[發(fā)明專利]一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110007704.8
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102134078A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊建松;陳德偉;栗廣奉;耿金春;高平舟
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江中寧硅業(yè)有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化合物的生產(chǎn)方法，尤其涉及一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法。

背景技術(shù)

四氟化硅，也稱四氟硅烷，其分子式為SiF4,四氟化硅（SiF4）?無色、有毒、有刺激性臭味的氣體。密度4.69g/L，熔點-90.2℃（1.73×105Pa）。四氟化硅在潮濕的空氣中因水解而產(chǎn)生煙霧，生成硅酸和氫氟酸。在冷凍下加壓可凝成液體。能溶于硝酸和乙醇。四氟化硅比較穩(wěn)定。能跟氫氟酸作用生成氟硅酸H2SiF6。四氟化硅也易被堿液分解。

四氟化硅具有多種用途，例如：1）用于氟硅酸及氟化鉛的制取，2）用作水泥和人造大理石的硬化劑，增強耐腐蝕性和耐磨性。3）有機硅化合物的合成材料。4）高純度的四氟化硅是電子工業(yè)的一種重要材料，廣泛用于光纖、半導(dǎo)體、和光伏電池生產(chǎn)。5）在硅烷制備中需要大量的四氟化硅原料。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，已經(jīng)公開了多種制備四氟化硅的方法，其中有硫酸法和六氟硅酸鹽熱解法等幾種方法。

硫酸法是最早用于工業(yè)化制備SiF4?的方法，按照所用原料它又分為螢石硫酸法和六氟硅酸鹽硫酸法2種。

1、螢石一硫酸法

采用螢石（CaF2）：質(zhì)量分數(shù)大于97％?、硅酸質(zhì)量分數(shù)在1％?一3％?的螢石和質(zhì)量分數(shù)大于98%的二氧化硅作原料，與質(zhì)量分數(shù)大于95％?的濃硫酸在100℃—300℃下反應(yīng)，然后使生成的混合氣體在反應(yīng)體系循環(huán)，聯(lián)產(chǎn)四氟化硅?和氟化氫。反應(yīng)式如下：

3CaF2+3H2S04+Si02—?3CaS04+SiF4+2HF+2H20?(1)

該方法的缺點和不足之處是：

1）該方法伴有大量的HF產(chǎn)生，而除去HF的成本也很高，同時浪費了氟資源，也不利于四氟化硅的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

2）反應(yīng)后四氟化硅中的水汽又對四氟化硅起著分解作用，形成較大比例的六氟二甲基硅醚「SiF3）2O」。影響四氟化硅的純度。

2、六氟硅酸鹽--硫酸法

這是一種用磷酸制造工藝中用的磷礦石作原料連續(xù)生產(chǎn)四氟化硅（SiF4）?的工藝?，先使磷礦石、水、SiO2?與濃硫酸反應(yīng)，過濾后的濾液經(jīng)減壓加熱分離出H2SiF6；然后用Ca(OH)?中和得到CaSiF6?，再使過濾、干燥后的CaSiF6?與濃硫酸反應(yīng)生成SiF4?經(jīng)冷卻和用A12O3?吸附除去副產(chǎn)的水和HF，得到高純SiF4?，反應(yīng)式如下：

Ca10(PO4)6F2+IOH2SO4+20H20—?l0CaS04+2H20+6H3PO4+2HF?(2)

6HF+SiO2—?H2SiF6+2H20?(3)

H2SiF6+Ca(0H)2—?CaSiF6+2H20?(4)

CaSiF6+H2SO4—?SiF4+CaSO4+2HF?(5)

為減少四氟化硅（SiF4）中CO2的含量，采用使用濃硫酸在50℃～150℃下用惰性氣體鼓泡的方法將硫酸中CO2減少到2?X?10-5?ml／g（?H2SO4)以下，然后用該硫酸作原料與H2SiF6?或金屬六氟硅酸鹽反應(yīng)來制備四氟化硅（SiF4）。

該方法的缺點和不足之處是：

1）反應(yīng)過程比較復(fù)雜，副產(chǎn)物較多，因而成本也高。附近最好有磷肥廠配套，使副產(chǎn)物能得到合理利用。一般很難達到這種條件。

2）環(huán)保治理成本較高。

3、六氟硅酸鹽熱解法

這種方法采用金屬氟硅酸鹽熱解法來生產(chǎn)四氟化硅（SiF4）。為減少雜質(zhì)的形成，在熱解前，預(yù)先在低于于熱解溫度和小于2．67?kPa解離壓下對金屬氟硅酸鹽進行熱處理。不同金屬氟硅酸鹽的熱處理溫度不同，如Na2SiF6?在330℃?～520℃，K2?SiF6?在430℃?～550?℃?，BaSiF6在300℃～410?℃等。該熱處理步驟可代替氟硅酸鹽的脫水，用這種方法生產(chǎn)的SiF4?有高的純度和收率。在用熱解法生產(chǎn)SiF4?時，爐壁易被腐蝕，熱解產(chǎn)物附于爐壁而不易排出。為解決該問題，采用使金屬氟硅酸鹽與質(zhì)量分數(shù)1％?～20％?的粒徑1～100?um的SiO2和A1203混合，再于500℃～800?℃下熱解的方法來生產(chǎn)四氟化硅（SiF4）。助劑的純度應(yīng)大于99％?，使用前預(yù)先干燥脫水。

該方法的缺點和不足之處是：

1）熱解溫度較高，能源消耗大；

2）熱解的充分度不足，轉(zhuǎn)換率為50-60%，四氟化硅（SiF4）的得率低，因而生產(chǎn)成本較高。

3）裝置的產(chǎn)量低，不利于規(guī)模生產(chǎn)。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的缺點，需要一種收率高，成本低并可以規(guī)模化生產(chǎn)的四氟化硅(SiF4)生產(chǎn)方法。

發(fā)明內(nèi)容