[發(fā)明專利]一種回收多晶硅副產物四氯化硅的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110413144.6
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102807221A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳敏東
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域

本發(fā)明涉及一種重要環(huán)境友好材料的新用途。具體地說，一種回收多晶硅副產物四氯化硅的新方法。

背景技術

離子液體簡介：離子液體（Ionic?Liquid）是指完全由離子組成低溫(<100?℃)下呈液態(tài)的鹽，也稱為室溫熔融鹽(room?temperature?molten?salts)、有機離子液體等，目前還無統(tǒng)一的名稱，但傾向于簡稱離子液體。它一般由數目相等的有機陽離子和無機陰離子組成，整體上顯電中性；在常溫下一般都是液體，因而，離子液體往往展現出獨特的性質及特有的功能。

作為一類新型的取代揮發(fā)性有機溶劑的綠色溶劑，離子液體具有傳統(tǒng)溶劑所不具有的顯著特點，可減少甚至消除溶劑對環(huán)境造成的污染^[1]：

離子液體有如下特點：（1）離子液體具有較寬的液態(tài)溫度范圍。由于離子液體本身是有機鹽，具有高度不對稱性，阻礙其結晶，難以密堆積，因此，常溫下為液體，熔點較低。與傳統(tǒng)溶劑相比，大多數離子液體都有很寬的液態(tài)溫度范圍。（2）離子液體溶解能力強。離子液體具有很強的極性，對多種有機、無機以及聚合材料具有特有的溶解能力，可使溶液達到很高濃度。（3）離子液體蒸汽壓低，不易揮發(fā)。室溫離子液體完全由離子組成，在離子液體中，雖然離子液體陰陽離子半徑較大，離子間的相對作用力較弱，但與其它分子溶劑相比，離子液體內部存在庫侖作用力大得多，一價的異號離子間的相互作用能最大可達100kJ/mol（這是水的10倍）。因此即使在較高溫度下，它們也不易揮發(fā)，可用于高真空體系，而且不污染環(huán)境。（4）穩(wěn)定性高。與傳統(tǒng)溶劑不同的是，大多數離子液體在溫度升高到某一特定值并不發(fā)生簡單的氣化而是發(fā)生分解。咪唑類離子液體熱穩(wěn)定性較高。（5）離子液體粘度大。常溫下，離子液體的粘度較常規(guī)有機分子溶劑的粘度大得多，一般在10~1000mPa·s之間，是水的幾十倍甚至幾百倍。（6）導電性良好。離子液體的室溫離子電導率一般在10^-3S/cm數量級。

目前我國多晶硅產業(yè)發(fā)展迅速，幾乎呈幾何級數發(fā)展態(tài)勢。然而，每生產1千克多晶硅將產生10～15千克四氯化硅，即使按目前國內最好的控制水平，生產1噸多晶硅也將產生8噸的四氯化硅，目前我國多晶硅生產規(guī)模已突破1萬噸/年，這就意味著每年至少有10萬噸的四氯化硅必須進行回收或處理。四氯化硅作為一種具有強腐蝕性的有毒有害液體，對人類健康和環(huán)境安全會產生極大的危害。一旦四氯化硅泄漏，據對土壤、植被、食品、水源等所造成的污染及殘留情況的監(jiān)測顯示，在污染源周圍15米內的土壤和植被中，四氯化硅的殘留相當嚴重。隨著我國多晶硅總產量的迅速提高，多晶硅生產中產生的最主要的副產物四氯化硅的安全和環(huán)保問題日益突出。所以，要消除多晶硅副產物四氯化硅所產生的危害，必須回收四氯化硅，并對四氯化硅資源化。

₄的回收技術：

國際上，當前四氯化硅副產物的綜合利用主要有兩個方向：一個方向是用四氯化硅作原材料生產其它化工產品，利用四氯化硅生產高附加值的白炭黑是目前國際上最為常用的途徑之一。在我國，多晶硅產業(yè)仍然處于初步階段，對于形成副產物加工回收還不成熟，大部分四氯化硅采取存儲方式處置。即便有少數利用四氯化硅投入其它化工生產，在加工過程中不可避免地還會產生新的副產物（如鹽酸），所以這種回收方式目前還有許多技術難題需要解決；另一個方向就是在多晶硅生產過程中把四氯化硅轉化為三氯氫硅再次投入生產，進行循環(huán)利用。

生產高附加值的氣相白炭黑：先將氫氣和氧氣經過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過濾等一系列回收后送入合成水解爐。同時將四氯化硅加熱蒸發(fā)，并以干燥、過濾后的空氣為載體，送至上述合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化（1000~1800℃），與一定量的氫和氧進行氣相水解反應生成二氧化硅。使用此法得到的二氧化硅呈氣相，且顆粒極細，易與氣體形成氣溶膠，所以需要將其在聚集器中先聚集成較大顆粒，收集后再送入脫酸爐脫酸，最后用含氮空氣吹洗至PH值為4～6即得成品。