BE593618A - - Google Patents

Description

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  "Procédé pour la préparation de trichlorure de bore" Inventeurs :  Lodovico   Avogadro di Cerrione et Carlo Ferraris. 

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   La présente invention concerne un procédé pour la préparation des halogénures métalliques et en particulier du trichlorure de bore (BCl3). Les procédés de préparation du trichlorure de bore utilisés jusqu'à présent sont fondés principalement sur la réaction de chloration suivante : 
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 On l'effectue en général en faisant passer au chlore gazeux à 800-1000 C à travers un mélange solide d'anhydride borique et de charbon préparé séparément par déshydratation d'un mélange d'acide borique et d'un grand excès de charbon (deux fois la quantité théorique et même davantage). 



   On rencontre diverses difficultés dans la mise en oeuvre de ce procédé, en particulier pour la préparation de la masse de réaction d'anhydride borique et de charbon, son broyage puis le tamisage des granulés, que l'on doit ensuite introduire dans un appareil de réaction non métallique dans lequel on effectue la réaction avec du chlore gazeux. Il est bien évident qu'il est à peine possible d'effectuer ce procédé en continu, les difficultés étant aggravées par l'hydrosco- picité de l'anhydride borique et des grains de charbon que l'on doit introduire dans l'appareil de réaction à l'état parfaitement sec. 



   L'invention a premièrement pour objet un procédé de production de trichlorure de bore qui est continu, pratique et économique. 



   Elle a également pour objet un procédé de production de trichlorure de bore ne contenant pratiquement pas de phosgène et de chlore. 



   Elle a aussi pour objet un appareil qui permet d'obtenir simultanément la déshydratation de l'acide borique en anhydride borique ainsi que la réaction ultérieure avec le charbon et le chlore. 

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   L'invention est fondée sur une réaction gaz-liquide dans laquelle la phase liquide est représentée par un mélange anhydride borique - tétraborate de sodium - charbon à 800-1100 C. 



     A   cette température, la masse de réaction contenant l'anhydride borique et le charbon en proportions théoriques environ, et de 5 à   20%   de tétraborate de sodium, est assez fluide pour présenter toutes les caractéristiques principales d'un liquide. En effet, on a trouvé que la viscosité d'un mélange 
B2O3 + 3 C diminue beaucoup (la diminution pouvant atteindre   3/4   de la valeur initiale) par addition de tétraborate de sodium en quantités variant de 5   à   20% de la quantité tota- le. Il ne convient pas de dépasser cette limite, afin de ne pas "diluer" trop fortement la masse de réaction, qui réagirait ensuite plus difficilement avec le courant de chlore gazeux. 



   En se   référant au   dessin-annexé, 1 désigne un récipient cylinarique métallique (par exemple en acier) chauffé à la température de réaction soit au moyen d'un four électrique, soit, plus   commodément,   au moyen d'un brûleur à méthane ou à gaz liquide. On peut employer pour sa construction des aciers dits "réfractaires", qui sont des aciers austénitiques (par exemple des aciers Ni-Cr) ou des aciers au tungstène, caractérisés par une résistance mécanique très élevée même aux températures élevées. Les conduites 5 et 7 sont-de dimen- sions différentes, non métalliques, faites par exemple en quartz ou en porcelaine réfractaire.

   La première sert à amener et à préchauffer le chlore gazeux; la deuxième recueille les produits de la réaction : trichlorure de bore, oxyde de carbone, avec de petites quantités de phosgène et   de chlore n'ayant pas réagi ; produits sont amenés à un   compresseur ou à d'autres dispositifs de séparation appropriés. 



   Les références 2 et 3 désignent des agitateurs avec un faible 

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 nombre de tours par minute,   disposé;:;   dans l'espace compris entre 1 et 7 et faits de la même manière que le récipient 1. 



   Ils servent à maintenir la masse 6 homogène et à perm  @Tre   un écoulement régulier, de l'extérieur de la conduite 7 vers l'intérieur de celle-ci. Avec une disposition de l'appareil- lage analogue à celle indiquée sur le dessin, on introduit dans l'appareil de réaction un mélange charbon - anhydride borique - borax, à froid, en proportions telles qu'après déshydratation dans le même four de réaction, on obtienne un mélange de charbon - anhydride borique - tétraborate de sodium dans lequel le rapport charbon/anhydride borique est   égal au rapport théorique de 3 : et le pourcentage de   tétraborate de sodium est, par exemple,   12%   du total. 



  Ensuite, on commence le chauffage de la masse 6, cependant qu'on introduit un courant de gaz inerte, par exemple de l'azote, à travers 5, vers l'intérieur de la conduite 7. 



   Ensuite on sépare l'extrémité supérieure de-la conduite 7 du reste de l'appareillage, ainsi l'azote et la vapeur d'eau entraînés dans celle-ci se dégagent dans l'atmosphère. 



  En augmentant la température, la masse 6 se déshydrate et commence à s'écouler depuis l'extérieur dans l'intérieur de la conduite 7, venant atteindre à peu près le même niveau dans les Deux parties. 



   La vapeur de déshydratation quitte librement l'appareil de réaction à l'extérieur de la conduite 7 comme indiqué en 8, alors qu'à l'intérieur de cette conduite elle est entraînée vers l'atmosphère par l'azote qui barbote à sa base. Quand la masse est suffisamment fluide, on commence l'agitation par la mise en mouvement des agitateurs 2 et 3 et quand ia masse est complètement déshydratée, le courant d'azote est remplacé par un courant de chlore, alors que l'extrémité supérieure de la conduite 7 est reliée au reste de l'appareil pour la 

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 séparation simultanée du gaz de réaction.

   La température de la masse 6 peut varier à ce moment de 800 à   1100 C,   mais de préférence on la maintient à environ   950 C.   Le chlore barbote dans la masse fondue à l'intérieur de la conduite 7 et réagit avec l'anhydride borique et le charbon pour former du trichlorure de bore et de l'oxyde de carbone, avec de petites quantités de phosgène. En raison de la forme particulière de la conduite 5, ni le chlore introduit, ni les produits de la réaction ne peuvent-venir en contact avec le récipient en acier 1 qui, par conséquent, ne subit aucune corrosion. 



  Les produits de la réaction s'élèvent du fond à la partie supérieure de la conduite 7 et s'échappent à son extrémité supérieure, d'où ils sont transportés dans un appareil convenant à la séparation. En même temps que l'on amène le chlore gazeux, on peut commencer à introduire un mélange d'acide borique et de charbon dans   l'espaçe     4   compris entre les deux conduites, en proportions théoriques, à une vitesse telle que l'on compense ainsi les pertes d'anhydride borique et de charbon dues à leur réaction avec le chore gazeux. Par contact avec la masse 6 maintenue à 950-1000 C, la   déshydrata-   tion de l'acide borique en anhydride borique a lieu très rapidement et la vapeur de déshydratation s'échappe dans l'atmosphère, comme indiqué en 8, sans polluer les produits de la réaction.

   L'homogénéité de la masse fondue est assurée par son agitation au moyen des deux agitateurs 2 et 3. Bien entendu, on peut amener le chlore gazeux et le mélange 2 H3BO3 + C de manière continue, ce qui permet d'obtenir une production continue des produits de la réaction. 



   On voit, d'après ce qui a été dit ci-dessus, que sur une couche inférieure de charbon, anhydride borique et tétra- borate de sodium, il est possible d'amener d'un côté un mélange de charbon et d'acide borique, de l'autre côté un 

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   courant de chlore ; est ainsi possible d'effectuer simul-   tanément les deux réactions : 
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La transformation du chlore en produits de la réaction dépend de la durée de son contact avec la masse fondue. Il dépend de la vitesse d'amenée de ce gaz et de la hauteur de la masse fondue que le chlore doit traverser. 



   Il apparaît que la transformation du chlore gazeux en produits de la réaction est directement proportionnelle à la hauteur de la colonne de la masse fondue et inversement pro- portionnelle à sa vitesse d'alimentation. Par exemple, si l'on emploie une hauteur de colonne de masse fondue de 3 à   4   cm et une vitesse d'alimentation d'environ 2,5 litres/heure, on obtient une transformation du chlore à environ   50%.   



   En augmentant la hauteur de la colonne liquide jusqu'à environ 15 cm et en maintenant toujours une vitesse d'alimen- tation du chlore de 2,5 litres/heure, la transformation du chlore est pratiquement quantitative. 



   .Les produits de la réaction sont le trichlorure de bore, l'oxyde de carbone et le phosgène. La quantité de phosgène est toujours très faible et ne dépasse pas 1 à 2%   ' en poids  du trichlorure de bore produit. Dans la mise en oeuvre de l'invention, tout le bore et tout le carbone présents sont transformés en trichlorure de bore et oxyde de carbone. 



   On constate que le procédé est continu et peut être continué pendant très longtemps, sans aucune interruption. De ce qui précède, on voit que l'on peut effectuer diverses modifica- tions et adaptations du procédé et de l'appareil sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (1)

1. R E S U M E L'invention vise : 1. Un procédé de préparation de trichlorure de bore, dans lequel on fait réagir du chlore, de l'anhydride borique et du carbone en faisant barboter du chlore gazeux dans une masse fondue constituée par un mélange carbone - anhydride borique - tétraborate de sodium et dans lequel le rapport du carbone à l'anhydride borique est à peu près égal au rap- port théorique, et la quantité de tétraborate de sodium varie de 5 à 20% du total.

   Ce procédé peut, en outre, comporter les caractéristiques suivantes, considérées isolément ou en combinaison : ¯ a) On maintient la masse fondue à une température compri- se entre 800 et 1100 C. b) On utilise un dispositif constitué par un récipient métallique, deux ou plusieurs agitateurs métallique..%-et deux tubes de forme et de dimensions différentes constitués par une matière réfractaire non poreuse. c) On amène, de manière continue, d'un côté le chlore gazeux et de l'autre côté un mélange acide borique - charbon, avec un rapport moléculaire d'environ 2 : 3, le chlore barbo- tant depuis le bas de l'appareil vers le haut dans la masse fondue., après avoir été préchauffé par la masse fondue dans @ EMI7.1 .y= :

   N+ -...-r- .-'J.'-..,)'-'-';- *-< -#'-.'-"-...-.' -T-.r## laquelle le tube d'alimentation est immergé; le mélange acide borique - charbon est amené à l'extérieur du tube qui recueille les produits de la réaction et c'est à l'extérieur de ce tube qu'a lieu la déshydratation en anhydride borique et carbone.

   d) Le procédé est fondé sur la déshydratation continue d'un mélange acide borique - charbon et simultanément sur la réaction continue entre l'anhydride borique, le carbone et <Desc/Clms Page number 8> le chlore avec production d'un mélange de trichlorure de bore et d'oxyde de carbone a@ec de petites quantités de phosgène, ces deux réactions étant effectuées au moyen d'un appareillage approprié qui permet de réaliser séparément et simultanément les deux stades du procédé, c'est-à-dire la déshydratation de l'acide borique et la formation de tri- chlorura da bore.

   e) On obtient du trichlorure de bore ne contenant pratiquement pas de chlore ni de phosgène, par chloration, au moyen de chlore gazeux préchauffé, d'un mélange fondu d'anhydride borique et de tétraborate de sodium à 800-1000*Ce en ¯quantités comprises entre 8% et 30% en poids de l'anhy- dride borique, par contact. avec la quantité théorique de charbon pulvérisé. f) On réalise le procédé de manière continue en amenant à une masse d'anhydride borique charbon - borax, placée au fond, un mélange d'acide borique avec la quantité théorique de charbon, l'acide borique étant déshydraté dans le bain de réaction.

   2. Un appareil pour la préparation de tri chlorure de bore par le procédé ci-dessus, *=prenant un dispositif permettant de maintenir la zone de réaction séparée de la zone d'alimen- tation dans laquelle l'acide borique est déshydraté, et une conduite d'alimentation en chlore immergée dans la. masse' fondue de réaction afin de préchauffer le chlore.