Галогениды бора. Хлорирование бора

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

«НОВОСИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ НАУК

КАФЕДРА  ХИМИИ

Галогениды бора. Хлорирование бора

Курсовая работа по дисциплине:  неорганическая химия

Выполнил студент 2 курса

Н.А.Федоров   ____________

Специальность / 020201 Фундаментальная и прикладная химия

 (шифр и наименование специальности)

Специализация / профиль Химия

Форма обучения очно-заочная

Научный руководитель

преподаватель. каф. химии         П.И. Пинко

 (ученая степень, должность, И.О.Фамилия)   

______________

 (подпись)

_____________

 (оценка)

«___» ________ 2016г.

Новосибирск 2016

Оглавление

1.Содержание ……………………………………………………………….2

2.Введение…………………………………………………………….……….3

3. Получение элементарного бора…………………………………………..7

4.Галогениды бора…………………………………………………………16

·        А. Трифторид бора……………………………………………16

·        В.Трихлорид бора……………………………………………17

·        С.Трибромид бора…………………………………………..18

·        D. Трииодид бора……………………………………………19

5. Получения треххлористого бора ……………………………………….20

6Заключение…………………………..….……………………………............25

7Литература…………………………...……………………………...………..26

  Введение.

Бор Впервые получен в 1808 году французскими химиками Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром нагреванием борного ангидрида B₂O₃ с металлическим калием. Через несколько месяцев бор получил Х. Дэви электролизом расплавленного B₂O₃.

Название элемента произошло от арабского слова бурак(араб. بورق‎) или персидского бурах (перс. بوره‎), которые использовались для обозначения буры.

Среднее содержание бора в земной коре составляет 4 г/т. Несмотря на это, известно около 100 собственных минералов бора; в «чужих» минералах он почти не встречается. Это объясняется, прежде всего, тем, что у комплексных анионов бора (а именно в таком виде он входит в большинство минералов) нет достаточно распространенных аналогов. Почти во всех минералах бор связан с кислородом, а группа фторсодержащих соединений совсем малочисленна. Элементарный бор в природе не встречается. Он входит во многие соединения и широко распространён, особенно в небольших концентрациях; в виде боросиликатов и боратов, а также в виде изоморфной примеси в минералах входит в состав многих изверженных и осадочных пород. Бор известен в нефтяных и морских водах (в морской воде 4,6 мг/л), в водах соляных озёр, горячих источников и грязевых вулканов.

Основные минеральные формы бора:

·         Боросиликаты: датолит CaBSiO₄OH, данбурит CaB₂Si₂O₈

·         Бораты: бура Na₂B₄O₇·10H₂O, ашарит MgBO₂(OH), гидроборацит (Ca, Mg)B₆O₁₁·6H₂O, иниоит Ca₂B₆O₁₁·13H₂O,калиборит KMg₂B₁₁O₁₉·9H₂O.

 Так же различают несколько типов месторождений бора:

·         Месторождения боратов в магнезиальных скарнах:

·         людвигитовые и людвигито-магнетитовые руды;

·         котоитовые руды в доломитовых мраморах и кальцифирах;

·         ашаритовые и ашарито-магнетитовые руды.

·         Месторождения боросиликатов в известковых скарнах (датолитовые иданбуритовые руды);

·         Месторождения боросиликатов в грейзенах, вторичных кварцитах и гидротермальных жилах (турмалиновые концентрации);

·         Вулканогенно-осадочные:

·         борные руды, отложенные из продуктов вулканической деятельности;

·         переотложенные боратовые руды в озёрных осадках;

·         погребённые осадочные боратовые руды.

·         Галогенно-осадочные месторождения:

·         месторождения боратов в галогенных осадках;

·         месторождения боратов в гипсовой шляпе над соляными куполами.

Крупнейшее месторождение России находится в Дальнегорске (Приморье). Оно относится к боросиликатному типу. В этом одном компактном месторождении сосредоточено не менее 3 % всех мировых запасов бора. На действующем при месторождении горно-химическом предприятии выпускается борсодержащая продукция, которая удовлетворяет потребности отечественной промышленности. При этом 75 % продукции идёт на экспорт в Корею, Японию и Китай.

Физические свойства.

Чрезвычайно твёрдое вещество (уступает только алмазу, нитриду бора (боразону),карбиду бора, сплаву бор-углерод-кремний, карбиду скандия-титана). Обладает хрупкостью и полупроводниковыми свойствами (широкозонный  полупроводник).

У бора — самый высокий предел прочности на разрыв 5,7 ГПа.

Изотопы бора:

В природе бор находится в виде двух изотопов ¹⁰В (19,8 %) и ¹¹В (80,2 %)

¹⁰В имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 3837 барн (для большинства нуклидов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуются два нерадиоактивных ядра (альфа-частица и литий-7), очень быстро тормозящиеся в среде, а проникающая радиация (гамма-кванты) при этом отсутствует, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими нуклидами:

¹⁰B + n → ¹¹B* → α + ⁷Li + 2,31 МэВ.

Поэтому ¹⁰В в составе борной кислоты и других химических соединений применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности, а также для биологической защиты от тепловых нейтронов. Кроме того, бор применяется в нейтронозахватной рака.

Кроме двух стабильных, известно ещё 12 радиоактивных изотопов бора, из них самым долгоживущим является ⁸В с периодом  полураспада 0,77 с.

Химические свойства.

По многим физическим и химическим свойствам неметалл бор напоминает кремний.

Химически бор довольно инертен и при комнатной температуре взаимодействует только со фтором:  2B+3F₂→2BF₃ ↑

При нагревании бор реагирует с другими галогенами с образованием тригалогенидов, с азотом образует нитрид бора BN, с фосфором — фосфид BP, с углеродом —карбиды различного состава (B₄C, B₁₂C₃, B₁₃C₂). При нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе бор сгорает с большим выделением теплоты, образуется оксид B₂O₃: 4B+3O₂→2B₂O₃

С водородом бор напрямую не взаимодействует, хотя известно довольно большое число бороводородов (боранов) различного состава, получаемых при обработке боридов щелочных или щелочноземельных металлов кислотой:           Mg₃B₂+6HCl→B₂H₆↑+3NgCl₂

При сильном нагревании бор проявляет восстановительные свойства. Он способен, например, восстановить кремний или фосфор из их оксидов:                       3SiO₂+4B→3Si+2B₂O₃

                                               3P₂O₅+10B→ 5B₂O₃+6P

При взаимодействии борной кислоты со щелочами возникают соли не самой борной кислоты — бораты (содержащие анион BO₃³⁻), а тетрабораты, например:{displaystyle {mathsf {4B+3O_{2}longrightarrow 2B_{2}O_{3}}}}

{displaystyle {mathsf {2B+3F_{2}longrightarrow 2BF_{3}uparrow }}} 4H₃ BO₃+2NaOH→NA₂ B₄ O₇ +7H₂ O₃

В 2014 г. исследователями из Германии был получен бис (диазаборолил) бериллия, в котором атомы бериллия и бора образуют двух центровую двух электронную связь (2c-2e), впервые полученную и нехарактерную для соседних элементов в Периодической таблице

Применение  .

Элементарный бор:

Бор (в виде волокон) служит упрочняющим веществом многих композиционных материалов.

Также бор часто используют в электронике в качестве акцепторной добавки для изменения типа проводимости кремния.

Бор применяется в металлургии в качестве микролегирующего элемента, значительно повышающего прокаливаемость сталей.

Бор применяется и в медицине при бор - нейтроно захватной терапии (способ избирательного поражения клеток злокачественных опухолей)

Соединения бора:

Карбид бора применяется в компактном виде для изготовления газодинамических подшипников.

Пербораты / пероксобораты (содержат ион [B₂(O₂)₂(OH)₄]₂⁻) применяются как окислительные агенты. Технический продукт содержит до 10,4 % «активного кислорода», на их основе производят отбеливатели, не содержащие хлор («персиль», «персоль» и др.).

Отдельно также стоит указать на то, что сплавы бор-углерод-кремний обладают сверхвысокой твёрдостью и способны заменить любой шлифовальный материал (кроме алмаза, нитрида бора по микро твёрдости), а по стоимости и эффективности шлифования (экономической) превосходят все известные человечеству абразивные материалы.

Сплав бора с магнием (диборид магния MgB₂) обладает, на данный момент, рекордно высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние среди сверхпроводников первого рода. Появление вышеуказанной статьи стимулировало большой рост работ по этой тематике.

Борная кислота (B(OH)₃) широко применяется в атомной энергетике в качестве поглотителя нейтронов в ядерных реакторах типа ВВЭР (PWR) на «тепловых» («медленных») нейтронах. Благодаря своим нейтронно-физическим характеристикам и возможности растворяться в воде применение борной кислоты делает возможным плавное (не ступенчатое) регулирование мощности ядерного реактора путём изменения её концентрации в теплоносителе — так называемое «борное регулирование».

Нитрид бора, активированный углеродом, является люминофором со свечением от синего до жёлтого цвета под действием ультрафиолета. Обладает самостоятельной фосфоресценцией в темноте и активируется органическими веществами при нагреве до 1000 °C. Изготовление люминофоров из нитрида бора, состава BN/C не имеет промышленного назначения, но широко практиковалось химиками-любителями в первой половине XX века.

Боросиликатное стекло — стекло обычного состава, в котором заменяют щелочные компоненты в исходном сырье на окись бора (B₂O₃).

Фторид бора BF₃ при нормальных условиях является газообразным веществом, используется как катализатор в оргсинтезе, а также как рабочее тело в газонаполненных детекторах тепловых нейтронов благодаря захвату нейтронов бором-10 с образованием ядер лития-7 и гелия-4, ионизирующих газ (см. реакцию выше).

Бороводороды и борорганические соединения:

Ряд производных бора (бороводороды) являются эффективными ракетными топливами (диборан B₂H₆, пентаборан, тетраборан и др.), а некоторые полимерные соединения бора с водородом и углеродом стойки к химическим воздействиям и высоким температурам (как широко известный пластик Карборан-22).

Боразон и его гексагидрид:                                                                    
                                                                                 
                                                                                                          

Нитрид бора (боразон) подобен (по составу электронов) углероду. На его основе образуется обширная группа соединений, в чём-то подобных органическим.

Так, гексагидрид боразона (H₃BNH₃, похож на этан по строению) при обычных условиях твёрдое соединение с плотностью 0,78 г/см³, содержит почти 20 % водорода по массе. Его могут использовать водородные топливные элементы, питающие электромобили.

Биологическая роль :

Бор — важный микроэлемент, необходимый для нормальной жизнедеятельности растений. Недостаток бора останавливает их развитие, вызывает у культурных растений различные болезни. В основе этого лежат нарушения окислительных и энергетических процессов в тканях, снижение биосинтеза необходимых веществ. При дефиците бора в почве в сельском хозяйстве применяют борные микроудобрения (борная кислота, бура и другие), повышающие урожай, улучшающие качество продукции и предотвращающие ряд заболеваний растений. Роль бора в животном организме не выяснена. В мышечной ткани человека содержится (0,33—1)·10⁻⁴ % бора, в костной ткани (1,1—3,3)·10⁻⁴ %, в крови — 0,13 мг/л. Ежедневно с пищей человек получает1—3 мг бора. Токсичная доза — 4 г

Один из редких типов дистрофии роговицы связан с геном, кодирующим белок-транспортер, предположительно регулирующий внутриклеточную концентрацию бора.

Целью моей работы является изучение галогенидов бора.   получение трихлорида бора. Задачи, которые я перед собой поставил: 1. Провести литературный обзор 2. Изучить промышленную  методику получения трихорида бора и получения элементарного бора.

3 Получение элементарного бора:

Способ Муассана
Способ Муассана — это металлотермический метод, один из наиболее распространенных технических методов получения аморфного бора. Он заключается в восстановлении B2O3 металлическим магнием. При трехкратном избытке по массе борного ангидрида и последующей продолжительной химической очистке бора процесс осуществляется по реакции

B2О₃ + 3Mg = 3MgО + 2B.

Применение избытка борного ангидрида способствует созданию жидкоплавкого защитного слоя, предотвращающего контакт раскаленных продуктов с окружающей атмосферой (главным образом азотом воздуха, который способствует образованию до 6—7% нитридов бора).
Реакция сильно экзотермическая, в результате чего графитовый тигель накаляется почти добела.
Тонкий порошок спека очищают сначала кипячением в разбавленной HCl до полного отмывания H₃BO₄, после чего 5—6 раз обрабатывают чистой кипящей HCl. Затем следует промывка дистиллированной водой, кипящим 10%-ным раствором КОН, вновь дистиллированной водой и, наконец, обработка 3—4 ч 50%-ной HF при кипячении в платиновом сосуде, а затем окончательная промывка водой и сушка в вакууме.
В результате такой очистки Муассан получал коричневый порошок бора, содержащий 94—95% В. В результате реакции восстановления B₂O₃ магнием в инертной атмосфере получался бор чистотой 99,6%. Получение более чистого бора может быть достигнуто лишь в результате достаточно сложных дополнительных операций удаления примесей. Основными примесями является магний в виде высшего борида магния (MgB), а также субокись бора.
Чтобы очистить муассановский бор от борида магния MgB₁₂, следует применять продолжительную прокалку его в вакууме при 1900—2000° С, так как борид магния разлагается на элементы только при температуре выше 1900° С. После такого прокаливания может быть получен бор чистотой 99,8%, не уступающий по чистоте лучшим образцам бора, полученным другими способами.
Получение бора крекингом бороводородов
Получение бора высокой чистоты крекингом бороводородов основано на термическом распаде диборана:

В2Н₆ → 2В + 3Н₂.

Диборан разлагается на аморфный бор и водород при пропускании его в смеси с гелием или в чистом виде через кварцевую трубку, накаленную до 700° С. Полученный таким образом бор оседает на стенках трубки в виде тонкого порошка со следами кремния, магния и кальция.
Ввиду наличия в настоящее время простых и сравнительно дешевых методов получения и очистки диборана способ получения чистого бора крекингом диборана представляет большой интерес для получения полупроводникового бора.
Получение бора электролизом
Наиболее детально метод электролитического получения бора был изучен Андрие. Для электролиза ею была применена криптоловая печь с графитовым тиглем, который служил анодом, и графитовым или охлаждаемым металлическим катодом (рис. 103).
Наиболее пригодным электролитом следует считать борат магния MgО*2B₂О₃, а для снижения вязкости этого электролита применять добавку фтористого магния. В результате получается смесь MgO*2В₂О₃+MgF₂. В этом электролите при 1100°C и напряжении в в получали бор чистотой 95%, содержащий железо и магний.
Недостаток этого метода — сложность и продолжительность процесса извлечения бора из катодного нароста, содержащего значительное количество боратного шлака.

Более чистый бор (до 99,5%) получается электролизом фторобората калия KBF₄ в смеси с KCl 1:5, с небольшой добавкой B₂O₃. Электролиз проводят с применением медного или молибденового катода при 800—850°С.
Этот метод использован в США для получения бора, обогащенного изотопом В10. Электролиз проводили в герметичной ванне в атмосфере водорода при 750—800°С. Сила тока на ванне составляла 550 а, напряжение 5—6 в. Электролитом служила смесь KBF₄ (обогащенного изотопом В10) с KCl, анодом — футерованный графитом тигель ванны; катод был выполнен из монель-металла. Выделяющийся на катоде бор периодически с него удаляли; электролит по мере израсходования пополняли KBF₄ и KCl.
Производительность установки составляла 32 кг бора в месяц. Снятый с катода бор после измельчения до 100 меш тщательна очищали (промывали бор кипячением в воде, затем в кипящей HCl). Полученный продукт сушили в инертной атмосфере при 110°C. Чистота электролитического бора составляла около 99%.
Дальнейшее исследование этого процесса было проведено Самсоновым с сотрудниками. Ими было показано, что для получения бора чистотой выше 99,5% электролизом в качестве электролита следует применять чистый KBF₄. Электролиз идет с малым выходом бора по току, но бор получается чистый: 99,5—99,8% В.
Электролитическое рафинирование бора, совмещенное с предварительным электролизом
Предложен способ промышленного получения бора чистотой 99,88% электролизом в две стадии.
Первая стадия электролиза осуществляется из электролита, состоящего из борофтористоводородного калия (KHBF₃) и борного ангидрида (B₂O₃). Процесс идет с выделением бора на катоде.
На второй стадии, полученный на катоде осадок бора используют в качестве анода. Бор при этом подвергается анодному растворению и в виде ионов переходит в электролит, а затем разряжается на катоде, т. е. осуществляется электролитическое рафинирование бора. На катоде выделяется бор высокой чистоты, содержащий 99,88% В.
На первой стадии электролиза температура расплава 600—650°С, продолжительность процесса 3 ч; сила тока 90 а, напряжение 5,1—5,7 в. Через каждые 15—20 мин в электролит добавляют по 15 г B₂O₃. Катодом служит графитовый стакан диаметром 80 мм и высотой 300 мм; анод — графитовый стержень диаметром 20 мм.
На второй стадии вместо графитового стержня (анода) применяют стержень из малоуглеродистой стали диаметром 100 мм, служащий катодом. Анодом служит графитовый тигель, на стенках которого находится осадок катодного бора первой стадии электролиза.
Электролитическое рафинирование проводят при 850° С и силе тока 90 а; напряжение составляет 2,5—2,8 в. За 2 ч получается около 23 г бора высокой чистоты.
Получение чистого бора восстановлением галогенидов бора водородом
Более чистый бор может быть получен восстановлением галогенидов бора водородом. Преимуществом этого метода является возможность тщательной очистки галогенидов от примесей и, следовательно, возможность избежать образования примесей боридов и субокислов. Для получения бора используют главным образом хлориды и бромиды бора. Фторид бора восстанавливается значительно труднее, чем BCl₃ и BBr₃.
Термодинамические расчеты подтверждают возможность значительного увеличения выхода элементарного бора с повышением температуры при восстановлении галогенидов бора водородом, особенно при большом избытке последнего. Так, например, при восстановлении BGl₃ (температура 2400° К, пятикратный избыток водорода) выход бора достигает 85%, а при восстановлении BF₃ — только 40% в тех же условиях.
Метод восстановления галогенидов бора водородом может быть осуществлен в мощной электрической дуге в тлеющем электрическом разряде и на накаленной нити.
Восстановление галогенидов бора в мощной электрической дуге
Вейнтрауб получал элементарный бор восстановлением смеси BCl₃+FH₂ с большим избытком водорода в мощной электрической дуге.
Газовую смесь пропускали через мощную высоковольтную дугу переменного тока, создаваемую между медными охлаждаемыми водой электродами. На электродах при этом были получены крупные плотные стержнеобразные наросты бора чистотой до 100%, а на стенках аппарата отлагался высокодисперсный аморфный бор, который после промывки водой содержал до 99% В.
Выход бора при этом процессе был очень низким — не превышал 10%. Однако высокая чистота получаемого продукта делает этот метод весьма перспективным для получения полупроводникового бора.
Хакспилл, Стибер и Xorap применяли для получения элементарного бора из смеси BBr₃+H₂ высокочастотную дугу между вольфрамовыми электродами и получали бор чистотой 99,5%.
Куйерон в развитие этого метода проводил разложение смеси BBr₃+H₂ в высоковольтной и высокочастотной аппаратуре при мощности около 200 вт. В этих условиях в зависимости от диаметра вольфрамовых электродов ему удавалось либо наращивать стерженьки бора на поверхности электродов, либо получать бор осаждением на стенках аппаратуры.
При применении электродов малого диаметра (2—3 мм) на их поверхности наращивался стержневидный бор спектральной чистоты, содержащий лишь 10в-4 % Si. Если же электроды были диаметром 6 мм, на стенках аппарата оседал черный высокодисперсный бор также высокой степени чистоты.

Получение элементарного бора в тлеющем электрическом разряд

Марковский и Львова получали чистый бор (99,9% В) в тлеющем электрическом разряде из сильно разбавленной водородом смеси ВСl₃+Н₂.
Для восстановления применяли хлористый бор, полученный хлорированием муассановского бора. Затем BCl₃ очищали от примесей железа, алюминия и кремния трехкратной фракционной перегонкой при атмосферном давлении и комнатной температуре. Для очистки от примеси хлора жидкий BCl₃ долго встряхивали с сухой ртутью и пропускали его над свежими медными стружками. Электролитический водород также подвергали тщательной очистке.
Схема установки изображена на рис. 104. В разрядной трубке протекала реакция

2ВСl₃ + 3Н₂ → 2В+6НСl.

Для питания разряда применяли высоковольтную установку частотой 1000 гц, состоящую из генератора мощностью 3 квт и повышающего трансформатора 220/15000 в. Разрядные трубки изготовляли из кварца; электроды — медные, охлаждаемые водой.

Наиболее удачными следует признать полые медные, охлаждаемые водой электроды с подачей газовой смеси в разряд через канал внутри электрода (рис. 105).
Характеристика электрического разряда. Для тлеющего разряда в парах BCl₃ характерно более высокое напряжение зажигания по сравнению с разрядом в чистом водороде.
В табл. 52 приведены величины напряжения зажигания тлеющего разряда при 1000 гц при разных давлениях газа.
Разряд в смеси H₂+BCl₃ ослепительно белый, причем на стенках разрядной трубки образуется черный высокодисперсный бор, а на электродах — плотный налет кристаллического бора, количество которого возрастает при повышении температуры электродов.

Образование осадков бора на электродах нежелательно, так как при отложении на электродах плотного нароста кристаллического бора значительно возрастает напряжение на электродах и возможен пробой трубок.
Влияние различных факторов на процесс. Соотношение хлорида бора и водорода. Для наилучшего осуществления реакций

2ВСl₃ + 3Н₂/(1:5) → 2В + 6НСl

необходим примерно пятикратный избыток водорода.
Влияние давления в разрядной трубке. Существенное влияние оказывает величина давления подаваемой смеси. Если пропускать смесь BCl₃+H₂ через тлеющий разряд при низком давлении (ниже 30 мм рт. ст.), образуются главным образом бораны. В пределах давлений от 40 до 200 мм рт. ст. выход бора возрастает с повышением, давления до 150 мм рт. ст.; в этих же пределах возрастает и степень превращения BCl₃. При повышении давления до 150 мм рт. ст. дальнейшего улучшения выхода бора не наблюдается. На рис. 106 показана зависимость выхода бора от давления в разрядной трубке при силе тока 150 МА; H : BCl3=5; объеме BCl3 4—6 л/ч.
При повышении давления в разрядной трубке количество бора, осаждающегося на стенках трубки, возрастает до 90% от общего количества, а образование наростов на электродах уменьшается. Оптимальным считается давление ~150 мм рт. ст. (рис. 107).
Влияние скорости подачи газовой смеси. При любом давлении и любой силе тока увеличение скорости подачи газовой смеси вызывает повышение выхода бора и резкое снижение степени превращения BCl₃. Из этого следует, что для каждой разрядной трубки в зависимости от ее габаритов должен быть определенный оптимум скорости подачи газовой смеси (например, 30 л/ч Н2 и 3 л/ч BCl3) или 35 л/ч Н2 и 4 л/ч BCl3 (рис. 108).

Влияние силы тока. По приведенным кривым на рис. 109 можно видеть, что с возрастанием силы тока разряда выход бора увеличивается, так как при этом возрастает мощность разряда, а следовательно, и его химическое действие. В разрядной трубке с полыми медными электродами при силе тока 0,1 а, напряжении 5000 в и мощности 250 вт. можно получать 1—1,2 г бора в час при степени превращения BCl₃ 50% за один проход газовой смеси через разряд.
Такой сравнительно хороший результат достигается благодаря тому, что газовая смесь попадает через отверстие в электроде непосредственно в разряд и, таким образом, используется лучше, чем в разрядных трубках других типов.
При применении более мощной аппаратуры, а также при рециркуляции газовой смеси можно значительно улучшить показатели процесса. Чистота получаемого таким путем бора составляет выше 99,9%; спектральным анализом обнаружены следы кремния и очень незначительные следы меди, алюминия и железа.
Получение бора восстановлением галогенидов бора водородом на накаленной нити
Реакции восстановления галогенидов бора водородом при высоких температурах были применены многими исследователями для получения особо чистых препаратов кристаллического бора путем наращивания элементарного бора на накаленных до 800—1600° С вольфрамовых и танталовых нитях. Бор, полученный на накаленных нитях, не содержал даже следов каких-либо примесей, однако возможно попадание примесей вследствие взаимодействия бора с материалом нити и образования соответствующих боридов, особенно в результате реакции при более высоких температурах и небольшой толщине наращиваемого слоя бора.

Восстановление BCl₃ водородом на раскаленной поверхности
Этот процесс был осуществлен в крупно лабораторном масштабе и описан в работе Стерна и Индеса.
В этой работе показано, что при проведении восстановления в аппарате из нержавеющей стали на титановой проволоке толщиной 4,5 мм при 1000—1200° С получаются блоки кристаллического бора до 0,5 кг.
Средняя производительность такого процесса составляет 6—8 г/ч, общий выход бора при рециркуляции BCl₃ достигает 90%.
Для получения блока бора 0,5 кг, диаметром около 5 см и длиной 20 см требуется мощность порядка 8 кВт. Наиболее благоприятное, объемное соотношение Н: ВСl₃ = 8. Полученный бор содержал до 1% Ti.
Для очистки бора от титана, железа и других примесей, вносимых при измельчении, порошок бора хлорировали при 300—350° С. При этой температуре сам бор не хлорируется, а примеси возгоняются в виде хлоридов. После хлорирования продукт содержал 99,6% В; 0,03—0,07% Ti; -0,001% Fe; 0,001% Si; 0,003 % Cu.
На заводе Нортон (Канада) получают до 135 кг кристаллического бора в месяц восстановлением BCl3 на нагретой поверхности. Для этого смесь H₂ и BCl₃ пропускают над рядом графитовых стержней, нагреваемых током. На стержнях образуется плотный мелкокристаллический слой бора, который удаляют со стержней механически после каждой операции. Между графитом и бором образуется промежуточный слой карбида бора. Поэтому более чистыми оказываются верхние слои бора.
Перед пуском систему промывают азотом для удаления воздуха. Водород и BCl₃ смешивают в газовом фильтре трубчатого типа. Газовая смесь из печи поступает в конденсатор, охлаждаемый сухим льдом. He пpoреагировавший BCl₃ конденсируется вместе с HCl. Затем последующим нагреванием BCl₃ отгоняют, конденсируют и возвращают в процесс.
Печь диаметром 1 м и высотой 2,5 м внизу имеет водяное уплотнение и снаружи охлаждается разбрызгивателем. Графитовые стержни охлаждаются водой по внутренним каналам; ток к стержням подводится снизу через бронзовые клеммы. Вверху графитовые стержни соединяются перемычками. Температура стержней 1400—1500° С; скорость подачи водорода 16,8 м3/ч; скорость подачи BCl3 18 кг/ч. Процесс ведут при соотношении H₂: BCl₃ = 5. Производительность процесса ~0,5 кг/ч; общий выход продукта 70%, чистого 40%. Большая разница общего выхода и выхода годного объясняется отделением бора чистотой 97—98%.
Бор отделяют от карбида бора и пропускают через магнитный сепаратор после измельчения до 60 меш. При температуре стержней <1400° С значительно затрудняется последующее снятие с них бора.
Водород перед поступлением в печь тщательно очищают. Средняя чистота получаемого бора 97,65%, а чистого верхнего слоя 99,9%.
Разложение BBr₃+H₂ на накаленной нити. При разложении BBr₃ в присутствии водорода на нитях из тантала при 1450° С получают плотные стержни кристаллического бора чистотой 99,9%. Скорость осаждения составляет 9 г/ч при извлечении 90% В из BBr₃.
При восстановлении водородом трехбромистого бора чистота получаемого бора выше, чем из BCl₃, так как BBr₃ легче поддается очистке от примесей и менее термически устойчив, чем BCl3. Поэтому восстановление BBr₃ протекает при более низкой температуре.
Восстановление BBr3 ведут на горизонтальной танталовой нити толщиной 0,075 мм и длиной ~ 250 мм в аппарате из стекла пирекс. В испаритель подается водород, барботирующий через жидкий BBr₃. Восстановленный бор оседает на нити, не прореагировавший BBr₃ удаляется из газовой фазы конденсацией и затем возвращается в испаритель.
Скорость осаждения бора регулируется силой тока и скоростью пропускания газа.
Получаемый бор имеет следующий состав: 99,9% В; 0,02% H₂; 0,01% O₂; <0,003% N; 0,02% С; 0,03% S; <0,01% Si; 0,02% Ta.
Для уменьшения загрязнения бора, осажденного на танталовой нити, стремились получать на танталовой нити слой TaB₂ минимальной толщины, так как при растворении тантала из осадка бора в HF борид тантала TaB₂ не растворяется в кислоте и загрязняет бор.
При механическом удалении танталовой нити TaB₂ может удаляться вместе с ней. Для лучшего отделения осадка бора от танталовой нити необходимо соблюдать следующие условия: 1) система предварительно должна быть откачана и промыта гелием во избежание реакции нити с водородом; 2) предварительное осаждение бора следует проводить при 1100°C в течение 30 мин при низком молярном отношении H₂ к BBr₃; 3) затем вести осаждение бора при 1150—1175°С 1 ч при высоком молярном отношении H₂ к BBr₃; 4) после проведения нормального процесса восстановления BBr₃ при 1450°С необходимо быстрое охлаждение осажденного бора на танталовой нити в среде водорода.
Для получения бора более высокой степени чистоты предложено вести осаждение бора из паровой фазы ВВr₃ + Н₂ непосредственно на нитях из чистого бора. Нити получали из бора, предварительно осажденного на танталовой нити по способу, приведенному выше. Этот бор переплавляли затем в атмосфере гелия, и по методу Чохральского вытягивали тонкие стержни, которые затем подвергали зонной плавке. Стержни бора после зонной очистки были свободны от примесей кремния, железа, магния, кальция и меди и оказывались более подходящими для изготовления из них нитей бора.
Условия осаждения бора на нити следующие: температура 1300°С; скорость подачи водорода 970 мл/мин; скорость испарения BBr₃ 60 мл/мин; скорость осаждения бора на нити 2—3 г/ч. Выход бора 35% от теоретического. Сила тока 60 а; напряжение ~20 в; чистота бора 99,995%.

                                   

                                   Галогениды бора.

     А. Трифторид бора.                                                                           
                                                                                 
                                                                   

Описание - Трифторид бора при стандартных условиях представляет собой бесцветный газ с удушливым запахом, дымящий во влажном воздухе. Образует аддукты со спиртами, эфирами, альдегидами, кетонами, органическими основаниями, неорганическими и органическими кислотами. Трифторид бора растворим в воде (332,1 г в 100 г Н₂О при 0 °C, 772 МПа, с частичным гидролизом), водных растворах HF, многих органических растворителях. При температуре выше 20 °C образует неустойчивые моногидрат и дигидрат. Токсичен, ПДК составляет 1 мг/м³           

Получение:

·         Взаимодействие бора со фтором.

·        Взаимодействие оксида бора с фтороводородном.

·         Сплавление тетрафторбората калия с борным ангидридом.

Химические свойства - Является сильной кислотой Льюиса. Образует комплексы с большим количеством соединений (амины, сульфиды, простые эфиры). Комплекс сдиэтиловым эфиром (эфират трифторида бора) — продажный реагент.

При растворении в водной плавиковой кислоте дает сильную тетрафторборную кислоту, являющуюся суперкислотой.

Применение - Трифторид бора применяют в качестве наполнителя в ионизационных камерах для детектирования нейтронов благодаря захвату нейтроновбором-10 с образованием ядер лития-7 и гелия-4, ионизирующих газ.

Используется как катализатор в органическом синтезе.

            В. Трихлорид бора.

-Трихлорид бора является агрессивным реагентом.

- бинарное неорганическое соединение бора и хлора с формулой BCl₃. Это бесцветный газ.

Физические свойства:

При стандартных условиях трихлорид бора представляет собой тяжёлый бесцветный газ, вследствие взаимодействия с парами воды дымящийся во влажном воздухе.

При нормальных условиях — это жидкость,{displaystyle p_{mathsf {(mmHg)}}=2115~T^{-1}-7.04lg T+27.56}

В Твёрдом состоянии трихлорид бора образует кристаллы гексагональной сингонии, пространственная группа P6₃, a =0,6140 нм, c = 0,6603 нм, Z = 9.

Молекула трихлорида бора представляет собой правильный треугольник (как и другие тригалогениды бора) с длиной связи B—Cl 0,175 нм. Вследствие тригональной симметрии молекула имеет нулевой дипольный момент.

Трихлорид бора не образует димеры, хотя есть косвенные свидетельства того, что он может образовывать димеры при очень низких температурах (20 К).

Получение:

Tрихлорид бора можно синтезировать из элементов:

{displaystyle ~{mathsf {2B+3Cl_{2}{xrightarrow {>400^{o}C}}2BCl_{3}}}}2B+3Cl₂ ^>400c_→2BCl₃

В России используется промышленный метод хлорирования карбида бора при температуре 900—1000 °C:

B₄C+6Cl₂ ^1000c→4BCl₂+C

Трихлорид алюминия и трифторид бора могут обмениваться галогенами:

AlCl₃+BF₃ ^T→ BCl₃+AlF₃

В лабораторной практике трихлорид бора получают разложением его аддуктов, например, BCl₃S(СН₃)₂, которые удобны в работе, так как являются твёрдыми веществами:

       (СН₃)₂SBCl3= (СН₃)₂S+ BCl₃

Химические свойства.

·        Полностью гидролизуется водой с выделением большого количества тепла:

BCl₃+3H₂O→B(OH)₃↓+3HCl{displaystyle ~{mathsf {BCl_{3}+3H_{2}O ightarrow B(OH)_{3}downarrow +3HCl}}}

·        Реагирует с разбавленными и концентрированными щелочами:

BCl₃+14NaOH→NA₂B₄O₇+12NaCl+7 H₂O

BCl₃+4NaOH→ NA [B (OH) ₄] +3NaCl

·        Восстанавливается водородом до бора или борана:  

              2BCl₃ + 3H₂ ^800-1000c →2B+6HCl

                    2BCl₃ + 6H₂ ^450c.Cu.Al →B₂H₆+6HCl

·        Горит в кислороде (на воздухе при температуре >400°С):

  BCl₃+3O₃→2B₂O₃+6Cl₂

·        Фтор вытесняет хлор из соединения:

2BCl₃+3F₂ →2BF₃+3Cl₂

·        Трихлорид бора является кислотой Льюиса, которая образует аддукты с третичными аминами, фосфинами, эфирами, тиоэфирами и галогенид-ионами:

         BCl₃+PH₃= BCl_{3 *} PH₃  

·        Реагирует с оловоорганическими соединениями:   

          2BCl₃ + R₄Sn  →2RBCl₂+R₂SnCl₂

·        При пропускании через трихлорид бора электрической искры получаются низшие хлориды

бора B₂Cl₆, B₄Cl₄, B₈Cl₈:

                2BCl₃   →B₂Cl₄+Cl₂

·        Реагирует со спиртами с образованием эфиров-боратов:     

      BCl₃+R-OH →B(OH)₃+ 3HCl  

·        При нагревании реагирует с борным ангидридом с образованием оксихлорида бора:

         BCl₃+B₂O₃^200c→3BOCl

·        Металлы могут восстанавливать трихлорид бора до бора или образовывать бориды:

    BCl₃+3Na^150c→ B+3NaCl

     2BCl₃ + 6Mg → Mg₃B₂+3MgCl₂

ПРИМЕНЕНИЕ:

·         Треххлористый бор является исходным материалом для производства чистого бора.

·         Он также используется в переработке алюминия, магния, цинка и сплавов меди для удаления нитридов, карбидов и оксидов из расплавленного металла.

·         Трихлорид бора использовался как флюс для пайки сплавов алюминия, железа, цинка, вольфрама и медно-никелевого сплава.

·         Обработка жидкого алюминия парами трихлорида бора улучшает качество отливок.

·         Используется при изготовлении электрических сопротивлений для приклеивания углеродной пленки к керамической основе.

·         Используется в плазменном травлении в производстве микроэлектроники

·         Используется как реагент в органическом синтезе.

              С. Трибромид бора

 (BBr₃) — неорганическое соединение, бесцветная или слегка желтоватая жидкость. Соединение очень нестабильное, дымится на воздухе, активно реагирует с водой с образованием борной кислоты и бромоводорода.

ПОЛУЧЕНИЕ:

·        Обычно получают нагреванием оксида бора и углерода с добавлением брома — это высвобождает свободный бор, который активно реагирует с бромом. Впервые был получен в 1846 году взаимодействием карбида бора и брома при температуре выше 300 °C. Полученный продукт может быть очищен вакуумной дистилляцией:

                      B₂C₃+Br₂→2BBr₃+3C{displaystyle {mathsf {B_{2}C_{3}+3Br_{2}longrightarrow 2BBr_{3}+3C}}}

·        Другой способ получения заключается в прямом взаимодействии бора с парами брома при температуре порядка 800 °C:

                   2B+3Br₂→2BBr₃

·        Известны также косвенные методы получения — путём взаимодействия борфтористого калия с бромидом алюминия в расплаве или реакцией газообразного трифторида бора с расплавом бромида алюминия:

KBF₂+AlBr₃→BBr₃+KAlF₂

           BF₃+ AlBr₃→BBr₃+AlF₃

6B₂H₅Br→2BBr₃+5B₂H₆

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

·        Трибромид бора активно реагирует с водой. Продуктами этой реакции являются борная кислота и бромоводород.

·        Трибромид бора реагирует с сероводородом с образованием тиоборной кислоты и бромоводорода.

ПРИМЕНЕНИЕ:

·        Используется для деметилирования и деалкилирования. Применяется в

фармакологии, электронике.

          D. Трииодид бора.

-неорганическое соединение бора и Йода с формулой BI₃, белое твердое вещество, взрывающееся при взаимодействии с водой. Неустойчив на свету.

  Получение:

·        Непосредственно из элементов:

2B+3I₂^400c→2 BI₃

Физические свойства:

Белое твердое вещество, взрывающееся при взаимодействии с водой. Растворяется в бензоле, сероуглероде и четыреххлористом углероде.

Химические свойства:

·        Разлагается при сильном нагревании или на свету

·        Реагирует с кислотами, при этом проявляются восстановительные свойства трииодида бора

·        Реагирует с водой

·        Реагирует со щелочами

4. Получения треххлористого бора

Изобретение относится к технологии получения треххлористого бора, который широко используется в микроэлектронике при изготовлении печатных плат, для получения элементарного бора высокой чистоты и различных борсодержащих соединений. Способ получения треххлористого бора включает взаимодействие карбида бора с газообразным хлором в псевдоожиженном слое в присутствии углеродсодержащего восстановителя при нагревании. Хлорирование ведут при уменьшающемся числе псевдоожижения по высоте псевдоожиженного слоя от 2,8-2,0 на нижней границе псевдоожиженного слоя до 1,5-1,0 - на верхней границе. Карбид бора подают с верха реактора противотоком хлору. Технический результат заключается в получении высококачественного треххлористого бора, в значительном снижении себестоимости целевого продукта и реализации в промышленных условиях простой и экономически эффективной технологии. 1 З.П. ф-ты.

Изобретение относится к технологии получения соединений бора, в частности треххлористого бора, используемого в микроэлектронике при изготовлении печатных плат, для получения элементарного бора высокой чистоты и различных борсодержащих соединений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является изобретение, описанное в патенте США №3025138. Согласно ему получение треххлористого бора осуществляют из карбида, содержащего от 0,037 до 3,33 г окиси бора на каждый грамм карбида бора. В предварительно нагретый псевдоожиженный слой твердого адсорбирующего углеродсодержащего восстановительного агента подают карбид бора указанного состава при температуре от 600 до 1200°С с такой скоростью, чтобы концентрация окиси бора в слое не превышала 9%, и пропускают хлор с последующим выделением треххлористого бора из этого слоя. Образующийся при хлорировании карбида бора избыток углерода выводят из слоя с помощью кислорода, который подают в слой вместе с хлором в таком количестве и с такой скоростью, чтобы концентрация углеродсодержащего восстановителя в слое не снижалась менее 25%. Для снятия избыточного тепла реакции вместе с хлором в слой восстановительного агента подают пары треххлористого бора.

Указанный способ обладает рядом существенных недостатков: наличие большого количества нежелательных побочных продуктов, таких, как окись и двуокись углерода, фосген, хлорокись бора, образующихся в присутствии достаточно большого количества окиси бора, а также в результате подачи кислорода в газовую фазу, снижает качество получаемого треххлористого бора, усложняет дальнейший процесс его очистки. Кроме того, возникает необходимость утилизации побочных продуктов реакции, особенно такого токсичного газа, как фосген; неполная конверсия хлора (92-96%) приводит к его наличию в треххлористом боре, что требует дополнительной очистки готового продукта. Существенность этого недостатка очевидна, так как неполная конверсия хлора приводит к наличию его в сырце, что требует дополнительных затрат на очистку треххлористого бора сырца от хлора, а это является чрезвычайно сложной задачей, особенно для сравнительно низких концентраций хлора в треххлористом боре. Даже после ректификации сырца содержание хлора в готовом продукте составляет 0,1%. Для получения треххлористого бора высокого качества требуется дополнительная дорогостоящая очистка его от примесей, что значительно удорожает и усложняет процесс его получения; высокая себестоимость технологического процесса получения треххлористого бора, обусловленная большими энергетическими затратами на проведение реакции и необходимостью дополнительной дорогостоящей очистки треххлористого бора.

Задачей изобретения является создание нового способа получения треххлористого бора, который бы позволил повысить конверсию хлора и качество целевого продукта без его дополнительной очистки, а также снизить себестоимость получения треххлористого бора.

Поставленная задача изобретения достигается способом получения треххлористого бора, включающим хлорирование карбида бора газообразным хлором в псевдоожиженном слое в присутствии углеродсодержащего восстановителя при нагревании, причем хлорирование ведут при числе псевдоожижения, уменьшающемся по высоте псевдоожиженного слоя от 2,8 - 2,0 на нижней его границе до 1,5 - 1,0 на верхней границе псевдоожиженного слоя. При этом карбид бора подают противотоком хлору с верха реактора.

Проведение процесса хлорирования при уменьшающемся числе псевдоожижения позволяет избежать нежелательного процесса сепарации не прореагировавших частиц карбида бора по высоте псевдоожиженного слоя и уменьшить их унос с углеродным остатком.

Необходимо отметить, что в результате хлорирования частиц карбида бора происходит уменьшение их размера. Также происходит уменьшение плотности частиц за счет образования на их поверхности слоя углерода, плотность которого значительно меньше плотности частиц карбида бора, поэтому в случае проведения процесса при постоянном числе псевдоожижения, мелкие частицы переходят в режим уноса, при этом в режим уноса переходит не только углеродный остаток, но и не прореагировавшие частицы карбида бора. В случае же уменьшения числа псевдоожижения по высоте слоя скорость газа падает, что препятствует сепарации частиц по его высоте. Кроме того, уменьшается порозность псевдоожиженного слоя (доля объема псевдоожиженного слоя, не занятого твердой фазой), в результате чего повышается эффективность физического взаимодействия частиц карбида бора, покрытых углеродом, с поступающими в верхнюю часть реактора “свежими” абразивными частицами карбида бора. Происходит постоянное обновление их поверхности, что способствует более полному взаимодействию карбида бора с хлором. При этом обеспечивается 100%-ная конверсия треххлористого бора и одновременно уменьшается унос не прореагировавших частиц карбида бора с углеродом. Кроме того, уменьшение порозности псевдоожиженного слоя от нижней его границы к верхней создает необходимые условия для проведения процесса получения треххлористого бора в автотермическом режиме. То есть для обеспечения необходимого температурного режима процесса используется тепло реакции. Карбид бора, поступая с верха реактора, попадает в максимально плотный по твердой фазе слой, где происходит наиболее эффективный “пакетный” теплообмен между удаляемым углеродом и поступающим карбидом бора. Карбид бора при этом нагревается до температуры, необходимой для начала реакции хлорирования (750°С), а реакционные газы при этом охлаждаются.

В результате проведенных экспериментальных исследований были определены числа псевдоожижения слоя в реакторе, которые составляют от 2,8 - 2,0 на нижней границе псевдоожиженного слоя до 1,5 - 1,0 на верхней границе псевдоожиженного слоя.

Отклонение от выбранного интервала числа псевдоожижения (2,8-2,0) на нижней границе псевдоожиженного слоя в сторону увеличения приводит к недостаточному нагреву хлора из-за высокой порозности слоя и снижения эффективности теплообмена между частицами карбида бора и газообразным хлором. При этом нарушается тепловой баланс, реакция затухает, температура реакционной смеси снижается и для продолжения процесса требуется постоянный подвод тепла извне, что удорожает процесс получения треххлористого бора. Отклонение в сторону уменьшения числа псевдоожижения ниже 2,0 на нижней границе приводит к снижению массообмена между газовой и твердой фазой и снижению эффективности хлорирования карбида бора в целом.

Отклонение от выбранного интервала числа псевдоожижения (1,5-1,0) на верхней границе псевдоожиженного слоя в сторону увеличения приводит к уменьшению эффективности удаления углерода с поверхности карбида бора и его повышенному уносу с углеродом, а также к не полной конверсии хлора. Кроме того, при этом снижается эффективность теплообмена между нагретым углеродом и подаваемым холодным карбидом бора. Карбид бора попадает в реакционную зону не достаточно нагретым до необходимой температуры. Это приводит к тепловым сбоям в реакторе. Температура в реакторе падает и требуется дополнительный подвод тепла для продолжения реакции, что приводит к повышенному расходному коэффициенту по электроэнергии и в конечном итоге удорожанию себестоимости процесса в целом.

Нижний предел числа псевдоожижения 1,0 на верхней границе псевдоожиженного слоя является критическим для псевдоожиженного слоя, так как при меньших значениях псевдоожиженный слой карбида бора прекращает свое существование.

Подача карбида бора противотоком к хлору с верха реактора в совокупности с вышеизложенными признаками обеспечивает 100%-ную конверсию хлора за счет взаимодействия остаточного хлора со “свежими”, не участвующими еще в реакции, частицами карбида бора, а также за счет истирания углерода с поверхности частиц, находящихся в псевдоожиженном слое, “свежими” абразивными частицами карбида бора. Кроме того, подача карбида бора с верха реактора позволила вести процесс хлорирования в автотермическом режиме. Подвод тепла необходим только в начальный момент для разогрева реактора до температуры начала экзотермической реакции получения треххлористого бора.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Процесс проводят в реакторе, представляющем собой металлический аппарат, футерованный графитом и снабженный рубашкой охлаждения. Реактор снабжен нижним патрубком для ввода хлора и двумя верхними патрубками: один для ввода карбида бора, другой для вывода треххлористого бора и углеродного остатка.

При пуске реактора в него через нижний штуцер загружают графит и подают азот. Псевдоожиженный слой графита в реакторе нагревают до температуры начала реакции. После этого прекращают подачу азота в реактор и одновременно начинают подачу в него карбида бора и хлора. Хлорирование ведут при числе псевдоожижения на нижней его границе 2,8 - 2,0; на верхней границе 1,5 - 1,0. При этом образуется треххлористый бор со 100%-ной конверсией по хлору. Углеродный остаток, выносимый в виде газовзвеси вместе с треххлористым бором, отделяется от него на рукавном фильтре. Содержание карбида бора в углеродном остатке составляет 12%. Треххлористый бор конденсируют при атмосферном давлении в теплообменнике, охлаждаемом раствором хлористого кальция с температурой минус 15°С. Содержание основного вещества в треххлористом боре составляет не менее 99,95%.

Пример .Процесс проводят в реакторе, представляющем собой металлический аппарат, футерованный графитом и снабженный рубашкой охлаждения. Высота аппарата 2 м. Внутренний диаметр аппарата ступенчато увеличивается по высоте с 200 до 400 мм. Графитовая футеровка является электродом. Другой электрод введен внутрь реактора через крышку, изолирован от нее и имеет верхний, охлаждаемый водой токоподвод. Реактор снабжен нижним патрубком для ввода хлора и двумя верхними патрубками: один для ввода карбида бора, другой для вывода треххлористого бора и углеродного остатка.

При пуске реактора в него через нижний штуцер загружают графит и подают азот. Псевдоожиженный слой графита в реакторе нагревают до температуры 750°С за счет подачи напряжения на электроды реактора. После этого прекращают подачу азота в реактор и одновременно начинают подачу в него карбида бора с расходом 15 кг/ч и хлора с расходом 33 м³ /ч (число псевдоожижения на нижней границе 2,5, на верхней границе - 1,4). При достижении температуры в псевдоожиженном слое 950°С прекращают подачу напряжения на электроды реактора, и процесс синтеза переходит на стационарный режим, в котором температура слоя поддерживается только за счет использования собственного тепла реакции. При этом образуется треххлористый бор со 100%-ной конверсией по хлору. Углеродный остаток, выносимый в виде газовзвеси вместе с треххлористым бором, осаждают в циклонной камере и рукавном фильтре. Содержание карбида бора в углеродном остатке составляет 12%. Треххлористый бор конденсируют при атмосферном давлении в теплообменнике, охлаждаемом раствором хлористого кальция с температурой минус 15°С. Содержание основного вещества в треххлористом боре составляет 99,97%.

Выбор оптимального режима хлорирования карбида бора газообразным хлором при получении треххлористого бора позволил повысить конверсию хлора до 100% (по прототипу 92-96%), что приводит к отсутствию примеси хлора уже в сырце и исключает дополнительную стадию очистки целевого продукта, повысить качество треххлористого бора до содержания основного вещества не менее 99,95%, обеспечить проведение процесса в автотермическом режиме, снизить себестоимость его получения за счет исключения дополнительной стадии очистки и проведения процесса в автотермическом режиме.

Таким образом, указанные преимущества предлагаемого способа позволяют получить высококачественный продукт, значительно снизить себестоимость его получения и реализовать в промышленных условиях экономически эффективную технологию.

Формула изобретения

1. Способ получения треххлористого бора, включающий хлорирование карбида бора газообразным хлором в псевдоожиженном слое в присутствии углеродсодержащего восстановителя при нагревании, отличающийся тем, что хлорирование ведут при уменьшающемся числе псевдоожижения от 2,8-2,0 на нижней границе псевдоожиженного слоя до 1,5-1,0 на верхней границе, при этом карбид бора подают противотоком хлору.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбид бора подают с верха реактора.

Заключение.

Целью моей работы было изучение галогенидов бора и получения треххлористого бора . В данной работе я рассмотрел бор и его галогениды их физические и химические свойства, получение и применение. Говоря о галогенидах , в двух случаях это газ это трихлорид и трифторид бора , в жидком состоянии мы можем увидеть трибромид бора и крайне не устойчивое соединение взрывающиеся при взаимодействии с водой трииодит бора в твердом состоянии. В  большинстве своем галогениды представляют высокую опасность для здоровья . токсичная доза самого бора составляет 4г для человека .Он имеет твердое состояние разных цветов иногда бесцветен .Интересен бор еще тем что он имеет несколько изотопов что дает ему возможность быть применим в атомных реакторах, вообще применение галогенидов бора и других его соединений очень обширно это и медицина и металлургия и реагент для органического  синтеза и т.д.Несколько  примеров применения бора и его галогенидов способы их получения описаны выше.

Список литературы :

·        А. В. Скальный, И. А. Рудаков. Биоэлементы в медицине. — 2004.

·        Львов М. Д. Бор, химический элемент // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

·        литература для статьи «БОР»: Бор, его соединения и сплавы, под ред Г. В. Самсонова, К., 1960

·        Немодрук А. А., Каралова 3. К., Аналитическая химия бора ₅B^10,811, M., 1964; Цагарейшвили Г. В., ТавадзеФ. Н., Полупроводниковый бор. М.. 1978. Н.Т.Кузнецов. 

·        опчиев А. В., Завгородний С. В., Паушкин Я. М., Фтористый бор и его соединения как катализаторы в органической химии, М., 1956;

·        Greenwood N. N., The chemistry of boron, Oxf., 1975 (Pergamon texts in inorganic chemistry, v. 8). Э. Г. Раков, С. Г. Катальников.

·        Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.

·        Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.

·        1962 Patent on the production of boron tribromide

·        Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.

·        Авторы патента:
Желудов Е.А. (RU)
Сучкова О.В. (RU)
   Способ получения треххлористого бора (RU 2243155):

                   C01B35/06 - галогенсодержащие соединения бора
                   Вледельцы патента:
 Дзержинский опытный завод авиационных материалов Открытое     акционерное общество "Авиабор" (RU)