一種硫酸石英砂閉環生產四氟化硅的方法技術

本發明專利技術公開一種用硫酸石英砂閉環生產四氟化硅的方法。將95%～98%的硫酸和氟化物按比例連續加到氟化氫反應轉爐中反應產生氟化氫氣體，反應溫度為280～360℃。取其中65%～95%的硫酸與二氧化硅粉末預混合。將混合物加到反應器中并攪拌，加入液態氟化氫反應生成四氟化硅氣體，溫度為50～100℃，時間為10～1000分鐘。將稀硫酸打到三氧化硫吸收塔，然后逐漸加入三氧化硫，與稀硫酸中的水分合成硫酸備用，所述硫酸和轉爐反應生成的氟化氫為循環使用，形成生產閉環。本發明專利技術采用三氧化硫平衡水，可以大大提高系統的可靠性。稀硫酸提濃和氟化氫殘液以及二氧化硅殘渣漿料的循環重復使用，形成了生產閉環，消除了對環境的影響，大大降低能源消耗，是一種節能減排的好方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及化合物的生產方法，尤其涉及。
技術介紹
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. 2V (1. 73X 105Pa)。四氟化硅在潮濕的空氣中因 水解而產生煙霧，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 化硅是電子工業的一種重要材料，廣泛用于光纖、半導體、和光伏電池生產。5)在硅烷制備 中需要大量的四氟化硅原料。在現有的技術中，已經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)質量分數大于97%、硅酸質量分數在— 3%的螢石和質量分 數大于98%的二氧化硅作原料，與質量分數大于95%的濃硫酸在100°C—300°C下反應，然 后使生成的混合氣體在反應體系循環，聯產四氟化硅和氟化氫。反應式如下 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 四氟化硅的工業化規模生產。2 )反應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)20」。影響四氟化硅的純度。2、六氟硅酸鹽一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生產四氟化硅(SiF4)的工藝， 先使磷礦石、水、Si02與濃硫酸反應，過濾后的濾液經減壓加熱分離出H2SiF6 ；然后用 Ca(OH)中和得到CaSiF6，再使過濾、干燥后的CaSiF6與濃硫酸反應生成SiF4經冷卻和 用A1203吸附除去副產的水和HF，得到高純SiF4，反應式如下CalO(P04)6F2+I0H2S04+20H20— 10CaS04+2H20+6H3P04+2HF (2) 6HF+Si02— H2SiF6+2H20 (3) H2SiF6+Ca (OH) 2— CaSiF6+2H20 (4) CaSiF6+H2S04— SiF4+CaS04+2HF (5)為減少四氟化硅(SiF4)中C02的含量，采用使用濃硫酸在50°C 150°C下用惰性氣體 鼓泡的方法將硫酸中C02減少到2 X 10-5 ml / g( H2S04)以下，然后用該硫酸作原料與 H2SiF6或金屬六氟硅酸鹽反應來制備四氟化硅(SiF4)。該方法的缺點和不足之處是1)反應過程比較復雜，副產物較多，因而成本也高。附近最好有磷肥廠配套，使副產物 能得到合理利用。一般很難達到這種條件。2)環保治理成本較高。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四氟化硅(SiF4)。為減少雜質的形成，在熱 解前，預先在低于于熱解溫度和小于2. 67 Ua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°C 520°C，K2 SiF6在430°C 550 V，BaSiF6在300°C 410 °C等。該熱處理步驟可代替氟硅酸鹽的脫水，用這種方法 生產的SiF4有高的純度和收率。在用熱解法生產SiF4時，爐壁易被腐蝕，熱解產物附于 爐壁而不易排出。為解決該問題，采用使金屬氟硅酸鹽與質量分數 20%的粒徑1 100 um的Si02和A1203混合，再于500°C 800 ！下熱解的方法來生產四氟化硅(SiF4)。 助劑的純度應大于99%，使用前預先干燥脫水。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，轉換率為50-60%，四氟化硅(SiF4)的得率低，因而生產成本較尚ο3 )裝置的產量低，不利于規模生產。考慮到現有技術的缺點，需要一種收率高，成本低并可以規模化生產的四氟化硅 (SiF4)生產方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術的不足，提供一種產率高，并可以有效降 低成本的硫酸石英砂閉環生產四氟化硅的方法。用硫酸石英砂閉環生產四氟化硅的方法的步驟如下1)將200 400重量份50 300目的氟化物和250 500重量份質量百分比濃度為 95% 98%的硫酸分別連續加到氟化氫反應轉爐的爐頭中進行反應產生氟化氫氣體，氟化 氫的反應溫度為280 360°C，氟化氫氣體從爐頭排出經過冷凝器后轉化成液態氟化氫收 集在氟化氫儲罐備用；2)將1000 1100重量份質量百分比濃度為65% 95%的硫酸與200 400重量份重 量份50 300目的二氧化硅粉末，進行預混合，得到二氧化硅硫酸混合物；3)將二氧化硅硫酸混合物加入到反應器中，在攪拌的同時，加入250 500重量份氟 化氫進行化學反應，反應時間為10 1000分鐘，反應溫度為50 100°C，得到四氟化硅氣 體，同時反應中水分不斷析出，并由硫酸吸收，二氧化硅殘渣在反應器中進行沉降，上層的 稀硫酸用泵抽到稀硫酸儲罐，二氧化硅殘渣漿料用泵抽到渣槽集中處理；4)將四氟化硅氣體通入冷卻器冷卻至20 25°C，然后壓縮進入儲氣罐；5)將稀硫酸儲罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提濃，然后逐漸加入質量百分比濃度 為98% 100%的三氧化硫，并與稀硫酸中的水分合成為硫酸，將稀硫酸提濃為65% 95%的 硫酸和95% 98%的硫酸備用；65% 95%的硫酸可作為反應器中的硫酸介質使用，95% 98%的硫酸作為氟化氫反應轉爐中硫酸原料使用。步驟1)所述的氟化氫轉爐反應溫度為300 340°C。步驟1)所述的氟化物為氟 化鈣、氟化鈉、氟化鋁或氟鋁酸鈉。步驟3)所述的四氟化硅反應溫度為65 85°C。步驟3)所述的四氟化硅反應時 間為100 600分鐘。步驟幻所述的加入到反應器中的氟化氫是液態的。步驟幻所述的 四氟化硅反應是批次式的。步驟幻所述的三氧化硫與稀硫酸中的水分合成的硫酸作為介質使用，在四氟化 硅反應器中吸收四氟化硅反應中生成的水和未反應完的氟化氫，實現水的完全平衡，形成 閉環生產。本專利技術不僅克服了成本高的問題，而且做到了產生的稀硫酸經過三氧化硫與水分 全部合成為濃硫酸，再次作為介質使用，在四氟化硅反應器中用于吸收四氟化硅反應中生 成的水和未反應完的氟化氫，實現水的完全平衡，也沒有多余的廢硫酸和廢氟化氫產生，形 成生產閉環。這樣做的好處還在于避免使用稀硫酸的濃縮裝置，因為稀硫酸中還含有一定 比例的氫氟酸，濃縮裝置不可以使用金屬材料，很容易被腐蝕，系統很不可靠。采用三氧化 硫平衡水，可以大大提高系統的可靠性。 稀硫酸提濃和氟化氫殘液以及二氧化硅殘渣漿料的循環重復使用，形成了生產閉 環，消除了對環景的影響，同時大大降低能源消耗，是一種節能減排的好方法。附圖說明圖1是硫酸石英砂閉環生產四氟化硅的方法工藝示意圖； 圖2是實施例1樣品經傅里葉紅外線測試儀純度的檢測圖譜； 圖3是實施例2樣品經傅里葉紅外線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種用硫酸石英砂閉環生產四氟化硅的方法，其特征在于它的步驟如下：１）將２００～４００重量份５０～３００目的氟化物和　２５０～５００重量份質量百分比濃度為９５％～９８％的硫酸分別連續加到氟化氫反應轉爐的爐頭中進行反應產生氟化氫氣體，氟化氫的反應溫度為２８０～３６０℃，氟化氫氣體從爐頭排出經過冷凝器后轉化成液態氟化氫收集在氟化氫儲罐備用；２）將１０００～１１００重量份質量百分比濃度為６５％～９５％的硫酸與２００～４００重量份重量份５０～３００目的二氧化硅粉末，進行預混合，得到二氧化硅硫酸混合物；３）將二氧化硅硫酸混合物加入到反應器中，在攪拌的同時，加入　２５０～５００重量份氟化氫進行化學反應，反應時間為１０～１０００分鐘，反應溫度為５０～１００℃，得到四氟化硅氣體，同時反應中水分不斷析出，并由硫酸吸收，二氧化硅殘渣在反應器中進行沉降，上層的稀硫酸用泵抽到稀硫酸儲罐，二氧化硅殘渣漿料用泵抽到渣槽集中處理；４）將四氟化硅氣體通入冷卻器冷卻至２０～２５℃，然后壓縮進入儲氣罐；５）將稀硫酸儲罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提濃，然后逐漸加入質量百分比濃度為９８％～１００％的三氧化硫，并與稀硫酸中的水分合成為硫酸，將稀硫酸提濃為６５％～９５％的硫酸和９５％～９８％的硫酸備用；６５％～９５％的硫酸可作為反應器中的硫酸介質使用，９５％～９８％的硫酸作為氟化氫反應轉爐中硫酸原料使用。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊建松，陳德偉，栗廣奉，耿金春，高平舟，
申請(專利權)人：浙江中寧硅業有限公司，
類型：發明
國別省市：33