[發明專利]一種用石英砂法制備四氟化硅的方法

有效

• 申請號: 201010239895.6
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN101920962A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 孟啟貴;梁正;陳發揮;沈鐵孟;李國華;楊建松
• 申請（專利權）人: 化學工業第二設計院寧波工程有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及四氟化硅的制備方法，具體涉及一種以金屬氟化物和二氧化硅為原料用石英砂法制備四氟化硅的方法。

背景技術

四氟化硅(SiF₄)，在多晶硅行業中主要用于制備硅烷。四氟化硅也可以用來處理干燥混凝土部件，能改進混凝土的防水性、耐腐蝕性和耐磨性。高純的四氟化硅更是電子工業中一種重要原料，被廣泛應用于光纖、半導體和太陽能電池。

制備四氟化硅的方法主要有石英砂法和氟硅酸熱解法。石英砂法是以硅源(如石英砂，主要成份為二氧化硅)和金屬氟化物(如NaAlF₄，CaF₂等)為原料，在硫酸作用下生成四氟化硅。如公開號為CN101544374，名稱為一種制備四氟化硅的方法的發明專利申請，就公開了以四氟化鋁鈉和硅源為原料，與硫酸一起在240-350℃條件下，三種成份一步法反應得到四氟化硅，該發明專利申請的反應過程控制難，原料轉化率低，四氟化硅產品中雜質含量高，四氟化硅純度低，混有較多的六氟二甲硅醚(SiF₃)₂O。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種原料轉化率高，產品純度高，雜質少，反應過程易控制的用石英砂法制備四氟化硅的方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其原料包括金屬氟化物和二氧化硅，包括下述步驟：

1)在爐溫為300～400℃條件下，將金屬氟化物在煅燒爐中煅燒活化2～10分鐘，得到活化金屬氟化物；

2)將上述活化金屬氟化物放入氟化氫反應爐中，加入重量百分濃度不低于95％的濃硫酸，所述濃硫酸與所述金屬氟化物的摩爾比為1～3∶1，反應1～5分鐘得到氟化氫氣體，濃度較高的濃硫酸可以降低氟化氫氣體的水分；

3)將上述氟化氫氣體，先在洗滌塔用重量百分濃度不低于95％的濃硫酸洗滌，再在冷凝器中冷卻為-8℃的氟化氫液體，洗滌可以進一步降低氟化氫氣體的水分，液態氟化氫在四氟化硅反應中，氟化氫的浪費也較少，反應也易控；

4)將二氧化硅和重量百分濃度為80～90％的硫酸，按重量比1∶4～19預混，制成二氧化硅預混漿料；該比例預混漿料可以將二氧化硅均勻分散在硫酸中，使二氧化硅的流動性較好，可以讓二氧化硅與氟化氫得到較好反應，也可以讓六氟二甲硅醚等雜質生成就少；

5)將上述二氧化硅預混漿料和氟化氫液體與重量百分濃度為80～90％的硫酸，按重量比3∶4∶25的比例，放入四氟化硅反應器中，在60～90℃條件下，反應1.5～2.5小時，得到四氟化硅氣體；以較高濃度的硫酸為反應溶劑，產物四氟化硅氣體中水分就較少，流動性好的二氧化硅與液態的氟化氫接觸較好，反應產物基本生成四氟化硅，該濃度的硫酸和配比即可以使二氧化硅較好流動，又可以讓六氟二甲硅醚等雜質生成較少，上述原料重量配比，可以使HF∶SiO₂摩爾比不低于4∶1，二氧化硅基本得到反應，原料浪費就較少；

6)將上述四氟化硅氣體在洗滌塔用重量百分濃度80～90％的硫酸洗滌，洗滌后壓縮儲存該四氟化硅氣體，洗滌使產物四氟化硅氣體中水分降低。

所述的金屬氟化物為氟化鈣，在步驟2中，所述濃硫酸與所述氟化鈣的摩爾比為1.2～1.6∶1，H₂SO₄∶CaF₂＞1∶1，就可以將氟較充分轉化為氟化氫。

所述的金屬氟化物為四氟化鋁鈉，在步驟2中，所述濃硫酸與所述四氟化鋁鈉的摩爾比為2.3～2.8∶1，H₂SO₄∶NaAlF₄＞2∶1，可以將氟較充分轉化為氟化氫。氟化鈣和四氟化鋁鈉也可以為其它金屬氟化物替代。

在步驟4中，所述硫酸的濃度為83～86％，所述二氧化硅和所述硫酸的重量比1∶8～12，該濃度的硫酸和配比，讓二氧化硅的流動性和硫酸用量都較合理。

在步驟5中，所述硫酸的濃度為83～86％，反應時間為2小時，該濃度的硫酸對二氧化硅的較好流動和六氟二甲硅醚等雜質較少生成都較合理。