一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法技术

一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，属于精细化工技术领域；制备方法：(1)将多晶硅切片产生的硅粉，洗去盐分，自然风干；(2)将风干后的硅粉滤饼采用微波干燥；(3)将氯化炉升温，当炉温≥500℃，将硅粉加入，并通入氯气；当氯化炉温度≥1150℃时，同时向炉内加入硅粉、氧化物和石油焦粉，持续通入氯气，控制炉温和床层压力，进行加碳氯化反应，反应过程要连续加料；(4)当床层压力≥15kpa、炉温≤1140℃、且持续时间超过20分钟时，将未反应的物料从排渣管排出，之后继续进料维持连续反应；每小时分析尾气中CO、CO2、Cl2含量，监控炉温及时调整配比，稳定运行可以连续生产四氯化硅。

A method of producing silicon tetrachloride with polysilicon chip silicon powder

【技术实现步骤摘要】
一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法
本专利技术属于精细化工
，涉及一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法。
技术介绍
此前气相法白炭黑或生产多晶硅的企业多采用工业硅作原料氯化生产四氯化硅或三氯氢硅。生产白炭黑的企业用工业硅生产四氯化硅成本高，缺乏竞争能力亏损，造成企业大面积停产。气相法白炭黑企业只有利用硅烷生产的副产品才有效益，现如今面临原料短缺的困境。所以急需开发一种无污染、成本低的生产四氯化硅的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，该方法是无污染，资源化利用废物，成本低的绿色制造技术；为气相法白炭黑、光纤和多晶硅产业的高质量发展，节能减排做贡献；多晶硅切片硅粉代替工业硅做氯化原料，并添加石英粉同步进行加碳氯化反应可以使四氯化硅的生产成本减低1800元，采用此项技术年生产15000吨四氯化硅可降低成本2700万元。本专利技术的一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，包括如下步骤：步骤1、原料的准备：将多晶硅切片产生的硅粉，用隔膜压滤机洗去硅粉中的盐分，洗涤方式为去离子水逆流洗涤若干次，固液分离，滤饼装入吨袋，入库自然风干；步骤2、硅粉的干燥：将风干后的硅粉滤饼采用微波干燥，控制温度≤130℃，控制水分≤0.1％；微波干燥需要隔绝空气；步骤3、硅粉氯化：(1)将氯化炉升温，当炉温为500～800℃，将干燥后的硅粉从氯化炉第一加料口加入，硅粉量控制为0.5～1.5kg/h；并持续通入氯气，根据硅粉加入量来计算氯气的通入量；(2)持续通入氯气和以0.5～1.5kg/h加入量加入硅粉，当氯化炉温度升至1150℃时，持续向炉内加入反应物；反应物为硅粉、氧化物和石油焦粉，反应物硅粉和氧化物的重量比为1:(1～7),氧化物与石油焦重量比为1:(0.25～0.5)；(3)使炉温控制在1150～1200℃，床层压力控制在≤15kpa，持续通入氯气，保证加入的氧化物与石油焦进行加碳氯化反应；生成的SiCl4、CO、CO2为气相，从出口排出；每小时分析尾气中CO、CO2、Cl2含量，及时调整配比，连续加料保持稳定运行。所述步骤1中多晶硅切片产生的硅粉主成分是单质硅，干基硅含量＞75％。所述步骤1中洗去盐分的硅粉干基单质硅量≥89.1％，可以直接使用工业硅粉氯化。所述步骤3(1)中利用硅粉放出的热量来提升炉内温度，硅粉的加入量为0.5～1.5kg/h。所述步骤3(2)中氧化物选石英砂粉、氧化铝粉，二氧化锆、锆英砂中的一种。所述步骤3(2)中硅粉从第一加料口加入，氧化物和石油焦粉从第二加料口加入；大型化装置也可以氧化物和石油焦粉从第一加料口加入。所述步骤3(2)中加入的石油焦粒度为氧化物粒度的1.25～3.5倍，加入的碳按理论计算的1.1～2.0倍。所述步骤3(2)中，氧化物中的石英粉加入量为硅粉的1～2倍。所述步骤3(3)中，为使炉温控制在1150～1200℃可在反应物硅粉设定值的基础上增加硅粉加入量，增加量为反应物硅粉质量的1～10％；当床层压力>15kpa，反应物硅粉增加量达到反应物硅粉量的10％后，炉温≤1140℃后仍有下降趋势且持续时间超过20分钟时，将未反应的物料从排渣管排出；使床层压力控制在≤15kpa,继续运行。上述多晶硅切片硅粉生产四氯化硅，利用的装置为氯化炉；氯化炉整体可分为扩大段和反应段；其中扩大段分为上部扩大段和中部的渐扩段；上部扩大段为圆柱形，中部渐扩段为圆锥形；上部扩大段的顶部设有测温孔、测压口和炉气出口；上部扩大段的侧部设有第二加料口和测温孔；中部的渐扩段与反应段相连；反应段为圆柱形，反应段侧部设有第一加料口、上下两个测温孔；反应段中部设有通入氯气的筛板，在筛板上布置多个通氯管；反应段的最底部为氯气分配室和排渣管；氯气分配室设有通氯气口；在反应段筛板中心设计有排渣管，穿过氯气分配室伸出炉外。其中使用上述氯化炉生产四氯化硅的流程为：将氯化炉升温，当炉温≥500℃，将干燥后的硅粉从第一加料口加入，从通氯气口通入氯气；当测温管显示氯化炉温度≥1150℃时，将干燥后的硅粉从氯化炉下部第一加料口加入、氧化物和石油焦粉从第二加料口加入，使炉温控制在1150～1200℃，床层压力控制在10～15kpa，生成的SiCl4、CO、CO2为气相，从炉气出口排出；当测压口显示床层压力≥15kpa、测温管显示炉温≤1140℃、且持续时间超过20～30分钟时，将未反应的物料从排渣管排出，之后继续进料维持连续反应；每小时分析尾气中CO、CO2、Cl2含量，及时调整配比，运行72小时后停止加料。上述方法得到的四氯化硅经过精制可作为生产气相法白炭黑、光纤和多晶硅的原料，是实现多晶硅切片产生的废硅粉资源化利用，环保无废物，低成本具有竞争力的绿色制造技术。本专利技术采用多晶硅切片产生的硅粉直接进行氯化生产四氯化硅，原料充分价格低廉，废物利用无污染，成本低具有很强的竞争能力，有助于气相法白炭黑、光纤和多晶硅产业高质量发展。硅粉与氯气反应生成四氯化硅是放热反应，本制备方法的步骤3中氯气通入量根据Si(s)+2Cl2(g)＝SiCl4(g)方程式计算得出，△G0＝-142200+28.4T，在500℃时放热502.6kJ/mol，反应物和产物的温度迅速的上升到1500℃以上，如不迅速引热保护炉衬和装置不被腐蚀就会出现危险发生事故。本专利是及时向了氯化炉内加入氧化物吸热，进行同步氯化反应。在氯化炉内建立碳层蓄热有利于石油焦和氧化物充分接触换热并完成氯化反应；石英粉加碳的氯化反应自由能为△G0＝-750-33.65T是一个吸热反应，在1250℃时才有足够的反应速度；硅粉反应放出大量的热使氯化炉迅速提温，吸收硅粉反应热保护炉衬和装置能够安全稳定运行，保证氯化炉的使用寿命，增加氯化炉的产能；为保证氯化炉的安全、不被腐蚀的辅助措施是氯化炉表面强化喷水散热或夹套水冷换热；以此技术实现热交换连续进行氯化反应，装置不用外加热系统，生产能力大，运行安全。本专利技术方法，在硅粉氯化过程中加入0.5～1.5kg/h硅粉是为了将氯化炉升温，当温度上升至1150～1200℃时，持续通入氯气，加入反应物：硅粉、氧化物和石油焦粉来进行氯化反应；在此过程中，硅粉增加范围为设定值的1～10％实现控制温度在1150～1200℃。本专利技术的一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，与现有技术相比，有益效果为：(1)硅粉从氯化炉下部加入进入反应段氯化反应放热，与参加反应的物料充分接触实现热能的有效利用，氯化炉无需设计外加热装置；(2)添加适量颗粒大的石英砂颗粒或石油焦颗粒在反应区建立密相段即碳层，增大炉内的固体颗粒的占有空间减少孔隙率，使石英石粉有充分时间进行吸收硅粉氯化的反应热，提高炉料温度发生加碳氯化反应，从而提高石英粉的氯化率；(3)石英粉吸收硅粉反应放热进行同步氯化反应，控制反应温度保护炉衬。附图说明图1本专利技术用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的氯化炉结构示意图。具体实施方式实施例中添加的石英粉重量为硅粉的2倍，实施例1～5使用的原料成分如下所示：多晶硅粉：Si：89.19％，SiO2:4.28％，AlCl3:3.41％，Fe2O3:0.0039％，CaO:0.03％，C：2.34％，余量：杂质；石英粉：Si：9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、原料的准备：将多晶硅切片产生的硅粉，用隔膜压滤机洗去硅粉中的盐分，洗涤方式为去离子水逆流洗涤若干次，固液分离，滤饼装入吨袋，入库自然风干；步骤2、硅粉的干燥：将风干后的硅粉滤饼采用微波干燥，控制温度≤130℃，控制水分≤0.1％；微波干燥需要隔绝空气；步骤3、硅粉氯化：(1)将氯化炉升温，当炉温为500～800℃，将干燥后的硅粉从氯化炉第一加料口加入，硅粉量控制为0.5～1.5kg/h；并持续通入氯气，根据硅粉加入量来计算氯气的通入量；(2)持续通入氯气和以0.5～1.5kg/h加入量加入硅粉，当氯化炉温度升至1150℃时，持续向炉内加入反应物；反应物为硅粉、氧化物和石油焦粉，反应物硅粉和氧化物的重量比为1:(1～7),氧化物与石油焦重量比为1:(0.25～0.5)；(3)使炉温控制在1150～1200℃，床层压力控制在≤15kpa，持续通入氯气，保证加入的氧化物与石油焦进行加碳氯化反应；生成的SiCl4、CO、CO2为气相，从出口排出；每小时分析尾气中CO、CO2、Cl2含量，及时调整配比，连续加料保持稳定运行。...

【技术特征摘要】
1.一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、原料的准备：将多晶硅切片产生的硅粉，用隔膜压滤机洗去硅粉中的盐分，洗涤方式为去离子水逆流洗涤若干次，固液分离，滤饼装入吨袋，入库自然风干；步骤2、硅粉的干燥：将风干后的硅粉滤饼采用微波干燥，控制温度≤130℃，控制水分≤0.1％；微波干燥需要隔绝空气；步骤3、硅粉氯化：(1)将氯化炉升温，当炉温为500～800℃，将干燥后的硅粉从氯化炉第一加料口加入，硅粉量控制为0.5～1.5kg/h；并持续通入氯气，根据硅粉加入量来计算氯气的通入量；(2)持续通入氯气和以0.5～1.5kg/h加入量加入硅粉，当氯化炉温度升至1150℃时，持续向炉内加入反应物；反应物为硅粉、氧化物和石油焦粉，反应物硅粉和氧化物的重量比为1:(1～7),氧化物与石油焦重量比为1:(0.25～0.5)；(3)使炉温控制在1150～1200℃，床层压力控制在≤15kpa，持续通入氯气，保证加入的氧化物与石油焦进行加碳氯化反应；生成的SiCl4、CO、CO2为气相，从出口排出；每小时分析尾气中CO、CO2、Cl2含量，及时调整配比，连续加料保持稳定运行。2.根据权利要求1所述的一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，其特征在于，所述步骤1中多晶硅切片产生的硅粉主成分是单质硅，干基硅含量＞75％。3.根据权利要求1所述的一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，其特征在于，所述步骤1中洗去盐分的硅粉干基单质硅量≥89.1％，可以直接使用工业硅粉氯化。4.根据权利要求1所述的一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，其特征在于，所述步骤3(1)中利用硅粉放出的热量来提升炉内温度，硅粉的加入量为0.5～1.5kg/h。5.根据权利要求1所述的一种用多晶硅切片硅粉生产四氯化硅的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长河，薛庆山，韩志强，
申请(专利权)人：锦州中特电炉有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21