生产四氟硅烷的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过用硫酸分解六氟硅酸生产四氟硅烷的方法，其包括：于第一反应器中在浓硫酸中分解六氟硅酸以生成ＳｉＦ↓［４］和ＨＦ、并且将由此形成的ＳｉＦ↓［４］取出的步骤１；将部分步骤１的包含ＨＦ的浓硫酸溶液转移至第二反应器以使ＨＦ与加入第二反应器ＳｉＯ↓［２］反应、从而生产包含（ＳｉＦ↓［３］）↓［２］Ｏ的ＳｉＦ↓［４］的步骤２；和将步骤２包含（ＳｉＦ↓［３］）↓［２］Ｏ和ＳｉＦ↓［４］的产物加入第一反应器以使该反应产物中的（ＳｉＦ↓［３］）↓［２］Ｏ与ＨＦ反应将其转化为ＳｉＦ↓［４］、并且将所获得的ＳｉＦ↓［４］与在步骤１形成的ＳｉＦ↓［４］一起取出的步骤３。根据本发明专利技术，能够获得高纯ＳｉＦ↓［４］，其中（ＳｉＦ↓［３］）↓［２］Ｏ减少，且不含传统方法中作为难以解决的副产物产生的ＨＦ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种以及该化合物的用途。
技术介绍
高纯四氟硅烷(SiF4)是例如用于光学纤维、半导体和太阳能电池的材料需要的。关于SiF4的生产方法，已知许多方法。传统已知方法的实例包括使六氟硅酸盐热分解的方法。(1)但是，金属氟硅酸盐(如六氟硅酸盐)包含H2O和含氧硅酸盐化合物(例如，SiO2)(尽管量很少)作为杂质。因此，当没有充分预处理的化合物进行热分解时，六氟二硅氧烷((SiF3)2O)通过杂质与SiF4之间的反应产生(见下述式(3))。另一种已知的生产SiF4的方法是通过SiO2与HF在浓硫酸的存在下反应生成SiF4的方法(参见JP-A-57-135711)。(2)但是，该方法是存在问题的，原因是当SiO2与HF在该方法中的反应摩尔比接近理论摩尔比时，产生的SiF4可能与SiO2反应生成六氟二硅氧烷(SiF3)2O。另一种在本领域已知的生产SiF4的方法是用浓硫酸将六氟硅酸(H2SiF6)水溶液脱水并分解以生产SiF4的方法(参见JP-A-9-183608)。但是，与上述热分解方法相似，该方法也产生氟化氢(HF)作为副产物。在公开的方法中，起始化合物H2SiF6作为副产物取自生产磷酸的方法，并且副产物HF返回到磷酸生产过程中。因此，由于该方法以必须以磷酸生产过程为前提条件，所以难以将该方法应用于不同的起始材料。在本领域中公知的另一生产SiF4的方法是将H2SiF6加入立式塔反应器并用硫酸分解以生产SiF4的方法(参见JP-A-60-11217(欧洲专利No.129112))。与上述方法相似，该方法也产生氟化氢(HF)作为副产物，因此是有问题的，原因是HF是包含在硫酸内回收的。该文献描述了将SiO2悬浮于H2SiF6中并使其与HF反应的方法，但是这也存在问题，原因是当将与HF等摩尔量的SiO2加入系统中时，(SiF3)2O作为副产物产生。(3)在SiF4包含杂质气体(如(SiF3)2O、CO2和O2)的情况下，当SiF4用作硅膜的起始材料时，所述杂质可引起氧污染，不利地影响半导体和纤维的特性。因此，对包含少量杂质的高纯SiF4的需求越来越高。关于提纯包含(SiF3)2O、CO2或HF的SiF4的方法，例如，已知用吸附剂处理包含(SiF3)2O的SiF4哦的方法(参见JP-A-57-156317)。但是，当将由此使用的吸附剂加热并再生时，在某些情况下，其原有的吸附能力不能恢复。尽管原因不清楚，但是可以认为被其吸附的(SiF3)2O在吸附剂的孔隙内部分解。通过分解产生的SiO2阻塞了吸附剂的孔隙，使吸附剂难以再循环，产生了所用吸附剂必须作为废弃物抛弃的问题。另外，如果吸附剂在气体循环前烘焙不充分，与水的副反应可引起(SiF3)2O形成。
技术实现思路
本专利技术已经考虑了上述背景，其目的在于提供一种由起始材料六氟硅酸并提供所述化合物的用途，在该方法中，被有效地减了传统热分解或硫酸分解中产生的有问题的杂质(特别是六氟二硅氧烷)，从而解决了副产物HF的问题以产生高纯四氟硅烷。为解决上述问题，本专利技术人已经作了广泛的研究，结果发现SiF4可通过包括下述步骤的方法制备步骤(1)——用硫酸分解H2SiF6以产生SiF4，步骤(2)——使在步骤(1)中溶于硫酸的HF与SiO2反应以生成SiF4，并且步骤(3)——使在步骤(2)形成的包含(SiF3)2O的SiF4返回步骤(1)以使(SiF3)2O与HF反应产生SiF4和水，并且还发现，通过使由此制备的SiF4与浓硫酸和分子筛分碳接触的步骤，可以获得具有纯度高得多的SiF4。本专利技术已经在这些发现的基础上完成。具体地，本专利技术涉及下述[1]-[14]生产SiF4的方法以及该化合物的用途。一种通过用硫酸分解六氟硅酸，其包括于第一反应器中在浓硫酸中分解六氟硅酸以生成四氟硅烷和氟化氢并且将由此形成的四氟硅烷取出的步骤(步骤1)；将至少部分步骤1的包含氟化氢的浓硫酸溶液转移至第二反应器、使氟化氢与加入第二反应器的二氧化硅反应从而生产包含六氟二硅氧烷的四氟硅烷的步骤(步骤2)；和将步骤2的包含六氟二硅氧烷和四氟硅烷的反应产物加入第一反应器以使该反应产物中的六氟二硅氧烷与氟化氢反应将其转化为四氟硅烷、并且将所获得的四氟硅烷与在步骤1形成的四氟硅烷一起取出的步骤(步骤3)。如上述[1]所述的，其中分别连续或间歇地将六氟硅酸水溶液和浓硫酸加入第一反应器、将二氧化硅加入第二反应器，并且连续或间歇地将四氟硅烷从第一反应器取出。如上述[1]或[2]所述的，其中硫酸在第一和第二反应器内的浓度保持为70质量％或更高。如上述[1]-[3]中任意一项所述的，其中在第一和第二反应器内的反应温度为60℃或更高。如上述[1]或[2]所述的，其中加入第二反应器的二氧化硅的粒径为30μm或更小。如上述[1]或[2]所述的，其包括下述步骤使从第一反应器取出的四氟硅烷在50℃或更低的温度下与浓硫酸接触，以将包含在四氟硅烷中的氟化氢吸收并除去。如上述[6]所述的，其中使从第一反应器取出的四氟硅烷与通过通道供给第一反应器的浓硫酸逆向接触。如上述[1]或[2]所述的，其中包括用分子筛分碳提纯从第一反应器取出的四氟硅烷以便从四氟硅烷中除去杂质的步骤。如上述[8]所述的，其中被除去的杂质包括一种或更多种选自氟化氢、氯化氢、二氧化硫、硫化氢和二氧化碳的成分。如上述[8]或[9]所述的，其中使用的分子筛分碳具有的孔径小于四氟硅烷的分子大小。如上述[10]所述的，其中使用经如下预处理的分子筛分碳在惰性气氛中烘焙，然后向其中引入高纯四氟硅烷。用于生产光学纤维的气体，其含有根据上述[1]-[11]中任意一项所述的生产方法获得的四氟硅烷气体，包含各自浓度为100ppb或更低的过渡金属、磷和硼。用于生产半导体的气体，其含有根据上述[1]-[11]中任意一项所述的生产方法获得的四氟硅烷气体，包含各自浓度为100ppb或更低的过渡金属、磷和硼。用于生产太阳能电池的气体，其中含有根据上述[1]-[11]中任意一项所述的生产方法获得的四氟硅烷气体，包含各自浓度为100ppb或更低的过渡金属、磷和硼。专利技术详述以下详细描述本专利技术。本专利技术生产SiF4的方法主要包括步骤(1)在第一反应器内用硫酸分解H2SiF6以产生SiF4，步骤(2)将至少部分步骤(1)的硫酸引入第二反应器，使溶于步骤1硫酸中的氟化氢与SiO2反应以生成SiF4，步骤(3)使在步骤(2)形成的包含(SiF3)2O的SiF4返回步骤(1)的第一反应器，以使(SiF3)2O与由H2SiF6衍生的副产物氟化氢反应以产生SiF4。具体地，如附图说明图1所示，在第一反应器内用硫酸分解H2SiF6(步骤1)；将至少部分包含作为副产物的HF的硫酸转移到第二反应器，以与其中的SiO2反应生成包含作为杂质的(SiF3)2O的SiF4(步骤2)；并且将由此在第二反应器形成的SiF4返回第一反应器，以使杂质(SiF3)2O与存在于该反应器的HF反应，将其转化为SiF4(步骤3)。通过该方法，收集到高纯SiF4，并且任选进一步对其进行提纯处理(提纯步骤)。在本专利技术方法中，大多数在步骤1中形成的HF(4)在步骤2(2)和步骤3(5)中消耗。因此，本专利技术方法不存在HF处理的问题。另外，由于步骤2的副产物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过用硫酸分解六氟硅酸生产四氟硅烷的方法，该方法包括：于第一反应器中在浓硫酸中分解六氟硅酸以生成四氟硅烷和氟化氢、并且将由此形成的四氟硅烷取出的步骤（步骤１）；　　　　将至少部分步骤１的包含氟化氢的浓硫酸溶液转移至第二反应器以使氟化氢与加入第二反应器的二氧化硅反应、从而生产包含六氟二硅氧烷的四氟硅烷的步骤（步骤２）；和　　　　将步骤２的包含六氟二硅氧烷和四氟硅烷的产物加入第一反应器以使该反应产物中的六氟二硅氧烷与氟化氢反应将其转化为四氟硅烷、并且将所获得的四氟硅烷与在步骤１形成的四氟硅烷一起取出的步骤（步骤３）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-9-25 333061/20031.一种通过用硫酸分解六氟硅酸生产四氟硅烷的方法，该方法包括于第一反应器中在浓硫酸中分解六氟硅酸以生成四氟硅烷和氟化氢、并且将由此形成的四氟硅烷取出的步骤(步骤1)；将至少部分步骤1的包含氟化氢的浓硫酸溶液转移至第二反应器以使氟化氢与加入第二反应器的二氧化硅反应、从而生产包含六氟二硅氧烷的四氟硅烷的步骤(步骤2)；和将步骤2的包含六氟二硅氧烷和四氟硅烷的产物加入第一反应器以使该反应产物中的六氟二硅氧烷与氟化氢反应将其转化为四氟硅烷、并且将所获得的四氟硅烷与在步骤1形成的四氟硅烷一起取出的步骤(步骤3)。2.如权利要求1所述的生产四氟硅烷的方法，其中分别连续或间歇地将六氟硅酸水溶液和浓硫酸加入第一反应器、将二氧化硅加入第二反应器，并且连续或间歇地将四氟硅烷从第一反应器取出。3.如权利要求1或2所述的生产四氟硅烷的方法，其中硫酸在第一和第二反应器内的浓度保持为70质量％或更高。4.如权利要求1-3中任意一项所述的生产四氟硅烷的方法，其中在第一和第二反应器内的反应温度为60℃或更高。5.如权利要求1或2所述的生产四氟硅烷的方法，其中加入第二反应器的二氧化硅的粒径为30μm或更小。6.如权利要求1或2所述的生产四氟硅烷的方法，其包括下述步骤使从第一反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈正和，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]