів і матеріалів від домішок, що містяться в них.
Відомий спосіб очищення графіту, що включає нагрівання виробів у вакуумі до температури 2300°С, протоку хладону-12 з добавкою аргону при атмосферному тиску та охолодження у вакуумі або середовищі інертного газу [Авдєєнко М.А., Ларіонов В.В. Технологія очищення графіту високого ступеня чистоти. Кольорові метали, 1973 №2, с.48-50]. При реалізації способу вдається одержувати вироби класу ОСЧ 7-4.
Іншим недоліком відомого способу є витрачання значних обсягів хладону-12, що може призводити до утворення озонових дірок у верхніх шарах атмосфери. Це пов'язано з тим, що при проведенні термохімічного очищення в протоці реагентів при атмосферному тиску летючі хлориди і фториди домішок, що утворилися, виводяться із зони очищення газовим потоком, для чого необхідновитрачати багато газу.
Ще одним недоліком способу є використання відносно високої температури, що призводить до підвищеної витрати електроенергії та зносу нагрівачів.
Наведений вище спосіб найбільш близький за своєю технічною сутністю до заявляється способу, тому обраний в якості прототипу.
Технічний результат, отриманий при здійсненні цього винаходу, виявляється у можливості підвищення хімічної чистоти графітових виробів, зниження питомої витрати галогеновмісних газів, збільшення терміну служби технологічного оснащення та зниження витрати електроенергії.
Для досягнення названого технічного результату в запропонованому способі очищення графітових виробів, що включає їх нагрівання, подачу хладону-12 та їх охолодження у вакуумі, який відрізняється тим, що нагрівання спочатку ведуть до 2000°С, потім припиняють відкачування і зону, де знаходяться графітові вироби, вводять пари чотирихлористого вуглецю класу ОСЧ до тиску 50 Торр, далі після витримки протягом 30 хвилин відкачують реакційні продукти через азотну пастку, підвищують температуру до 2100°С, припиняють відкачування і вводять вироби , витримують протягом 30 хвилин, після чого знову відкачують реакційні продукти через азотну пастку, потім здійснюють ізотермічну витримку при 2100°З вакуумі протягом 2 годин, а після охолодження у вакуумі перед вилученням виробів вводять інертний газ.
Відмітними ознаками запропонованого способу від способу-прототипу є: проведення процесу очищення графітових виробів при низькому тиску та евакуація реакційних продуктів азотну пастку. При цьому багаторазово знижується питома витрата галогеновмісних газів, що покращує екологічнубезпека технології. Летучі хлориди і фториди, що утворилися, містяться в графіті домішок конденсуються в рідку, або тверду фазу в обсязі азотної пастки. Далі, після розморожування пастки реакційні продукти легко та екологічно безпечно нейтралізуються лугом. Використання пар чотирихлористого вуглецю класу ОСЧ дозволяє при відносно низькій температурі очистити графіт від більшості домішок, за винятком бору і кремнію. Подальше підвищення температури та введення хладону-12 дозволяють перевести бор і кремній у їхні леткі фториди та евакуювати їх у азотну пастку.
Завдяки наявності цих ознак можливе отримання виробів із графіту класу ОСЧ 8-5.
При цьому питома витрата хладону-12 є набагато нижчою, ніж при використанні відомого способу. Дещо знижуються і витрати електроенергії. Використання пар чотирихлористого вуглецю на першій стадії очищення дозволяє одночасно з очищенням проводити піролітичне ущільнення нагрівача, що компенсує втрати його маси від випаровування у вакуумі.
Більшість хлоридів видаляється при низькому тиску при температурі 2000°С. Тривалість циклу понад 30 хвилин недоцільна, тому що введений і не прореагував хлор бере активну участь у процесах газового травлення елементів теплоізоляції.
Проводили очищення графітових електродів діаметром 6 мм та довжиною 200 мм. У вакуумну камеру з об'ємом 50 л, що прогрівається, у двох графітових контейнерах завантажили 4300 електродів, розміщених вертикально. Після відкачування камери до тиску 6×10 -2 Торр увімкнули нагрівання та досягли температури 2000°С. Контроль температури проводили оптичним пірометром. Потім перекрили вентиль системи відкачування. Далі в зону контейнерів ввели пари чотирихлористого вуглецю класу ОСЧ збарботера, термостатованого при 20°З до досягнення робочого тиску в камері 50 Торр. Через 30 хвилин відкрили вентиль, що з'єднує камеру з вакуумованою азотною пасткою, для евакуації реакційних продуктів. Після їх конденсації камеру знову відкачали, збільшили температуру до 2100°С, перекрили вентиль системи відкачування та ввели в робочий об'єм хладон-12 з балона до 30 тиску Торр. Тривалість циклу фторування також становила 30 хвилин. Потім відкрили вентиль, що з'єднує камеру з вакуумною азотною пасткою, для уловлювання реакційних продуктів. Після їх конденсації камеру знову відкачали та провели ізотермічну витримку протягом 2 годин. Потім протягом 1 години плавно знизили струм нагрівання та вимкнули нагрівання.
Провели розморожування азотної пастки з одночасною утилізацією продуктів реакції шляхом барботажу через ємність з тіосульфатом натрію.
Після пасивного охолодження печі протягом 20 годин у вакуумі у вакуумну камеру напустили інертний газ, розкрили камеру та провели відбір електродів для кількісного атомно-емісійного спектрального аналізу. Нижче наведено результати аналізу (в мас.%):
Al - 1.1×10 -6; В - 1.5×10 -6; Cu - 1.6×10 -6; Fe - 3×10 -6; Mg - 3×10 -6; Mn - 4×10 -6; Si - 3×10 -6; Ti - 3×10 -6; Са - 3×10 -6 .
Спосіб очищення графітових виробів, що включає їх нагрівання, подачу хладону-12 та їх охолодження у вакуумі, який відрізняється тим, що нагрівання спочатку ведуть до температури 2000°С, потім припиняють відкачування і в зону, де знаходяться графітові вироби, вводять пари чотирихлористого вуглецю до тиску 50 Торр, далі після витримки протягом 30 хв відкачують реакційні продукти через азотну пастку, підвищують температуру до 2100°С, припиняють відкачування і вводять хладон-12 до тиску 30 Торр,зону, де знаходяться графітові вироби, витримують протягом 30 хв, після чого знову відкачують реакційні продукти через азотну пастку, потім здійснюють ізотермічну витримку при 2100°З вакуумі протягом 2 год, а після охолодження у вакуумі перед вилученням виробів вводять інертний газ.