一种用石英砂法制备四氟化硅的方法技术

本申请涉及四氟化硅的技术领域，更具体地说，它涉及一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，主要包括制备氟化氢、液化氟化氢、预混浸润、终混反应和洗涤净化五个步骤。本申请的制备方法使反应过程易控制，进而提高原料的转化率以获得高纯度的四氟化硅。

【技术实现步骤摘要】
一种用石英砂法制备四氟化硅的方法
本申请涉及四氟化硅的
，更具体地说，它涉及一种用石英砂法制备四氟化硅的方法。
技术介绍
四氟化硅(SiF4)，在多晶硅行业中主要用于制备硅烷，也可以用来处理干燥混凝土部件，改进混凝土的防水性、耐腐蚀性和耐磨性。高纯的四氟化硅更是电子工业中一种重要原料，被广泛应用于光纤、半导体和太阳能电池。目前，四氟化硅的制备方法主要有石英砂法和氟硅酸热解法。石英砂法是以硅源(如石英砂，主要成份为二氧化硅)和金属氟化物(如NaAlF4，CaF2等)为原料，在硫酸作用下生成四氟化硅。如申请公布号为CN101774587A的专利技术专利申请公开了一种石英砂制备四氟化硅的方法，其以二氧化硅、质量百分比浓度为96％-98％的硫酸和质量百分比浓度为80％-85％的氢氟酸为原料，三种成份一步法反应得到四氟化硅。针对上述中的相关技术，专利技术人发现该申请的反应过程难以控制，原料转化率低，其制得的四氟化硅的纯度最高为92.6％。由此，目前四氟化硅在制备时的纯度还有待进一步的提高。
技术实现思路
为了改善现有技术制备四氟化硅时产物纯度低的问题，本申请提供一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，使反应过程易控制，进而提高原料的转化率以获得高纯度的四氟化硅。本申请提供一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，采用如下的技术方案：一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，包括以下步骤：制备氟化氢：将金属氟化物投入氟化氢反应炉中，加入硫酸，所述硫酸的浓度≥96wt％，所述硫酸与所述金属氟化物的摩尔比为(3.6-5.0):1，于250-300℃反应3-5min，得到氟化氢气体；液化氟化氢：将所述氟化氢气体在冷凝器一中制为氟化氢液体；预混浸润：将二氧化硅和浓度≥92wt％的硫酸预混，所述二氧化硅与硫酸的质量比为1:(10-15)，制成二氧化硅预混料；终混反应：按质量比为2:1:(10-15)，将所述氟化氢液体、所述二氧化硅预混料和浓度≥92wt％的硫酸投入四氟化硅反应器中，在75-80℃的温度下，反应1.5-2h，收集反应产生的气体产物；洗涤净化：将所述气体产物在220-230℃的洗涤塔中用固体氟化剂洗涤，洗涤后的气体在(-70)-(-80)℃的冷凝器二中，收获液化的四氟化硅液体进行存储。通过采用上述技术方案，本申请由于采用金属氟化物与过量高浓度的硫酸反应得到氟化氢气体，减少了水分随着氟化氢气体被一同带出，由此直接获得干燥的氟化氢气体；随后本申请将氟化氢气体液化，利用液化的氟化氢与固态的二氧化硅和浓硫酸混合进行反应，其液固反应相对于气固反应更容易进行反应过程的控制，提高原料的转化率；其中二氧化硅先与浓硫酸预混浸润，有助于二氧化硅快速与氟化氢液体混匀，使得两者充分接触而反应完全；另外本申请采用浓度≥92wt％的硫酸能尽可能多地将反应产生的水加以吸收，减少六氟二甲硅醚等反应副产物的产生；最后本申请将反应产生的气体产物用固体氟化剂进行高温洗涤，该固体氟化剂能吸收气体产物中的水分同时将六氟二甲硅醚等反应副产物氟化为四氟化硅和氧气，再利用四氟化硅与氧气液化温度的差异将四氟化硅有效提纯，由此获得高纯度的四氟化硅。优选的，在所述制备氟化氢的步骤中，所述金属氟化物在炉温为300-340℃煅烧炉中煅烧活化3-5min后再投入所述氟化氢反应炉中。通过采用上述技术方案，金属氟化物按上述条件煅烧活化后能有效提高反应速率，增加氟化氢的转化率。优选的，在所述制备氟化氢的步骤中，所述硫酸的浓度为98wt％。通过采用上述技术方案，硫酸的浓度越高，其吸水效果越优异，而市售硫酸的最高浓度通常为98wt％，本申请直接用市售的硫酸，其不但能有效锁定氟化氢中的水分，以获得高纯度的四氟化硅，还能免去提高硫酸浓度的操作，进而能在一定程度上提高氟化氢的制备效率。优选的，在所述制备氟化氢的步骤中，所述金属氟化物为氟化钙，所述硫酸与所述氟化钙的摩尔比为(3.6-4.0):1。通过采用上述技术方案，硫酸与氟化钙的摩尔比为(3.6-4.0):1，该硫酸的添加量明显多于其反应用量(反应摩尔比1:1)，该过量的硫酸不但能促进两者快速反应，提高氟化氢气体的制备效率，还能直接对氟化氢气体中的水分有效吸附，获得干燥的氟化氢气体，进而有助于制备高纯度的四氟化硅。优选的，在所述制备氟化氢的步骤中，所述金属氟化物为四氟化铝钠，所述硫酸与所述四氟化铝钠的摩尔比为(4.5-4.8):1。通过采用上述技术方案，硫酸与四氟化铝钠的摩尔比为(4.5-4.8):1，该硫酸的添加量明显多于其反应用量(反应摩尔比2:1)，该过量的硫酸不但能促进两者快速反应，提高氟化氢气体的制备效率，还能直接对氟化氢气体中的水分有效吸附，获得干燥的氟化氢气体，进而有助于制备高纯度的四氟化硅。优选的，在所述液化氟化氢的步骤中，所述氟化氢气体的液化温度为-10℃。通过采用上述技术方案，在-10℃的温度下，氟化氢液体趋于稳定状态，而氟化氢液体中的水分会凝结为冰晶并浮于氟化氢液体表面，只需将冰晶滤除便可对氟化氢进一步提纯。优选的，在所述预混浸润的步骤中，所述二氧化硅过60-80目筛网。通过采用上述技术方案，二氧化硅的粒径会影响反应速率，选用过60-80目筛网的二氧化硅能促使反应较为平稳且有效地进行，方便操作人员对反应进行反应过程的控制，其制得的四氟化硅具有更高的纯度。优选的，在所述预混浸润和所述终混反应的步骤中，所述硫酸的浓度为92-95wt％。通过采用上述技术方案，硫酸浓度越高，其流动性则越小，本申请选用92-95wt％的硫酸不单能使二氧化硅较好地进行分散，还能有效减少反应制得的四氟化硅中的水分和副产物，因此将其作为优选。优选的，在所述洗涤净化的步骤中，所述固体氟化剂为三氟化锰。通过采用上述技术方案，三氟化锰为一种强氟化剂，其加热即能与六氟二甲硅醚等反应副产物作用生成四氟化硅，进而提高四氟化硅的纯度；以此同时，三氟化锰在热水中能稳定存在，避免自行分解产生其他气体杂质，在本申请使用三氟化锰能够获得纯度更高的四氟化硅，因此将其作为优选。优选的，在所述洗涤净化的步骤中，所述洗涤塔内设有U型管，所述固体氟化剂填充于所述U型管中，所述气体产物从U型管的一端通入，经所述固体氟化剂处理后从所述U型管的另一端排出。通过采用上述技术方案，气体产物中可能会携带一部分的水分，将固体氟化剂液态填充在U型管中，即便固体氟化剂受潮或发生液化，其仍能阻隔在U型管的中部，其对气体产物中的副产物进行氟化，其结构简单，但能对四氟化硅有效提纯，具有良好的实用性。附图说明图1是本申请实施例中用石英砂法制备四氟化硅的工艺图。图2是本申请实施例中用石英砂法制备四氟化硅的流程图。图中，1、氟化氢反应炉；2、冷凝器一；3、密封搅拌机；4、四氟化硅反应器；5、洗涤塔；6、冷凝器二。具体实施方式以下结合附图、实施例和对比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备氟化氢：将金属氟化物投入氟化氢反应炉(1)中，加入硫酸，所述硫酸的浓度≥96wt%，所述硫酸与所述金属氟化物的摩尔比为（3.6-5.0）:1，于250-300℃反应3-5min，得到氟化氢气体；/n液化氟化氢：将所述氟化氢气体在冷凝器一(2)中制为氟化氢液体；/n预混浸润：将二氧化硅和浓度≥92wt%的硫酸预混，所述二氧化硅与硫酸的质量比为1:（10-15），制成二氧化硅预混料；/n终混反应：按质量比为2:1:（10-15），将所述氟化氢液体、所述二氧化硅预混料和浓度≥92wt%的硫酸投入四氟化硅反应器(4)中，在75-80℃的温度下，反应1.5-2h，收集反应产生的气体产物；/n洗涤净化：将所述气体产物在220-230℃的洗涤塔(5)中用固体氟化剂洗涤，洗涤后的气体在（-70）-（-80）℃的冷凝器二(6)中，收获液化的四氟化硅液体进行存储。/n

【技术特征摘要】
1.一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备氟化氢：将金属氟化物投入氟化氢反应炉(1)中，加入硫酸，所述硫酸的浓度≥96wt%，所述硫酸与所述金属氟化物的摩尔比为（3.6-5.0）:1，于250-300℃反应3-5min，得到氟化氢气体；
液化氟化氢：将所述氟化氢气体在冷凝器一(2)中制为氟化氢液体；
预混浸润：将二氧化硅和浓度≥92wt%的硫酸预混，所述二氧化硅与硫酸的质量比为1:（10-15），制成二氧化硅预混料；
终混反应：按质量比为2:1:（10-15），将所述氟化氢液体、所述二氧化硅预混料和浓度≥92wt%的硫酸投入四氟化硅反应器(4)中，在75-80℃的温度下，反应1.5-2h，收集反应产生的气体产物；
洗涤净化：将所述气体产物在220-230℃的洗涤塔(5)中用固体氟化剂洗涤，洗涤后的气体在（-70）-（-80）℃的冷凝器二(6)中，收获液化的四氟化硅液体进行存储。


2.根据权利要求1所述的制备四氟化硅的方法，其特征在于：在所述制备氟化氢的步骤中，所述金属氟化物在炉温为300-340℃煅烧炉中煅烧活化3-5min后再投入所述氟化氢反应炉(1)中。


3.根据权利要求1所述的制备四氟化硅的方法，其特征在于：在所述制备氟化氢的步骤中，所述硫酸的浓度为98wt%。...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚勇，龚丽，杨友秀，龚本廷，
申请(专利权)人：浙江福陆工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33