一种含氟硅渣制备四氟化硅的方法技术

一种含氟硅渣制备四氟化硅的方法，涉及氟和硅的化合物，特别涉及利用含氟硅渣制备四氟化硅气体的方法。发明专利技术目的是提供一种含氟硅渣制备四氟化硅的方法，以含氟硅渣为原料，有效利用废渣中的氟、硅元素，实现废渣的高值化利用，避免堆存带来的环境污染和土地占用。本方法具体步骤包括：(1)将含氟硅渣用碱液中和；(2)过滤，滤液用于配制碱液并回用于含氟硅渣中和；滤渣经干燥，得到改性含氟硅渣；(3)将改性含氟硅渣于真空或惰性气氛中、加热分解得到四氟化硅气体，收集得到四氟化硅液体或压缩气体，副产以活性二氧化硅为主的分解渣。本发明专利技术适用于以二氧化硅为主、含有氟硅酸及氟化氢的固体混合物提取四氟化硅的企业。固体混合物提取四氟化硅的企业。固体混合物提取四氟化硅的企业。

【技术实现步骤摘要】
一种含氟硅渣制备四氟化硅的方法


[0001]本专利技术涉及氟和硅的化合物，具体来说，涉及四氟化硅，特别涉及利用含氟硅渣制备四氟化硅气体的方法。

技术介绍

[0002]四氟化硅是电子和半导体行业中的一种重要原料，主要用于硅化钽、氮化硅等的蚀刻剂、P型掺杂剂及外延沉积扩散硅源；由于四氟化硅在高温火焰中水解可以产生具有高比表面积的热沉SiO2，还可以用于制作光导纤维用高纯石英玻璃；在半导体生产技术中，四氟化硅是制造硅基半导体器件时所采用的离子注入法的重要组分；此外，四氟化硅还广泛应用于生产水泥、电子材料、太阳能电池元件、复印机感光鼓、特大规模集成电路等。随着激光在有机反应应用的发展，它还可以用作光敏剂等。
[0003]四氟化硅现有的生产方法主要有：硫酸法、氢氟酸法、Si
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F2直接合成法、氟硅酸盐热解法等。硫酸法、氢氟酸法制备四氟化硅产生的杂质气体组分较多，后续分离难度大。Si
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F2直接合成法需要用氟气和单质硅反应制备，成本高、危险性大。氟硅酸盐热解法能耗大，对设备在高温下的密封性能要求较高。总体而言四氟化硅制备成本高，因此产品价格较高。
[0004]地球上95％的氟元素伴生于磷矿中，因此磷矿逐步成为制取氟的主要原料。用酸浸取磷矿制备磷酸过程中产生的含氟尾气，经吸收得到氟硅酸，用浓硫酸与氟硅酸反应制备氟化氢是从磷矿制备氟化氢的主流方法。但是该工艺会产生以活性二氧化硅为主，含有氟化氢和氟硅酸的含氟硅渣。由于含有氟化氢和氟硅酸，导致该废渣呈酸性并有腐蚀性，对其综合利用带来困难。专利CN106829983A将含氟硅渣与碳酸钠在高温下反应得到模数在2
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3之间硅酸钠，专利CN105883836A将含氟硅渣与氢氧化钠反应制备偏硅酸钠并联产氟化钠，专利CN105036144A将含氟硅渣与氢氧化钠等反应制备高分散白炭黑，这些方法都能将含氟硅渣加工为有一定应用前景的产品。但是由于制备成本高、产品附加值低等因素，含氟硅渣未能得到大量应用，综合利用率较低。
[0005]相对于一般工业品，四氟化硅产品附加值高，以含氟硅渣为原料制取，可提升废渣的利用率，并实现高值化利用。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种含氟硅渣制备四氟化硅的方法，以含氟硅渣为原料，有效利用废渣中的氟、硅元素，实现废渣的高值化利用，避免堆存带来的环境污染和土地占用。
[0007]本专利技术方法的技术原理是先用碱液将含氟硅渣中和，使含氟硅渣中的氟硅酸生成氟硅酸盐，通过高温加热，废渣中氟硅酸盐受热分解为氟化物盐和四氟化硅，冷却收集即得到工业级四氟化硅产品。以氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液为例，当氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液分别与含氟硅渣混合时，含氟硅渣中的氟硅酸分别发生如下反应生成氟硅酸钠：
[0008]H2SiF6+2NaOH
→
Na2SiF6+H2O
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0009]H2SiF6+Na2CO3→
Na2SiF6+H2O+CO2↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0010]中和后产物中有水，直接高温分解会导致副反应产生。因此采取先过滤，滤液回用于配制碱液；滤渣进行干燥，之后再高温分解，经中和及干燥后的含氟硅渣中的氟硅酸钠分解生成四氟化硅和氟化钠：
[0011]Na2SiF6→
2NaF+SiF4↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0012]收集产物中四氟化硅后，剩余的固体为以多孔活性二氧化硅为主的粉末，可作为填料、建材等使用。
[0013]专利技术人提供的含氟硅渣制备四氟化硅的方法具体步骤如下：
[0014](1)将含氟硅渣用碱液中和；
[0015](2)将经碱液中和的含氟硅渣过滤，滤液用于配制碱液并回用于含氟硅渣中和；滤渣经干燥，得到改性含氟硅渣；
[0016](3)将改性含氟硅渣于真空或惰性气氛中、加热分解得到四氟化硅气体，经冷却收集得到四氟化硅液体或压缩气体，并得到以活性二氧化硅为主的分解渣。
[0017]步骤(1)中所用碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钙乳液中的一种或两种以上碱液混合物，碱液质量分数为2％～60％。
[0018]步骤(1)中所述中和过程，是静置浸泡或是通过机械搅拌或曝气等搅拌方法提升中和效率；所述中和至pH值为7.0
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8.0。
[0019]步骤(2)中滤渣干燥控制在温度100℃～300℃、含水率低于0.1％。
[0020]步骤(3)中所述惰性气氛是指无水、无氧的氮气、氩气或氦气气氛；加热温度控制在450℃～900℃。
[0021]专利技术人指出：含氟硅渣是指以二氧化硅为主，含有氟硅酸及氟化氢的固体混合物，包括但不限于以氟硅酸或氟硅酸盐为原料、采用浓硫酸接触生产无水氟化氢时，副产的含氟硅渣。
[0022]本专利技术的专利技术人从工业应用的角度出发，开发含氟硅渣制备四氟化硅的方法，实现将工业废渣高值化、资源化利用。本方法适用于以二氧化硅为主、含有氟硅酸及氟化氢的固体混合物提取四氟化硅。
附图说明
[0023]附图1为本专利技术方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。
[0025]实施例1：
[0026](1)取1000g将含氟硅渣,不断搅拌下加入10％氢氧化钠溶液，中和至pH值为7.5；
[0027](2)将经氢氧化钠溶液中和的含氟硅渣过滤，滤渣在120℃下干燥至含水率低于0.1％，得到改性含氟硅渣；滤液用于配制氢氧化钠溶液并回用于含氟硅渣中和；
[0028](3)将改性含氟硅渣于密闭反应釜中，先抽真空，然后注入高纯氩气，再抽真空，反复注入氩气和抽真空3次，保持真空度
‑
85Pa、650℃下加热1h，分解得到四氟化硅气体，经冷却收集得到四氟化硅气体50g，并得到以活性二氧化硅为主的分解渣。
[0029]实施例2：
[0030](1)取1000g将含氟硅渣,不断搅拌下加入10％碳酸钠溶液，中和至pH值为7.8；
[0031](2)将经碳酸钠溶液中和的含氟硅渣过滤，滤渣在180℃下干燥至含水率低于0.1％，得到改性含氟硅渣；滤液用于配制碳酸钠溶液并回用于含氟硅渣中和；
[0032](3)将改性含氟硅渣于密闭反应釜中，先抽真空，然后注入高纯氩气，再抽真空，反复注入氩气和抽真空3次，保持真空度
‑
90Pa、750℃下加热50min，分解得到四氟化硅气体，经冷却收集得到四氟化硅气体51g，并得到以活性二氧化硅为主的分解渣。
[0033]实施例3：
[0034](1)取1000g将含氟硅渣,不断搅拌下加入10％氢氧化钾溶液，中和至pH值为7.6；
[0035](2)将经碳酸钠溶液中和的含氟硅渣过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氟硅渣制备四氟化硅的方法，该方法以含氟硅渣为原料制备四氟化硅气体，其特征在于：先将含氟硅渣用碱液中和，然后过滤，滤渣经干燥后高温分解得到四氟化硅气体和活性二氧化硅；具体步骤如下：(1)将含氟硅渣用碱液中和；(2)将经碱液中和的含氟硅渣过滤，滤液用于配制碱液并回用于含氟硅渣中和；滤渣经干燥，得到改性含氟硅渣；(3)将改性含氟硅渣于真空或惰性气氛中、加热分解得到四氟化硅气体，经冷却收集得到四氟化硅液体或压缩气体，并得到以活性二氧化硅为主的分解渣。2.根据权利要求1所述的含氟硅渣制备四氟化硅的方法，其特征在于该方法步骤(1)中所述中和过程，是静置浸泡或是通过机械搅拌或曝气等搅拌方法提升中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建刚，朱波，
申请(专利权)人：贵州齐磷腾达新型建材有限公司，
类型：发明
国别省市：