СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОЁМКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ БОРОСИЛИКАТНЫХ РУД

Изобретение относится к способам получения энергоёмких веществ на основе щелочного металла, бора и водорода, используемых в качестве эффективных источников  водорода, активных восстановителей и компонента твёрдого ракетного топлива.

Борогидриды весьма реакционноспособны и являются эффективными водородоносителями (борогидрид лития, например, содержит 18% гидридного водорода). Они используются как источники водорода,  автивные восстановители и катализаторы в процессах полимеризации, превращения  функциональных групп органических соединений, получения полупроводников  и плёночных покрытий. Значительная энергоёмкость обуславливает возможность применения борогидридов лёгких металлов в качестве компонентов твёрдого ракетного топлива. Будучи носителями BH₄-группы, борогидриды применяются для получения бороводородов, карборанов, соединений, содержащих полигидридоборатные и полиэдрические гидридные анионы, а также для  легирования бором  металлических поверхностей

Изобретение относится к способам получения энергоёмких веществ на основе щелочного металла, бора и водорода, используемых в качестве эффективных источников  водорода, активных восстановителей и компонента твёрдого ракетного топлива.

Как известно, энергоёмкие вещества – это те вещества, которые хранят большие объёмы энергии. Водород-борсодержащие вещества являются энергоёмкими веществами.

Борогидриды весьма реакционноспособны и являются эффективными водородоносителями (борогидрид лития, например, содержит 18% гидридного водорода). Они используются как источники водорода,  активные восстановители и катализаторы в процессах полимеризации, превращения  функциональных групп органических соединений, получения полупроводников  и плёночных покрытий. Значительная энергоёмкость обуславливает возможность применения борогидридов лёгких металлов в качестве компонентов твёрдого ракетного топлива. Будучи носителями BH₄-группы, борогидриды применяются для получения бороводородов, карборанов, соединений, содержащих полигидридоборатные и полиэдрические гидридные анионы, а также для  легирования бором  металлических поверхностей. Борогидриды щелочных металлов стали  основными реагентами в химии и анализе.

Известен способ взаимодействия бинарного гидрида натрия с метилборатом при высоких температурах [2]:

4MH + B(ОСН₃)₃ → MBH₄ + 3МОСН₃.

Однако таким методом получить чистые бороводороды щелочных металлов не удаётся.

Известен способ получения MBH₄ взаимодействием этилметалла с дибораном [3]:

2MС₂H₅ + 2B₂Н₆ → 2MBH₄ + (BH₂C₂Н₅).

Однако по этому способу  также нельзя получить чистые  MBH₄.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения бороводородных соединений по [1], при котором бинарные гидриды щелочных металлов  взаимодействуют  с дибораном:

2MH + B₂Н₆ → 2MBH₄

в среде органических растворителей.

    Известный способ имеет ряд недостатков, так как  трудно получать диборан (B₂Н₆) и выход продукта незначителен.

    Целью изобретения является способ получения MBH₄, где М – щелочной металл из местных сырьевых ресурсов Таджикистана – боросиликатная руда Ак-Архарского месторождения при непосредственном  взаимодействии полученного из боросиликатных руд трёххлористого  бора BCl₃ с последующим получением MBH₄.

    Техническое решение направлено  на разработку нового способа получения MBH₄ при взаимодействии  BCl₃ с  бинарным гидридом.

Сущность изобретения  заключается в том, что боросиликатная руда  измельчается до размера частиц 0.1-0.2 мм, и для удаления ионов железа  руда обжигается и обрабатывается минеральными кислотами. Затем руду помещают в реактор и проводят хлорирование при температуре 500-700°С и получают исходный реагент BCl₃, затем BCl₃  поглощают органическими растворителями (эфир, тетрагидрофуран и др.) и полученный раствор  взаимодействует с бинарными гидридами щелочных металлов по реакции:

4MH + BCl₃ → MBH₄ + 3МCl

с получением энергоёмкого вещества – бороводорода щелочных металлов.

Процесс получения BCl₃  проводился на модернизированной установке (фиг.1).

Процесс получения   BCl₃  проводился хлорированием боросиликатного сырья газообразным хлором, который подавался из баллона (1) через осушительные склянки (2, 3). Регулировка подачи хлора осуществлялась  реометром (4). Затем руду после обжига измельчали до размеров 0.1 мм и обрабатывали соляной кислотой для удаления железа из руды. Для получения   BCl₃  использовали реактор (7) с кипящим слоем и подавали горячий воздух (9) с температурой 150-200°С и хлор. Отходящие газы после хлорирования улавливались, очищались от примесей  пропусканием через фильтр и BCl₃  поглощали органическим растворителем (10) (эфир, тетрагидрофуран, толуол и др.). Полученный раствор непосредственно взаимодействует с суспензией бинарных гидридов (МН) в среде органических растворителей по реакции:

4MH + BCl₃ → MBH₄ + 3МCl, где М – щелочной металл.

Пример 1.

200 г данбурита с содержанием бора 10.1% подвергался процессу хлорирования при температуре 150-200°С, предварительно из руды удаляли железо. Полученный BCl₃  в количестве 67,81 г поглощался растворителем. Затем BCl₃  взаимодействовали с 18,4г LiH, общий выход 85%, получено 10,8г LiBH₄.

Пример 2.

Брали 200 г борной руды с содержанием B₂O₃ 10.1%. Условия проведения процесса, как в примере 1 в среде растворителя диглима с использованием NaOH. Выход 82%. Получено 17,98 г.  NaBH₄

1. Жигач, А.Ф. Химия гидридов / А.Ф. Жигач, Д.С. Стасиневич. – Л.: Химия, 1969. – 525 с.

2. Schlesinger, H., Brown, H.C., Finholt, A. // J. Am. Chem. Soc. – 1953. – V.75. –Р.205.

3. Schlesinger, H. Brown // J. Am. Chem. Soc. – 1940. – V.62. –Р.3429