Хлорид аммония

Перейти вниз

Хлорид аммония

Сообщение  Крайденко Роман в Вт 07 Сен 2010, 4:25 pm

ВВЕДЕНИЕ
Концентраты цветных металлов, выпускаемые промышленностью, содержат три – четыре компонента и требуют дальнейшего разделения. При использовании химических методов обогащения руд можно получить концентрат с одним основным компонентом. Для переработки руд цветных металлов в качестве выщелачивающих реагентов используют кислоты, аммиак [1]. Одним из перспективных направлений переработки руд цветных металлов считается хлорная металлургия. Для хлорирования используют газообразные хлор, хлороводород, раствор – соляную кислоту или твердые хлоринаторы (в основном хлориды щелочных металлов) [2].
Разработаны и запатентованы способы извлечения ценных компонентов из окисленных, сульфидных, смешанных руд и концентратов методом хлорной металлургии с использованием в качестве вскрывающего агента хлорида аммония. Доказано, что с помощью хлорида аммония, можно селективно извлекать цветные металлы, не затрагивая пустую породу, представленную кремнеземом и глиноземом [3-5].
Представляет интерес исследовать области применения хлорида аммония в химической технологии и соединения, полученные с использованием хлорида аммония.

ПРИМЕНЕНИЕ ХЛОРИДА АММОНИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Практическое применение хлорид аммония находит в виде растворов и в качестве твердого носителя хлор-иона.
При смешении солянокислых растворов платиновых металлов с раствором хлорида аммония образуются хлорметаллаты аммония, чем пользуются для их разделения и очистки [6]. Данным способом разделяют палладий, платину, иридий; осмий и рутений [7]. Ванадат аммония осаждают хлоридом аммония из щелочных растворов [8]. Растворимость NH4VО3 уменьшается с увеличением избытка NH4C1 в растворе [9].
В технологии производства кремния высокой чистоты используют хлорид аммония в среде жидкого аммиака. Первая стадия получения поликристаллического полупроводникового кремния, применяемая фирмой Komatsu Electronic Metals, заключается в получении силицида магния, сплавлением технического кремния и магния в атмосфере водорода. Вторая стадия – разложение силицида магния хлоридом аммония при – 40 ºС по реакции:
Mg2Si + 4NH4Cl = SiH4 + 2MgCl2 + 4NH3 [10].
В технологии производства металлического магния хлорид аммония применяют на второй стадии обезвоживания одноводного хлорида магния. Во избежание гидролиза MgCl2. Хлорид магния получают упариванием его водных растворов, на первой стадии получают MgCl2•6H2O, который обезвоживают во вращающейся трубчатой печи при 200 ºС, продукт на выходе печи содержит 20 -22 % воды. При более полном обезвоживании происходит гидролиз и конечный продукт содержит до 10 % MgO. Вторую стадию обезвоживания ведут в атмосфере хлористого водорода. С этой целью над окончательно обезвоживаемым продуктом при его нагревании пропускают ток HCl или Cl2, либо нагревают моногидрат магния в смеси с хлоридом аммония.
В том случае, когда продукт нагревают с добавкой хлорида аммония, он, возгоняясь, диссоциирует на NH3 и HCl и тем самым повышает парциальное давление хлористого водорода. Температуру рабочего пространства печи поддерживают 450 ºС [11].
Хлорид аммония используют при рафинировании различных сплавов. Так при плавке антифрикционных сплавов на основе олова на стадии рафинирования вводят 0,1 – 0,15 % хлористого аммония, процесс ведут при 475 – 500 ºС [12].

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХЛОРИДА АММОНИЯ
Ведутся работы по получению металлического цинка методом электролиза из раствора. Цинк переводят в раствор выщелачиванием руды или концентрата смесью NH4Cl – NH3 – H2O. Преимущества метода в наличии прочной адаптируемости вскрывающего раствора к исходным материалам и эффективности извлечения цинка из руд, которые не могут быть обработаны методом сернокислотного выщелачивания, или руд с высоким содержанием MgO и CaO; а также оксида цинка, содержащей примеси фтора, хлора и железа. Раствор, подвергаемый электролизу, находится в замкнутом цикле [13 - 15].
Запатентован способ переработки бедных марганецсодержащих руд, основанные на термической обработке сырья хлоридом аммония при температуре 150 – 400 ºС с получением хлорида марганца и газов, содержащих аммиак, направляемых на приготовление хлорида аммония. Хлорид марганца подвергают водному выщелачиванию, получившийся раствор направляют на электролитическое получение металлического марганца [16].
Разрабатываются растворы на основе хлорида аммония для выделения металлов из растворов. Для выделения ионов таллия (III) и галлия из водных растворов предлагается использовать раствор, содержащий до 25 % NH4Cl. Способ основан на склонности ионов металлов экстрагироваться в расслаивающейся системе вода – хлорид аммония – полиэтиленгликолевые эфиры [17]. Предлагается выделять из аммиачного раствора никель высаливанием хлоридом аммония, доводя концентрацию NH4Cl в растворе более 1 моль/л. Способ, по мнению авторов, позволяет не только выделить никель, но и очистить его от меди и цинка [18]. Предложен способ сорбционного извлечения цинка в форме хлоридных анионных комплексов цинка, включающий контактирование цинксодержащего раствора хлорида аммония, содержащего хлористоводородную кислоту, с анионообменной смолой [19]. Предлагается извлекать цинк как с помощью раствора, содержащего хлорид аммония [20], так и методом твердофазного спекания сырья с NH4Cl [21]. Данным методом кроме цинка извлекают медь, скандий, цирконий и другие металлы [22-26].
На основе растворов, содержащих хлорид аммония, ведут разработки способов получения металлооксидных покрытий [27,28] путем нанесения пленкообразующего покрытия из раствора, содержащего хлорид аммония, с последующей сушкой и термообработкой. Металооксидные покрытия наносят методом электрохимического осаждения [29], в данном случае хлорид аммония используется в качестве комплексообразователя, его содержание достигает 25 %.
Поскольку NH4Cl при нормальных условиях является не токсичным соединением его удобно использовать в качестве носителя аммиака и хлор-иона [30]. Метод основан на пропускании паров, образовавшихся в результате разложения хлорида аммония, над расплавом солей металлов, протекает реакция хлорирования. Таким образом, выделяется в свободном состоянии газ – NH3. Далее проводят окисление хлорированных металлсодержащих смесей, тем самым выделяют газообразный хлор. В качестве металлсодержащих солей рекомендовано использование соли щелочных металлов.
Самым ранним упоминанием о возможности использования твердого хлорида аммония для получения концентратов металлов относится к 1935 году [31], в котором для вскрытия руд предлагается использовать аммонийные соли, в частности NH4Cl.
Ведутся исследования по хлорированию оксидов церия и лантана методом твердофазного спекания с хлоридом аммония [32]. Кинетика реакций описывается уравнением Ерофеева. Энергия активации найдена равной 36,831 и 140,67 кДж/моль соответственно. Авторы делают вывод, что в реакции хлорирования участвует не только HCl, выделившийся в результате разложения NH4Cl, но и сам хлорид аммония. В результате гидролиза LaCl3 и CeCl3 происходит образование оксихлоридов: LaOCl, CeOCl.
Известны работы, в которых перевод различных металлов или их оксидов в хлориды осуществляют твердофазным спеканием с хлоридом аммония. Данным способом хлорируют оксид цинка [33]; индий [34], галлия [35].
Авторами [36] исследуется коагулирующая способность хлорида аммония при выделении каучука из латекса. Определено влияние температуры и концентрации раствора хлорида аммония на полноту коагуляции. Проведена оценка свойств резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука, выделенного из латекса хлоридом аммония.
Аммонийные соли, в частности хлорид аммония, можно применять для получения NF3 [37]. Метод основан на взаимодействии фторида металла (NaF, CaF2, FeF3) с аммонийными солями при нагревании.

ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ХЛОРИДА АММОНИЯ С СОЕДИНЕНИЯМИ МЕТАЛЛОВ
Считается, что хлорид аммония с соединениями металлов взаимодействует с образованием соответствующих хлоридов [38]. В литературе [39] описаны реакции:
2NH4C1 + Са(ОН)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2Н2О (200 °С);
2NH4Cl + 4CuO = N2 + 4H2O + CuCl2 + 3Cu (300 °С);
2NH4C1 + FeO = FeCl2 + 2NH3 + H2O (500 – 700 °C).
По данным [4, 40] эти реакции имеют более сложный механизм. Реакции протекают через стадии образования хлорметаллатов аммония, типа (NH4)n Меm+Cln+m.
При взаимодействии водного раствора хлорида аммония с хлоридами металлов образуются гидротированные хлорметаллаты аммония (NH4)n Меm+Cln+m•xH2O обычно x равняется 1 или 2, но может достигать и 6 (NH4NiCl3•6H2O). Для получения безводных хлорметаллатов аммония используют растворы хлорида аммония в спирте или жидком аммиаке.
Хлорманганаты аммония. В литературе описано два соединения: NH4MnCl3 и (NH4)2MnCl4•2H2O [41- 43].
Исследования данных соединений направлены на изучение структуры соединения. В работе [44] исследован рост монокристалла NH4MnCl3, установлены параметры кристаллической решетки, результаты сопоставлены относительно данных о поликристаллическом NH4MnCl3. Проводятся рентгеновские исследования фазовых переходов NH4MnCl3 [45], делается вывод, что монокристалл трихлорманганата аммония имеет структуру перовскита, установлено наличие двух фазовых переходов 1 и 2 порядка около 258 К. Исследованию структуры (NH4)2MnCl4•2H2O посвящена работа [46].
Хлорферраты аммония. В литературе описаны соединения: NH4FeCl4, (NH4)2FeCl5•H2O [47], (NH4)3FeCl5 и NH4FeCl3.
Предложен механизм взаимодействия железа с хлоридом аммония[48]:
Fe + 2NH4Cl = Fe(NH3)2Cl2 + 2H2;
Fe(NH3)2Cl2 + 3NH4Cl = (NH4)3FeCl5 + 2NH3;
Fe(NH3)2Cl2 + NH4Cl = NH4FeCl3 + 2NH3.
Предложены механизмы разложения трихлорферрата аммония[48, 49]:
NH4FeCl3 = FeCl2 + NH3 + HCl.
Хлоркобальтаты аммония. В литературе описано соединение (NH4)2CoCl4. Описано наличие четырех кристаллических фаз кристалла тетрахлоркобальтата аммония [50].
Предложен механизм разложения комплексного соединения [51] по реакции:
(NH4)2CoCl4 = CoCl2 + 2NH4Cl
Хлорниколаты аммония. В литературе описаны соединения: NH4NiCl3, NH4NiCl3•6H2O. Гидротированный трихлорниколат аммония получают кристаллизацией из солянокислого раствора смеси NiCl2 с NH4Cl при 20 °С (голубовато-зеленые кристаллы; растворимые в воде), при 70 °С обезвоживается (безводный NH4NiCl3 желтого или рубиново-красного цвета); выше 170 °С разлагается. Применяют как травитель при крашении, компонент электролитов для никелирования [52].
Хлоркупраты аммония. В литературе описаны соединения: NH4CuCl3, (NH4)2CuCl4, (NH4)2CuCl4•2H2O.
Исследованы термодинамические функции (NH4)2CuCl4•2H2O в интервале температур 13 – 310 К [53]. Найдена теплоемкость и энтропия соединения, ряд других параметров, при 298,15 К C0p= 324,318 Дж/(моль•К), S0 = 385,822 Дж/(моль•К), изображена на плоскости кристаллическая структура (NH4)2CuCl4•2H2O.
Межплоскостные расстояния кристаллической решетки (NH4)2CuCl4 описаны в работе [54].
Исследовано плато намагничивания NH4CuCl3 [55], изучины динамические магнитные свойства данного соединения при повышенной температуре [56]. Исследован ряд других свойств хлоркупратов аммония [57, 58].
Кроме описанных соединений в литературе представлены хлорцинкат аммония (NH4)2ZnCl4 [59-61] и хлорплюмбат аммония NH4PbCl3 [62].

ПРОИЗВОДСТВО ХЛОРИДА АММОНИЯ
Химической промышленностью выпускается хлорид аммония технический (первого и второго сортов) ГОСТ 2210-73 и реактивный (химически чистый, чистый для анализа, чистый) ГОСТ 3773-72. По ГОСТ 2210-73 организовано производство порошка и гранул хлорида аммония на ЗАО ПКФ «Славянка» г. Нижний Новгород, РФ, порошка на ОАО «Навоиазот» г. Навои, Узбекистан.
Хлорид аммония изготавливают для коммерческих целей взаимодействием газообразных аммиака (NH3) и хлороводорода (HCl), для улучшения процесса вводят СО2[63]:
NH3 + HCl = NН4Cl
Хлорид аммония получают пропусканием CO2 через раствор NH3 и NaCl [64]:
NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl
Хлорид аммония является побочным продуктом производства полиэтиленполиаминов[65] и содового производства.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Использование хлорида аммония основано на том, что NH4Cl:
• носитель хлор-иона – позволяет использовать в качестве хлорирующего агента;
• носитель аммония – позволяет использовать в качестве восстановителя;
• обладает высокой комплексообразующей способностью – используют для получения хлорметаллатов аммония;
• обладает электропроводностью – растворы NH4Cl используют в качестве электролитов;
• обладает хорошей растворимостью – используют для высаливания из растворов труднорастворимых соединений.
Удобными свойством хлорида аммония является возможность использования, как в твердом агрегатном состоянии, так и его растворов. При необходимости можно разлагать NH4Cl на составные компоненты при относительно невысоких температурах, до 338 ºС.

Крайденко Роман

Сообщения : 24
Дата регистрации : 2009-07-29

Посмотреть профиль http://www.ftortechnology.ru

Вернуться к началу Перейти вниз

Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения