採用迴轉窯製備四氟化矽的方法
2023-06-11 03:59:31
專利名稱：採用迴轉窯製備四氟化矽的方法
技術領域：
本發明涉及氟化工、矽化工等技術領域，特別涉及一種採用迴轉窯製備四氟化矽的方法。
背景技術：
四氟化矽是半導體與光纖加工應用中所使用的一 種電子專用氣體，是矽基半導體器件製造採用的離子注入法中的一種重要成份。四氟化矽在電子和半導體行業中主要用於氮化矽、矽化鉭等的蝕刻、P型摻雜劑及外延沉積擴散矽源等；還可用於製備電子級矽烷或矽。四氟化矽還可用作導纖維用高純石英玻璃的原料，它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，水泥及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。目前製備四氟化矽的工藝主要有以下幾種方法I、通過高純度的金屬矽與氟直接反應來製備四氟化矽，反應方程式如下Si+2F2 — SiF4由於此反應需要高純度的氟氣體，而氟氣體不易製得，所以，無法進行大規模生產。2、通過熱裂解六氟矽酸鹽來製備四氟化矽。3、石英砂與HF氣體反應的製造方法Si02+HF — SiF4+H204、瑩石、石英砂及硫酸反應的製造方法2CaF2+Si02+H2S04 — SiF4+2CaS04+2H20採用上述方法進行工業化生產時所用的能耗高，且得到產品的回收率低，且純度差。
發明內容
本發明的目的是克服上述不足之處提供一種採用迴轉窯製備四氟化矽的方法。該方法穩定可靠，可進行連續化大生產。本發明是通過以下方式實現的一種採用迴轉窯製備四氟化矽的方法包括以下步驟I)預反應將氟矽酸鈉與硫酸預反應，氟矽酸鈉與硫酸的進料重量比為I I. I 1，溫度為Iio 120°C之間，氟矽酸鈉的轉化率為30 50% ；2)在迴轉窯中反應將預反應後的氟矽酸鈉漿料送入迴轉窯中，迴轉窯窯內壓力-2 -5Kpa，窯內由前向後三段分為反應區、乾燥區、二次乾燥區，分別控制溫度在160 190°C>191 220°C、221 250°C ；3)分離將在迴轉窯中反應產生的混合氣體進行分離。在步驟「2) 」中，控制迴轉窯轉速2 3轉/min，迴轉窯斜度O. 04 O. 05，物料總停留時間控制為2 3h。
該方法中所述的硫酸的濃度優選為99. 5% 100%。在預反應之前，在溫度100 130°C的條件下，將氟矽酸鈉原料乾燥至含水量(O. 5%，能相對減少消耗的發煙酸用量；另外，預反應控制原料氟矽酸鈉的轉化率在30 50%之間後再向迴轉窯中輸送使得總能耗顯著降低。反應後得到的含四氟化矽的混合氣體再經除塵、壓縮、冷凝後送深冷塔進行分離，分離後所得四氟化矽依次經95%硫酸、98%硫酸兩級淨化。本發明採用的迴轉窯在窯體內側或外側由前向後分三段設置可分別控溫的保溫夾套。迴轉窯反應區的前端內側襯有25 30mm厚的奧氏體鋼，鋼長度為I. 5 2m。迴轉窯體內還可以設有內返料裝置，可以減少腐蝕，增加停留時間。本發明採用的基本原理是 Na2SiF6+H2S04 — Na2S04+H2SiF6H2SiF6 — 2HF+SiF4與現有技術比較本發明的有益效果I)本發明採用迴轉窯作為反應設備進行氟矽酸鈉與硫酸進行反應，原料可採用的磷肥廠的副產物氟矽酸鈉，且裝置主要固廢硫酸鈉仍可被磷肥廠回收用來生產氟矽酸鈉；2)由於工藝過程無水產生，本發明對材質的要求不苛刻，整個分離系統使用碳鋼材質即可，無需廢酸濃縮裝置，大大節省了裝置投置。3)本發明方法無難處理的三廢。僅產生的少量酸性水，用弱鹼中和後可送廢水處理裝置進行處理，主要副產品硫酸鈉由磷肥廠回收。4)本發明設計三段式加熱方式使得原料反應充分，並且四氟化矽回收率為95%以上，同時能顯著降低能耗，比常規製備四氟化矽的方法能量消耗減少10%以上。
圖I為迴轉窯示意圖。圖中，I為反應區,2為乾燥區,3為二次乾燥區,4為保溫夾套,5為奧氏體鋼。
具體實施例方式下面結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的實施例以及說明用來解釋本發明內容，但並不作為對本發明的限定。實施例II)在爐溫100 130°C的條件下，將氟矽酸鈉原料進行乾燥，乾燥出來的含水氣體用鹼吸收送廢水處理裝置處理，乾燥過的氟矽酸鈉通過皮帶機送往氟矽酸鈉漏鬥；控制乾燥後的氟矽酸鈉中的含水< O. 5% ;2)98%硫酸、105%硫酸與回收的95 %硫酸以過流量計計量，配成濃度為99. 5% 100%的硫酸後，進入混酸貯罐；3)氟矽酸鈉由漏鬥經過皮帶稱重(精度要求0.2 % 0.25% )後送入捏合機中與由混酸罐來的99. 5% 100%的硫酸預反應，氟矽酸鈉與硫酸的進料比控制在I I. I I ;為使氟矽酸鈉與硫酸在捏合機中的轉化率在30 50%，控制溫度在110 120°C之間。
4)在捏合機中預反應後的氟矽酸鈉漿料進入迴轉窯中。迴轉窯採用國內普遍使用的φ 3m*30m的迴轉窯，迴轉窯採用三段式保溫夾套4進行加熱，迴轉窯由前向後保溫夾套的控制溫度分別在260 290°C、291 320°C、321 350°C，對應窯體內分為反應區I、乾燥區2和二次乾燥區3，溫度分別控制在160 190°C、191 220°C、221 250°C。控制窯內壓力-2 -5Kpa，轉窯轉速2 3轉/min，轉窯斜度為O. 04 O. 05，物料總停留時間控制在2 3h。迴轉窯體內設有內返料裝置，迴轉窯反應區I前端內側襯有25 30mm厚的奧氏體鋼5，鋼長度 為I. 5 2m。經迴轉窯反應產生的含四氟化矽的混合氣體中，HF的質量百分含量為27%，四氟化矽的質量百分含量為72%，HF的回收率為96%，四氟化矽的回收率為98%。5)在迴轉窯反應後產生的含四氟化矽的混合氣體經常規的除塵、壓縮、冷凝處理後送深冷塔進行分離，塔釜得AHF成品，塔頂得純度99. 7%的四氟化矽成品。四氟化矽再依次經濃度為95%硫酸、98%硫酸兩級淨化，得到純度為99. 9%四氟化矽成品，硫酸送混酸崗位加入濃度為105%硫酸配成濃度為99. 5% 100%硫酸，硫酸鈉可經過皮帶機送包裝崗位進行包裝。經實施例方法製備所得四氟化矽成品的質量指標見表1，AHF成品的質量指標見表2 :表I
序號I指標名稱質量分數^
四氟化矽(SiF4)^ 99. 7%
2ΨΗ^ O. 1%
3二氧化硫SS 0.01%
~ 二氧化碳SS 0.06%
5WMsS 0.01%
6氟化氫< O. I %
~其它(H2\SiF3) ^ 0.02%表2
序號I指標名稱質量分數^
權利要求
1.一種採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 1)預反應將氟矽酸鈉與硫酸預反應，氟矽酸鈉與硫酸的進料重量比為I I.I 1，溫度為110 120°c之間，氟矽酸鈉的轉化率為30 50% ； 2)在迴轉窯中反應將預反應後的氟矽酸鈉漿料送入迴轉窯中，迴轉窯窯內壓力-2 _5Kpa，窯內由前向後三段分別控制溫度在160 190°C、191 220°C、221 250 0C ； 3)分離將在迴轉窯中反應產生的混合氣體進行分離。
2.根據權利要求I所述的採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，其特徵在於在步驟「2)」中，控制迴轉窯轉速2 3轉/min，迴轉窯斜度O. 04 O. 05，物料總停留時間控制為2 3h。
3.根據權利要求I所述的採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，其特徵在於該方法中所述的硫酸的濃度為99. 5% 100%。
4.根據權利要求I所述的採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，其特徵在於在預反應之前，在溫度100 130°C的條件下，將氟矽酸鈉原料乾燥至含水量彡O. 5%。
5.根據權利要求I所述的採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，其特徵在於將混合氣經除塵、壓縮、冷凝後送深冷塔進行分離。
6.根據權利要求5所述的採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，其特徵在於分離後所得四氟化娃依次經95 %硫酸、98 %硫酸兩級淨化。
7.—種權利要求I所述的製備四氟化矽的方法採用的迴轉窯，其特徵在於該迴轉窯在窯體內側或外側由前向後分三段設置可分別控溫的保溫夾套。
8.根據權利要求7所述的製備四氟化矽的方法採用的迴轉窯，其特徵在於該迴轉窯反應區前端內側襯有25 30mm厚的奧氏體鋼。
全文摘要
本發明公開了一種採用迴轉窯製備四氟化矽的方法，該方法是將氟矽酸鈉與硫酸預反應後送入迴轉窯中進一步反應，迴轉窯窯內壓力-2～-5Kpa，窯內由前向後三段分別控制溫度在160～190℃、191～220℃、221～250℃，反應完成後，將四氟化矽與HF混合氣分離。本發明將氟矽酸鈉與硫酸採用迴轉窯作為反應設備進行反應，原料可採用的磷肥廠的副產物氟矽酸鈉，且裝置主要固廢硫酸鈉仍可被磷肥廠回收用來生產氟矽酸鈉；本發明通過設計三段式加熱方式，使得原料充分反應。另外，全過程無難處理的三廢，無需廢酸濃縮裝置，大大節省了裝置投入。
文檔編號C01B33/107GK102976337SQ20111025817
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者汪小華, 曾憲相, 吳震 申請人:新浦化學(泰興)有限公司