[發明專利]四氟化硅氣合成的改進的方法

有效

• 申請號: 201010101067.6
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101811700A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 維塞爾·雷萬卡;桑吉夫·拉郝蒂
• 申請（專利權）人: 維塞爾·雷萬卡;桑吉夫·拉郝蒂
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 北京嘉和天工知識產權代理事務所 11269
• 代理人: 甘玲

發明領域

本發明涉及用于生產四氟化硅(SiF₄)的新方法。具體地，本發明涉及在兩步方法中 從堿性氟化物、硅石和硫酸生產四氟化硅的方法。

發明背景

四氟化硅是重要的化學中間體，對于如純硅石、硅烷、用于太陽電池的純硅、用于陶 瓷產品的氮化硅以及用于建筑應用的材料的氟化的碳-硅聚合物的貴重產品生產有用。四 氟化硅的其他應用包含：為了提供對防水性以及對侵蝕和磨損的耐性的相當大的改進的目 的，處理干燥混凝土部分；為生產原硅酸酯，而增加結晶分子篩的疏水特征；以及在半導 體工業中，作為用于含硅原料的蝕刻介質。

用于生產與氟化氫一起的四氟化硅的已知方法，包含使硫酸與氟石反應，形成作為副 產品的硫酸鈣。該反應是吸熱的，而熱必須外部提供。已設計出多種方法，以改進傳熱特 征、收率和純度。來自磷酸生產的氟硅酸，也可以被用作生產氫氟酸和四氟化硅的進料。 一般來說，濃硫酸，或發煙硫酸的流，以及氟硅酸的濃水溶液被供料給攪拌反應器，生產 氣體流形式的氫氟酸和四氟化硅，所述氣體流被濃硫酸清洗。也已知的是這樣的方法，其 中含水氟硅酸的流被供料給垂直式塔的頭和底之間的中間點，而濃硫酸的流在所述塔頭附 近被供料。含四氟化硅的塔頂氣流從所述塔頭被回收，而稀釋的硫酸的流從所述塔底被回 收。達到95.4％到98.5％的收率，其中所述四氟化硅中氫氟酸的含量低于0.1vol.％。

用于制造四氟化硅的其他方法是基于元素硅的。使元素硅和氟化氫在約250℃或更高 的溫度反應。所述反應可以被這樣實施，以使氣體產品含有至少0.02vol.％的未反應的氟 化氫。所述方法可以通過使所述氣體產品與元素鎳在600℃或更高的溫度接觸，而被改進。

所有這些方法的共同特征是原材料到四氟化硅的轉化的低收率，和不合期望的副產 品。雜質，尤其是留在四氟化硅中的氟、硼、磷和砷元素的化合物。

需要一種用于從氟化物源生產高轉化和高純度的四氟化硅，而具有有限的環境影響的 方法。

發明概述

本發明涉及用于生產四氟化硅(SiF₄)的新方法。具體地，本發明涉及從金屬氟化物、 硅石和硫酸生產四氟化硅的方法。所述方法是新穎的，并且展示了生產高質量四氟化硅的 經濟且環境友好的途徑。

本發明的實施方案提供從金屬氟化物生產四氟化硅的方法，包括以下步驟：(a)煅 燒并混合進料與含硅原料，以生產氟硅酸鹽復合物；(b)使所述氟硅酸鹽復合物與硫酸 反應，以生產四氟化硅和金屬硫酸鹽；以及(c)洗滌所述四氟化硅，以移除過量的濕氣、 塵和其他酸性氣體。在一些實施方案中，煅燒所述進料在從約200℃到約600℃范圍的溫 度發生。在一些實施方案中，煅燒所述進料在從約300℃到約400℃范圍的溫度發生。在 一些實施方案中，煅燒所述進料在從約3到約25分鐘的停留時間發生。在一些實施方案 中，所述進料顆粒和硅石在從約200微米到約600微米范圍的尺寸。在一些實施方案中， 使所述氟硅酸鹽復合物與硫酸反應在從約100℃到約500℃范圍的溫度發生。在一些實施 方案中，所述硫酸的量是直到20％的化學計量過量。在一些實施方案中，所述硫酸具有從 約50到約100％范圍的濃度。在其他實施方案中，所述硫酸具有從約98到約100％范圍的 濃度。在一些實施方案中，所述進料中有99％轉化效率的所述金屬氟化物。在一些實施方 案中，所述過量的硫酸被再循環。在一些實施方案中，所述金屬氟化物是氟化鋁鈉，所述 氟化鋁鈉可以從硅烷制造方法中被再循環。在一些實施方案中，內循環增加了所述四氟化 硅的收率。

附圖的簡要描述

圖1是四氟化硅生產方法的實施方案的示意圖。

圖2是四氟化硅生產方法的桌面規模方法的實施方案的示意圖。

圖3是氟化物到四氟化硅的轉化對煅燒時間的圖。

圖4是氟化物到四氟化硅的轉化對煅燒的和未煅燒的供料的圖。

圖5是氟化物到四氟化硅的轉化和生成的塵對針對煅燒的供料的顆粒供料尺寸的圖。

圖6是氟化物到四氟化硅的轉化和生成的塵對針對未煅燒的供料的顆粒供料尺寸的 圖。

圖7描述具有循環系統和物料平衡的工業操作。