一種用氟矽酸鈣製備四氟化矽的方法
2023-06-11 03:59:21
專利名稱：一種用氟矽酸鈣製備四氟化矽的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備四氟化矽的方法，尤其是涉及一種以水合氟矽酸鈣為原料製備四氟化矽的方法。
背景技術：
四氟化矽，分子式為SiF4,在電子和半導體行業中應用廣泛。主要用於氮化矽、矽化鉬等的蝕刻劑、P型摻雜劑、外延沉積擴散矽源等，還可用於製備電子級矽烷或矽。四氟化矽還可用作光導纖維用高純石英玻璃的原料，其在高溫火焰中水解可產生具有高比表面積的熱沉二氧化矽。此外，四氟化矽還廣泛用於製備太陽能電池，氟矽酸和氟化鋁，化學分析用氟化劑，油井鑽探、鎂合金澆鑄用催化劑、蒸燻劑、水泥和人造大理石的硬化劑以及有機矽化合物的合成材料等方面。現有的四氟化矽的製備方法主要有硫酸法、氟矽酸法、氫氟酸法、氟矽酸鈉法。硫酸法採用硫酸、螢石、二氧化矽高溫反應，腐蝕嚴重、能耗高，生產的四氟化矽氣體中易含矽氧烷等雜質，在精製四氟化矽過程中不易除去，同時還副產含氟廢渣；氟矽酸法由氟矽酸和濃硫酸反應而得，使用硫酸對設備腐蝕嚴重，還副產含氟廢液；中國發明專利名稱為一種四氟化矽的製備方法(公開號為CN101481113)，公開了用氟矽酸與氧化鎂反應10-60分鐘，再在25-55°C下氣鼓動1-3小時，最後在200-300°C下煅燒1_2小時得到四氟化矽，減輕了對設備的腐蝕，但是該方法中氧化鎂較稀缺，較貴，用氧化鎂製備四氟化矽成本較高，且四氟化矽收率相對較低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種生產工藝簡單、節能、環保、低成本、產品純度高的四氟化矽的製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種四氟化矽的製備方法，以水合氟矽酸鈣為原料，包括以下步驟
(1)脫水將水合氟矽酸鈣預熱後送入脫水反應器，在壓力為0.05 0. 5MPaG，溫度為 100-220°C的條件下，乾燥60 150min，得到水份含量低於1. 5wt%的固體粉末狀的六氟矽酸鈣；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟矽酸鈣送入中間儲罐，將四氟化矽氣體充入中間儲罐除去六氟矽酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然後送入裂解反應器，在壓力為0. 05 0. 5MPaG，溫度為220-400°C的條件下，熱解60 150min，得到四氟化矽粗產品和氟化鈣；
(3)純化將步驟(2)得到的四氟化矽粗產品冷卻到50 100°C後，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化矽中所含的水分，得到純度大於99%的四氟化矽產品。步驟(1)中將所述的預熱溫度為60°C 100°C。步驟(1)中水合氟矽酸鈣脫水最佳操作條件為溫度170°C，乾燥時間90min。步驟(2)中六氟矽酸鈣熱解熱解最佳操作條件為溫度380°C，熱解時間80min。
將步驟(2)得到的氟化鈣送入氟化鈣冷卻器並將氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用於預熱原料水合氟矽酸鈣，將氟化鈣冷卻到50°C後得到氟化鈣產品。本發明的反應式為CaSiFi,· ^ILO^CaSii·,, +L'iLO CaSiF6 ι；；；；；......;·ρ· SiF4 +CaF2 0與現有技術相比，本發明的優點在於本發明採用水合氟矽酸鈣為原料， 經100-220 V乾燥脫水60 150min，得到含水量低於1. 5wt%的六氟矽酸鈣，然後在 220-4000C的條件下，熱解60 150min後經提純得到四氟化矽，此方法工藝過程簡單，節能、環保、設備腐蝕輕，生產成本降低，而且生產得到的氟化矽產品純度高。將氟化鈣送入氟化鈣冷卻器並將氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用於預熱原料水合氟矽酸鈣，將氟化鈣冷卻到50°C後得到氟化鈣產品，可提高能量利用效率，實現產品的綜合利用。
圖1為本發明實施例3的工藝流程圖。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例1
本發明一種四氟化矽的製備方法，以水合氟矽酸鈣為原料，包括以下步驟
(1)脫水將水合氟矽酸鈣預熱後送入脫水反應器，在壓力為0.05 MPaG，溫度為100°C 的條件下，乾燥150min，得到水份含量為1. 5wt%的固體粉末狀的六氟矽酸鈣，該六氟矽酸鈣從脫水反應器底部排出，脫水反應器頂部排出分解產生的水蒸氣和少量固體顆粒，經旋風除塵器除塵後冷卻得到冷凝水；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟矽酸鈣送入中間儲罐，將四氟化矽氣體充入中間儲罐除去六氟矽酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣(其中四氟化矽充入量為保證所述的六氟矽酸鈣的空氣含量低於lOOppm，)，然後送入裂解反應器，然後送入裂解反應器，在壓力為 0. 05 MPaG，溫度為220°C的條件下，熱解150min，得到四氟化矽粗產品和氟化鈣；
(3)純化將步驟(2)得到的四氟化矽粗產品冷卻到50°C後，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化矽中所含的水分，得到純度大於99%的四氟化矽產品。實施例2
本發明一種四氟化矽的製備方法，以水合氟矽酸鈣為原料，包括以下步驟
(1)脫水將水合氟矽酸鈣預熱到60°C後送入脫水反應器，在壓力為0.2 MPaG，溫度為 170°C的條件下，乾燥90min，得到水份含量為1. 5wt%的固體粉末狀的六氟矽酸鈣，該六氟矽酸鈣從脫水反應器底部排出，脫水反應器頂部排出分解產生的水蒸氣和少量固體顆粒， 經旋風除塵器除塵後冷卻得到冷凝水；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟矽酸鈣送入中間儲罐，將四氟化矽氣體充入中間儲罐除去六氟矽酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然後送入裂解反應器，然後送入裂解反應器，在壓力為0. 2 MPaG，溫度為380°C的條件下，熱解80min，得到四氟化矽粗產品和氟化鈣；(3)純化將步驟(2)得到的四氟化矽粗產品冷卻到50°C後，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化矽中所含的水分，得到純度大於99%的四氟化矽產品。
實施例3
本發明一種四氟化矽的製備方法，以水合氟矽酸鈣為原料，包括以下步驟(如圖3所
示)
(1)脫水將水合氟矽酸鈣經氟化鈣冷卻器預熱到100°c後送入脫水反應器，在壓力為 0. 5MPaG,溫度為220°C的條件下，乾燥60min，得到水份含量為1. 5wt%的固體粉末狀的六氟矽酸鈣，該六氟矽酸鈣從脫水反應器底部排出，脫水反應器頂部排出分解產生的水蒸氣和少量固體顆粒；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟矽酸鈣送入中間儲罐，將四氟化矽氣體充入中間儲罐除去六氟矽酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然後送入裂解反應器，然後送入裂解反應器，在壓力為0. 5MPaG，溫度為400°C的條件下，熱解60min，得到四氟化矽粗產品和氟化鈣；
(3)純化將步驟(2)得到的四氟化矽粗產品冷卻到50°C後，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化矽中所含的水分，得到純度大於99%的四氟化矽產品；
(4)將步驟(2)得到的氟化鈣送入氟化鈣冷卻器並將氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用於預熱原料水合氟矽酸鈣，將氟化鈣冷卻到50°C後得到氟化鈣產品。
權利要求
1.一種四氟化矽的製備方法，以水合氟矽酸鈣為原料，其特徵在於包括以下步驟(1)脫水將水合氟矽酸鈣預熱後送入脫水反應器，在壓力為0.05 0. 5MPaG，溫度為 100-220°C的條件下，乾燥60 150min，得到水份含量低於1. 5wt%的固體粉末狀的六氟矽酸鈣；(2)熱解將步驟(1)得到的六氟矽酸鈣送入中間儲罐，將四氟化矽氣體充入中間儲罐除去六氟矽酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然後送入裂解反應器，在壓力為0. 05 0. 5MPaG，溫度為220-400°C的條件下，熱解60 150min，得到四氟化矽粗產品和氟化鈣；(3)四氟化矽提純將步驟(2)得到的四氟化矽粗產品冷卻到50 100°C後，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去水分，得到純度大於99%的四氟化矽產品。
2.根據權利要求1所述的一種四氟化矽的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述的預熱溫度為60°C 100°C。
3.根據權利要求1所述的一種四氟化矽的製備方法，其特徵在於步驟(1)中水合氟矽酸鈣乾燥脫水最佳條件為溫度170°C，乾燥時間90min。
4.根據權利要求1所述的一種四氟化矽的製備方法，其特徵在於步驟(2)中六氟矽酸鈣熱解熱解最佳條件為溫度為380°C，熱解時間80min。
5.根據權利要求1所述的一種四氟化矽的製備方法，其特徵在於將步驟(2)得到的氟化鈣送入氟化鈣冷卻器，將所述的氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用於預熱原料水合氟矽酸鈣，將所述的氟化鈣冷卻到50°C後得到氟化鈣產品。
全文摘要
本發明一種四氟化矽的製備方法，以水合氟矽酸鈣為原料，特點是包括以下步驟將水合氟矽酸鈣預熱到60～100℃後，在壓力為0.05～0.5MPaG，溫度為100～220℃的條件下，乾燥60～150min得到水份含量低於1.5wt%的固體粉末狀的氟矽酸鈣的步驟；將氟矽酸鈣送入中間儲罐，然後送入裂解反應器，在壓力為0.05～0.5MPaG，溫度為220-420℃的條件下，熱解60～150min，得到四氟化矽粗產品的步驟；將四氟化矽粗產品送入硫酸洗滌塔，洗滌除去水分得到純度可達99%的四氟化矽產品的步驟，其優點是，工藝過程簡單，減輕了對設備的腐蝕，節能、環保、低成本，提高了四氟化矽的純度。
文檔編號C01B33/107GK102390835SQ20111023700
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者王宇光, 苗延軍, 谷新春, 陳巖, 馬文華 申請人:化學工業第二設計院寧波工程有限公司