Метод транспортных реакций

Одним из химических методов глубокой очистки веществ, получившим самостоятельное развитие и весьма широкое распространение, является метод транспортных реакций. Транспортными реакциями называются гетерогенные обратимые реакции, при помощи которых можно осуществить перенос вещества из одной зоны реактора в другую, если между этими зонами имеется разность температур или давлений.

Необходимым условием применения метода транспортных реакций является существование у очищаемого вещества легколетучего или легкоплавкого соединения. Выбор технологии очистки элемента через транспортные реакции основывается на детальном анализе всех стадий процесса с участием потенциально пригодных соединений данного элемента.

Рисунок 1 – Схема выбора соединения реагента для транспортной реакции [1]

Выбор транспортной реакции основывается на следующих правилах, позволяющих оценить пригодность той или иной гетерогенной реакции для транспорта вещества [2]:

1. При химической реакции транспорт вещества может происходить лишь в том случае, если твердая или жидкая фаза фигурирует только в одной части уравнения химической реакции;

2. Реакция, которая в равновесных условиях сильно смещена вправо или влево, не приводит к заметному транспорту вещества;

3. При экзотермических реакциях транспорт осуществляется в направлении T1 →Т2, при эндотермических- в направлении Т2→T1.

4. Қаждому значению ΔS°, отличающемуся от нуля, соответствует только одно значение ΔН°, которому отвечает максимальный по количественному выходу транспорт вещества;

5. При значениях ΔS°, достаточно отличающихся от нуля, значительный транспорт возможен только в том случае, если ΔН° и ΔS° имеют одинаковый знак; выход транспортной реакции возрастает, если значение logKр, близко к нулю;

6. Максимальное значение выхода транспортной реакции возрастает при увеличении численного значения ΔS°, если одновременно в ту же сторону изменяется ΔН°;

7. Изменение температуры может сильно влиять на выход транспортной реакции, если значение logK, при изменении температуры резко меняется.

В общем случае процесс состоит из трех стадий:

1) синтез – образование из твердого вещества и газообразного реагента летучего продукта в первой зоне;

2) перенос летучего продукта из первой зоны во вторую;

3) разложение летучего продукта на элемент и газообразный реагент во второй зоне.

В качестве транспортирующих газов нашли применение галогены, галогеноводороды, летучие галогениды, пары воды и другие летучие соединения.

На стадии синтеза осуществляется непосредственный (или через промежуточные ступени) перевод очищаемого элемента в летучее соединение, в виде которого легче всего решается задача глубокой очистки. Синтез летучего соединения является химическим процессом с участием как основного вещества, так и примесей, и от него следует ожидать определенного разделительного эффекта.

На стадии глубокой очистки решается задача удаления из полученного легколетучего соединения примесей, имевшихся в исходном продукте и вновь появившихся после синтеза.

Заключительной стадией является выделение из очищенного летучего соединения особо чистого элемента как целевого продукта. Особо чистый элемент выделяется обычно в результате реакции термораспада или водородного восстановления, т. е. заключительная стадия является химическим процессом со всеми вытекающими отсюда последствиями. Загрязняющего действия аппаратуры при этом избегают либо тем, что подбирают летучее соединение, выделяющее элемент при низких температурах, либо организацией этого процесса таким образом, чтобы выделяющийся элемент не контактировал со стенками аппаратуры. Последнее технически осуществляется легче, чем процесс бесконтейнерной очистки самого элемента [3].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Степин Б.Д. «Методы получения особо чистых неорганических веществ» /Б.Д. Степин, Г.Г. Иошуа, Г.З. Блюм, Г.М. Курдюмов, И.П. Оглоблина. Л.: Химия, 1969, - 480 с.
2. Шефер Г. Химические транспортные реакции. (Транспорт неорганических веществ через газовую фазу и его применение): пер. с нем. / Г. Шефер; Под ред. Н. П. Лужной. М: Мир, 1964. - 189 с.
3. Девятых Г.Г., «Введение в теорию глубокой очистки веществ», / Г.Г. Девятых, Ю.Е Еллиев. М.: Наука, 1981 - 320 с.