一种四氯化硅的合成方法技术

本发明专利技术属于化学物质合成技术领域，具体公开了一种四氯化硅的合成方法。本发明专利技术所述合成方法包括如下步骤：(1)将Si粉原料粉碎、研磨至粒径为160～200目；(2)对步骤(1)中研磨得到的Si粉进行干燥；(3)在步骤(2)中干燥后的Si粉中加入SiO2和SiC，得到反应混合料；(4)将步骤(3)中所得反应混合料与含N2和Cl2的混合气体在流化床反应器中于1000～1100℃下进行反应。本发明专利技术通过简单的工艺控制及过程处理，极大地改善了Si粉聚集的问题，提高了反应深度和反应效率，应用前景广阔。应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种四氯化硅的合成方法


[0001]本专利技术属于有机硅单体合成
，具体涉及一种四氯化硅的合成方法。

技术介绍

[0002]四氯化硅(化学式SiCl4)是一种无色液体，是生产高纯硅(工业级、电子级等不同规格)及有机硅化合物(如三氯氢硅、正硅酸乙酯、有机硅油等)的原料，应用领域十分广泛，是一种必需的工业化工原料，尤以光纤、硅酸乙酯等生产用量最大。
[0003]现有技术中，四氯化硅的合成方法有多种，如工业硅氯化法、硅铁氯化法、硅藻土法等，也有一些利用工业副产物制备四氯化硅的工艺方法，如多晶硅副产四氯化硅、稻壳制取四氯化硅、锆英砂副产四氯化硅等。其中，工业硅氯化法即工业硅与氯气直接反应制备SiCl4，是一种开发较早、较为成熟的工艺，是一种实际生产运用较多的四氯化硅合成工艺。专利文献CN103420382A提供了一种四氯化硅的合成方法及其生产系统，涵盖从四氯化硅的合成到精馏各个环节。但是，在工业硅氯化法的实际生产过程中，Si粉存在着明显的团聚现象，直接影响了生产运行的稳定以及四氯化硅的转化率和收率。因此，如何改善或避免反应过程中Si粉的团聚是四氯化硅生产过程中十分迫切解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种四氯化硅的合成方法，本专利技术通过在Si粉中添加SiO2和SiC以及调整相关的工艺流程，极大地改善了Si粉聚集的问题，提高了反应深度和反应效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种四氯化硅的合成方法，包括如下步骤：
[0007](1)将Si粉原料粉碎、研磨至粒径为160～200目；
[0008](2)对步骤(1)中研磨得到的Si粉进行干燥；
[0009](3)在步骤(2)中干燥后的Si粉中加入SiO2和SiC，得到反应混合料；
[0010](4)将步骤(3)中所得反应混合料与含N2和Cl2的混合气体在流化床反应器中于1000～1100℃下进行反应。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中，Si粉的纯度不低于99％。
[0012]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)中，干燥时隔绝氧气，干燥温度为100～120℃，干燥后的含水率不大于0.8％。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)中SiO2的纯度不低于98％，SiC的纯度不低于97％。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)中SiO2和SiC的粒径分别为80～100目、80～100目。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)中，SiO2和SiC的质量比为2～3:1。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)中，SiO2和SiC的总加入量为Si粉质量的1～
1.5％。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(4)中反应器压力为0.1～0.15MPa。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(4)中，气体空床流速为0.04～0.09m/s。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(4)中，混合气体中N2和Cl2的体积比为1:8～12。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0021](1)在Si粉的粉碎、研磨阶段，Si粉之间可能会因为静电、范德华力等作用力团聚在一起；同时，在高温反应过程中，Si粉的高温熔融会使得Si粉之间更容易团聚在一起，降低Si粉与氯气的反应接触面积，进而影响Si粉和氯气的反应效率。针对上述问题的存在，本专利技术通过在Si粉中掺杂物料SiO2和SiC及调整工艺参数，能够很好地解决上述存在的问题，具体来说：本专利技术在Si粉中添加了一定量的SiO2和SiC，其中，SiO2的熔点在1600～1700℃左右，SiC的熔点超过2000℃，因此，本专利技术中严格控制反应温度在1000～1100℃范围内，在此温度下，SiO2和SiC既不会熔融，也不会与氯气充分发生反应，而是主要以细小颗粒的形式分散于反应体系中，并在反应器内的流化反应过程中夹带于Si粉之中，避免Si粉的聚集长大成团；随着Si粉的反应消耗和不断补充，SiO2和SiC微粉颗粒也会不断暴露进而冲击可能成团的Si粉，降低Si粉聚集的倾向性；
[0022](2)本专利技术中的反应压力为微正压，Cl2中混合了少量的N2，N2气氛流的存在，能够不断地冲击Si粉，进一步降低Si粉的团聚倾向，提高其分散性，改善Si粉与Cl2的接触，进一步促进反应的充分进行；但是，N2的用量过大会影响生产效率，太小会影响使用效果，本专利技术将N2和Cl2的体积比控制为最佳的1:8～12。
[0023](3)本专利技术中SiO2和SiC的粒径较Si粉略大，使得SiO2和SiC不会被Si粉所包裹；另外，将SiO2和SiC的用量比控制为2～3:1会得到最好的效果。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术中，Si粉、SiO2和SiC均通过市场途径购买。
[0026]需要特别强调的是，本专利技术中所使用到的流化床反应器等设备均为现有技术。
[0027]其中，四氯化硅的纯度采用气相色谱法(热导检测器)进行检测(面积归一法)；四氯化硅采用气相色谱仪(热导检测器)进行分析检测(面积归一法)；氯气转化率通过获得的四氯化硅质量转换测算为氯气质量除以通入的氯气总量获得。
[0028]实施例1
[0029]一种四氯化硅的合成方法，包括如下步骤：
[0030](1)将Si粉原料粉碎、研磨至粒径为200目；
[0031](2)对步骤(1)中研磨得到的Si粉于110℃、隔绝氧气的条件下进行干燥，保证干燥后的含水率不高于0.8％；
[0032](3)在步骤(2)中干燥后的Si粉中加入占Si粉总质量1％的SiO2和SiC，得到反应混合料；
[0033](4)将步骤(3)中所得反应混合料与含N2和Cl2的混合气体在流化床反应器中于1020℃、0.11MPa下进行反应。
[0034]其中，步骤(1)中，Si粉的纯度不低于99％。
[0035]其中，步骤(3)中，SiO2的纯度不低于98％，SiC的纯度不低于97％。
[0036]其中，步骤(3)中，SiO2和SiC的粒径分别为100目、100目。
[0037]其中，步骤(3)中，SiO2和SiC的用量比为2.5:1。
[0038]其中，步骤(4)中，气体空床流速为0.06m/s。
[0039]其中，步骤(4)中，混合气体中N2和Cl2的体积比为1:9。
[0040]经测定，上述反应中氯气转化率为95.8％，四氯化硅的纯度为96.7％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四氯化硅的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将Si粉原料粉碎、研磨至粒径为160～200目；(2)对步骤(1)中研磨得到的Si粉进行干燥；(3)在步骤(2)中干燥后的Si粉中加入SiO2和SiC，得到反应混合料；(4)将步骤(3)中所得反应混合料与含N2和Cl2的混合气体在流化床反应器中于1000～1100℃下进行反应，即制得所述四氯化硅。2.根据权利要求1所述的一种四氯化硅的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，Si粉的纯度不低于99％。3.根据权利要求1所述的一种四氯化硅的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥时隔绝氧气，干燥温度为100～120℃，干燥后的含水率不大于0.8％。4.根据权利要求1所述的一种四氯化硅的合成方法，其特征在于，步骤(3)中SiO2的纯度不低于98％，SiC的纯度不低于97％...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗全安，李楷东，王绪生，
申请(专利权)人：武汉新硅科技潜江有限公司，
类型：发明
国别省市：