[發明專利]從硅和含硅材料生產非晶形硅石的方法和裝置

有效

• 申請號: 00804838.X
• 申請日: 2000-03-22
• 公開（公告）號: CN1346333A
• 公開（公告）日: 2002-04-24
• 發明（設計）人: K·亨里克森;O·T·維格
• 申請（專利權）人: 埃爾凱姆公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C01B33/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,羅才希

發明領域

本發明涉及由含硅材料與空氣、富氧空氣或氧進行火焰燃燒，從硅和含硅材料生產非晶形硅石的方法。本發明還涉及生產非晶形硅石的裝置。

背景技術

非晶形硅石顆粒小、表面積很大，現在的生產方法主要是將揮發性硅化合物，特別是四氯化硅與含氧氣體在火焰中進行反應。被稱為“霧化硅石”的該產品具有多種用途，特別是用作塑料和橡膠的填充劑。還知道類似的非晶形硅石產品可在等離子爐和電爐中生產，反應物是石英和碳或者硅石和石英。這些產品很貴，未見多用。

從歐洲專利EP-B-151490和美國專利4,755,368中知道硅的火焰燃燒方法，它是將細粒的硅例如空氣或氧的氣體中流化后送入反應器，在火焰中燃燒硅來制造SiO₂微粒。

從挪威專利304366還知道一種用細粒的含硅材料生產非晶形硅石的方法，它是用含氧流化氣體以流化方式，把細粒的硅送入燃燒反應器中，再加入補充的含氧氣體，使細粒的硅燃燒成SiO₂，而無需再加別的熱能。

已知的用硅粉燃燒成非晶形SiO₂的方法的缺點是難于均勻一致地生產。相信其主要原因是當硅粉在氣體中流化時，很難均勻一致地向反應器中供料。另外，從挪威專利304355可以看出，該方法生產出的SiO₂只能得到20m²/g的比表面積，而對很多用途來說，所要求的硅石的比表面積要高得多，達80m²/g或更高。

發明內容

本發明的目的是要提供出一種將含硅材料燃燒成SiO₂的方法和裝置，它能將硅非常均勻非常穩定地送入燃燒反應器，它所制得的非晶形硅石具有高得驚人的比表面積。

因此本發明是涉及用含有至少50％元素硅的細粒材料生產非晶形硅石的方法，它是把含硅材料送入用油燃燒器或氣體燃燒器的熱的燃燒反應器中，并從燃燒反應器出口后面回收非晶形硅石，該方法的特征在于，至少有一部分含硅材料是以水成淤漿的方式送入燃燒反應器的。

按照一個優選的實施方案，硅是以水成淤漿的方式被送入燃燒反應器中，該淤漿中以重量計含有20％～80％的含硅材料，優選含有以重量計40％～60％的含硅材料。

按照另一個優選的實施方案，在含有含硅材料的水成淤漿中還加入粘度調節劑、如無機酸或有機分散劑。

為了改進所生產的無晶形硅石的表面，可往水成淤漿中加入表面改性劑，例如鋁鹽，優選為硫酸鋁。

按照又一個實施方案，可在燃燒反應器的出口區域加入水以使非晶形硅石驟冷。

令人驚喜地發現，借助于以水成淤漿的方式送入硅料可使反應室操作處于平衡狀態，同時還能使生產出的非晶形硅石具有驚人高的比表面積達100m²/g以上。

作為含硅材料，可使用含有元素硅至少50％的細粒材料。這些材料的例子有：細粒狀的冶金級硅；細粒狀的高純度硅；霧化硅；電子用和太陽能電池用硅片的鋸屑；粉碎硅時所得到的濾粉；生產有機鹵素硅烷和無機硅烷的反應器中的殘留內。

本發明還涉及用含有以重量計至少50％元素硅的細粒材料生產無晶形硅石的裝置，該裝置包括一個加長的反應室，反應室一端有一個由燃燒器或氣體燃燒器，在反應室側壁上至少設有一個供應含硅材料水成淤漿的孔、一個無晶形硅石產品的出口孔；以及收集無晶形硅石的設施。

該反應室優選設有一個供應空氣、富氧空氣或氧的入口孔。

附圖簡述

圖1示出本發明的裝置的斷面圖。

圖1中示出圓柱形的燃燒反應器1。燃燒反應器1包括有外部鋼筒2，其內襯有耐火襯套3。在燃燒反應器1的一端裝有一個油燃燒器或氣體燃燒器4。燃燒反應器1的另一端設有一個出口孔。在鋼筒2外面裝有供冷卻空氣循環用的冷卻套5。冷卻套5上設有一個入口孔6。反應室1上還設有一個入口孔7，以供輸入含硅材料的水成淤漿。

冷卻空氣通過入口孔6送入冷卻套5，離開冷卻套5后進入小室8，小室8借助于出口9與過濾器或類似物相連結，以收集生產出的非晶形硅石。還設有一個入口孔10，以便向反應器1輸入空氣、富氧空氣或氧。

開始生產時，反應器1首先用油燃燒器或氣體燃燒器4加熱。隨后開始輸入硅，通過入口孔7輸入含硅的水成淤漿并通過孔10輸入空氣、富氧空氣或氧。進入反應器的硅粒將著火并在通過反應室1過程中被燒制成非晶形硅石。

實施例1