使用氧气燃烧液体反应物制备二氧化硅的方法技术

本发明专利技术涉及制造二氧化硅的方法。提供能通过热氧化分解转化为ＳｉＯ↓［２］的不含卤素的含硅化合物液态原料，将该化合物转化为二氧化硅，从而形成细分散的无定形烟尘。该烟尘在转化和／或淀积部位汽化，在转化和／或淀积部位，通过用氧气、或氧气和如氮气的其它气体的混合物雾化该液体使其转化为二氧化硅。无定形烟尘淀积在接受器表面，在几乎淀积的同时或在淀积以后玻璃化成为熔凝二氧化硅玻璃体，如光导纤维预制品。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Process for producing silicon dioxide using oxygen combustion liquid reactant

The invention relates to a method for producing silicon dioxide. Provide by thermal oxidative decomposition into SiO down, halogen containing silicon compounds containing 2 liquid raw materials, the compound is converted into silica, thereby forming finely divided amorphous soot. The soot is vaporized at the conversion and / or deposition sites, and is converted to silica at the converted and / or deposited sites by atomizing the liquid by a mixture of oxygen, or oxygen, and other gases such as nitrogen. Amorphous soot is deposited on the receiver surface and becomes glass fused silica glass, such as optical fiber preforms, almost simultaneously at the same time after deposition or after deposition.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制备二氧化硅和二氧化硅预制品，具体而言，涉及由液态含硅化合物制备二氧化硅和二氧化硅预制棒的方法和设备。
技术介绍
本领域已知有许多涉及由气态反应物生产金属氧化物的方法。这类方法要求原料溶液，产生原料溶液的蒸汽(以后称作气态反应物)和将其和氧化剂输送到反应转化位置的装置，同时催化氧化和燃烧来产生被称作烟尘的细分散的球形集聚体的装置。这种烟尘可用许多方法收集在淀积收集器上，包括收集室到旋转心轴。这种烟尘可以同时或随后热处理形成高纯度的无孔隙的透明玻璃制品。该方法通常使用有独特的喷嘴和燃烧器排列的专门设备进行。开发这些方法的许多初始研究集中在如何制造熔凝二氧化硅块料。选择合适的原料是该项工作的重点。因此，当时确定能在100℃以下的温度产生200-300毫米汞柱(mmHg)蒸汽压的物质可用于制造这种熔凝二氧化硅块料。四氯化硅(SiCl4)的高蒸汽压表明它可用作生产烟尘的方便蒸汽源，并开始发现和使用了一系列相似的氯化物原料。虽然这些物质具有某些不合需要的化学性质，但正是这个因素主要决定了目前采用SiCl4、GeCl4、POCl3和BCl3。虽然如美国专利5,043,002和5,152,819中所述，将不含卤素的硅化合物用作制造熔凝二氧化硅玻璃的原料可避免生成HCl，但仍存在一些问题，特别是当要将该玻璃用于制造光导纤维和高纯度二氧化硅烟尘时。本申请人发现，在将汽化的聚烷基硅氧烷输送到燃烧器的过程中，高分子量物质会淀积在把气态反应物输送到燃烧器的管道内或在燃烧器内成凝胶状。这就降低了烟尘预制棒的淀积速度。然后将该烟尘预制棒玻璃化(consolidate)为可拉制成光导纤维的坯料。这也造成了坯料中的缺陷。由于坯料中受影响的部分，这种坯料会制成有缺陷的或不能使用的光导纤维。在待批专利申请08/767,653揭示了通过在转化部位输入液态硅氧烷原料、雾化该原料并将雾化了的原料转变为二氧化硅，可减少聚集缺陷。在转化部位将原料雾化的一种方式是在转化部位用如惰性气体的输送气体将液态原料气动或鼓风的方式雾化。所谓“气动”或“鼓风”雾化，并不是说必须使用空气作为雾化气体，雾化气体还可以是诸如氩、氮或氦的惰性气体、如甲烷的可燃性气体、氧、或这些气体的混合物。尽管使液态硅氧烷原料雾化可减少聚集缺陷，这样的液体输送系统仍有一定问题。例如，提高输送气体速度可产生较小的液滴，这样的液滴更易于在燃烧器火焰中蒸发和燃烧。较小的液滴是更合要求的，因为较大的液滴在烟尘形成的坯料表面会引起疣状缺陷(“疣”)。另外，较小的液滴可以更容易地被周围气体流所聚集，产生聚集得更好的淀积气流。另一方面，提高雾化气体速度会增加燃烧器火焰的湍动，这会降低烟尘的捕集速率，是产生被称作“蜥蜴皮肤”的烟尘物理缺陷的一个原因。蜥蜴皮肤是指烟尘坯料表面粗糙的术语。因此，希望能提供一种方法，其液体传递系统可产生含细小液滴聚集良好的淀积气流，但无需采用高的气体速度，因而燃烧器火焰中的湍动程度很低。专利技术概述本专利技术涉及制造二氧化硅的方法。一个实施方案中，液体，较好的是能热氧化分解转化为SiO2的不含卤素的含硅化合物直接提供给燃烧器的火焰，形成细分散的无定形烟尘。无定形烟尘可淀积在接受器表面，在接受器表面，与淀积几乎同时或淀积后，烟尘玻璃化成熔凝二氧化硅玻璃体。熔凝二氧化硅玻璃体可用于直接生产产品，或进一步处理，如形成光波导，如通过牵丝制造光导纤维，可参看标题为“聚烷基硅氧烷的提纯方法和制得的产品”的美国专利申请08/574,961中描述的最终用途，此专利的内容被引用作为参考。本专利技术还包括从液体，较好是不含卤素的含硅反应物形成二氧化硅的设备，它包括在操作中产生转化点火焰的燃烧器；将液体含硅化合物提供到火焰，通过热氧化分解使化合物转化为细分散的无定形烟尘的注料器；相对于所述燃烧器设置的接受体表面，让烟尘淀积在该接受体的表面上。本申请人发现，通过在二氧化硅生产过程中，向转化点输送液态硅氧烷原料，可以抑制上述问题。通过输送液态而不是气态的硅氧烷原料，可以防止硅氧烷原料的胶凝，因为可以避免硅氧烷原料处于蒸发器和蒸汽输送体系中的高温环境。这可以提高二氧化硅的产率和制得的二氧化硅的质量，还可以减少生产系统的维修要求。因此，本专利技术提供了通过将液态硅氧烷原料输送到转化点，抑制二氧化硅原料在二氧化硅生产过程中的胶凝的方法。由于可避免会促进形成麻烦的凝胶的蒸发器和蒸汽输送体系的高温环境，改善了二氧化硅的生产方法。硅氧烷原料以液态输送到转化点，直到恰在转化为无定形二氧化硅烟尘之前或同时才蒸发。然后无定形二氧化硅淀积在接受体表面。与淀积几乎同时或随后，烟尘玻璃化成熔凝二氧化硅玻璃体，通过拉丝，由熔凝二氧化硅玻璃体可以制造光波导纤维。本专利技术另一方面包括二氧化硅生产设备，它包括容纳硅氧烷液态原料的硅氧烷原料罐，将硅氧烷液态原料输送到注料器的硅氧烷原料输送管道。注料器将液态原料注入转化点，在燃烧器火焰中液态原料分解形成细分散的无定形二氧化硅烟尘，烟尘淀积在接受器表面。熔凝二氧化硅玻璃体除了液态硅氧烷原料外，可以掺有氧化物掺杂剂，在燃烧器火焰中引入能通过氧化或火焰水解转化为P2O5或金属氧化物的化合物，该金属氧化物的金属组分选自元素周期表IA、IB、IIA、IIB、IIIA、IIIB、IVA、VA和稀土族元素。由此制得的氧化物掺杂的熔凝二氧化硅玻璃如可拉制成光波导纤维。本专利技术的另一方面中，申请人发现通过在转化点用流动的氧气流来气动雾化液态硅氧烷原料，可以极大地减少坯料上的缺陷。因此，使用氧气作为气动雾化器的输送气体，可以制得更光滑和更高质量的熔凝二氧化硅坯料。附图简述附图说明图1是本专利技术反应物输送系统的方框图。图2是本专利技术由注射器向燃烧器火焰提供液态反应物的示意图。图3是本专利技术由转换器向燃烧器火焰提供液态反应物颗粒的示意图。图4是本专利技术装在燃烧器结构中的雾化器的示意图。专利技术详细描述图1示意地表示将液态硅氧烷原料和任选的提供掺杂的化合物输送到燃烧器10的一个系统。聚甲基环硅氧烷之类的液态硅氧烷原料先储存在原料罐11中。原料罐11通过液态原料输送管道系统与位于反应物引入部位的液态原料注料器15连接，如有必要，该液态原料输送管道系统可包括计量泵12、或可选用的过滤器13和预加热器14。所述的液态原料输送管道系统具有第一末端51和第二末端52。用泵12将罐11中的硅氧烷原料液体通过液态原料输送管道经过滤器13输送到可选用的预加热器14中。为基本上防止和抑制液体在预加热器14中挥发，经过过滤器13输送的液体处于足够的压力之下，若是使用预加热器14，这是为了在引入燃烧器10之前对液体反应物进行加热，同时该预加热器又能避免汽化器的高温，因为汽化器的高温一般会导致凝胶的形成。如美国专利4,165,223(D.R.Powers)所揭示的那样，通常较好向燃烧器供给内保护气体、外保护气体以及甲烷和氧气燃料混合物。该专利的内容参考结合于本专利技术中。液体反应物从可选用的过滤器13或预加热器14经过第二末端52输送到液体注料器15，注料器15将液体输送到燃烧器10中。注料器15中有将液体反应物以液体流或雾化液体颗粒形式直接输送到燃烧器10火焰中的装置。在讨论中，我们一般称反应物处于“液体”形式。我们用该术语所表示的是反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造二氧化硅的方法，该方法包括如下步骤：ａ）将液体硅氧烷原料以液体形式输送到转化部位；ｂ）用含氧气体输送硅氧烷原料，在靠近转化部位处使所述的液体硅氧烷原料雾化；ｃ）使所述雾化的硅氧烷原料转化成二氧化硅。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JL布莱克韦尔，富晓东，DW豪特，DR鲍尔斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]