一种硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法技术

本发明专利技术公开一种用硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法。将95%～98%的硫酸和氟化物按比例连续加到氟化氢反应转炉中反应产生氟化氢气体，反应温度为280～360℃。取其中65%～95%的硫酸与二氧化硅粉末预混合。将混合物加到反应器中并搅拌，加入液态氟化氢反应生成四氟化硅气体，温度为50～100℃，时间为10～1000分钟。将稀硫酸打到三氧化硫吸收塔，然后逐渐加入三氧化硫，与稀硫酸中的水分合成硫酸备用，所述硫酸和转炉反应生成的氟化氢为循环使用，形成生产闭环。本发明专利技术采用三氧化硫平衡水，可以大大提高系统的可靠性。稀硫酸提浓和氟化氢残液以及二氧化硅残渣浆料的循环重复使用，形成了生产闭环，消除了对环境的影响，大大降低能源消耗，是一种节能减排的好方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化合物的生产方法，尤其涉及。
技术介绍
四氟化硅，也称四氟硅烷，其分子式为SiF4，四氟化硅(SiF4)无色、有毒、有刺激 性臭味的气体。密度4. 69g/L，熔点-90. 2V (1. 73X 105Pa)。四氟化硅在潮湿的空气中因 水解而产生烟雾，生成硅酸和氢氟酸。在冷冻下加压可凝成液体。能溶于硝酸和乙醇。四 氟化硅比较稳定。能跟氢氟酸作用生成氟硅酸H2SiF6。四氟化硅也易被碱液分解。四氟化硅具有多种用途，例如1)用于氟硅酸及氟化铅的制取，2)用作水泥和人造 大理石的硬化剂，增强耐腐蚀性和耐磨性。3)有机硅化合物的合成材料。4)高纯度的四氟 化硅是电子工业的一种重要材料，广泛用于光纤、半导体、和光伏电池生产。5)在硅烷制备 中需要大量的四氟化硅原料。在现有的技术中，已经公开了多种制备四氟化硅的方法，其中有硫酸法和六氟硅 酸盐热解法等几种方法。硫酸法是最早用于工业化制备SiF4的方法，按照所用原料它又分为萤石硫酸法 和六氟硅酸盐硫酸法2种。1、萤石一硫酸法采用萤石(CaF2)质量分数大于97%、硅酸质量分数在— 3%的萤石和质量分 数大于98%的二氧化硅作原料，与质量分数大于95%的浓硫酸在100°C—300°C下反应，然 后使生成的混合气体在反应体系循环，联产四氟化硅和氟化氢。反应式如下 3CaF2+3H2S04+Si02— 3CaS04+SiF4+2HF+2H20 (1) 该方法的缺点和不足之处是1)该方法伴有大量的HF产生，而除去HF的成本也很高，同时浪费了氟资源，也不利于 四氟化硅的工业化规模生产。2 )反应后四氟化硅中的水汽又对四氟化硅起着分解作用，形成较大比例的六氟二 甲基硅醚「SiF3)20」。影响四氟化硅的纯度。2、六氟硅酸盐一硫酸法这是一种用磷酸制造工艺中用的磷矿石作原料连续生产四氟化硅(SiF4)的工艺， 先使磷矿石、水、Si02与浓硫酸反应，过滤后的滤液经减压加热分离出H2SiF6 ；然后用 Ca(OH)中和得到CaSiF6，再使过滤、干燥后的CaSiF6与浓硫酸反应生成SiF4经冷却和 用A1203吸附除去副产的水和HF，得到高纯SiF4，反应式如下CalO(P04)6F2+I0H2S04+20H20— 10CaS04+2H20+6H3P04+2HF (2) 6HF+Si02— H2SiF6+2H20 (3) H2SiF6+Ca (OH) 2— CaSiF6+2H20 (4) CaSiF6+H2S04— SiF4+CaS04+2HF (5)为减少四氟化硅(SiF4)中C02的含量，采用使用浓硫酸在50°C 150°C下用惰性气体 鼓泡的方法将硫酸中C02减少到2 X 10-5 ml / g( H2S04)以下，然后用该硫酸作原料与 H2SiF6或金属六氟硅酸盐反应来制备四氟化硅(SiF4)。该方法的缺点和不足之处是1)反应过程比较复杂，副产物较多，因而成本也高。附近最好有磷肥厂配套，使副产物 能得到合理利用。一般很难达到这种条件。2)环保治理成本较高。3、六氟硅酸盐热解法这种方法采用金属氟硅酸盐热解法来生产四氟化硅(SiF4)。为减少杂质的形成，在热 解前，预先在低于于热解温度和小于2. 67 Ua解离压下对金属氟硅酸盐进行热处理。不 同金属氟硅酸盐的热处理温度不同，如Na2SiF6在330°C 520°C，K2 SiF6在430°C 550 V，BaSiF6在300°C 410 °C等。该热处理步骤可代替氟硅酸盐的脱水，用这种方法 生产的SiF4有高的纯度和收率。在用热解法生产SiF4时，炉壁易被腐蚀，热解产物附于 炉壁而不易排出。为解决该问题，采用使金属氟硅酸盐与质量分数 20%的粒径1 100 um的Si02和A1203混合，再于500°C 800 ！下热解的方法来生产四氟化硅(SiF4)。 助剂的纯度应大于99%，使用前预先干燥脱水。该方法的缺点和不足之处是1)热解温度较高，能源消耗大；2)热解的充分度不足，转换率为50-60%，四氟化硅(SiF4)的得率低，因而生产成本较尚ο3 )装置的产量低，不利于规模生产。考虑到现有技术的缺点，需要一种收率高，成本低并可以规模化生产的四氟化硅 (SiF4)生产方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种产率高，并可以有效降 低成本的硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法。用硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法的步骤如下1)将200 400重量份50 300目的氟化物和250 500重量份质量百分比浓度为 95% 98%的硫酸分别连续加到氟化氢反应转炉的炉头中进行反应产生氟化氢气体，氟化 氢的反应温度为280 360°C，氟化氢气体从炉头排出经过冷凝器后转化成液态氟化氢收 集在氟化氢储罐备用；2)将1000 1100重量份质量百分比浓度为65% 95%的硫酸与200 400重量份重 量份50 300目的二氧化硅粉末，进行预混合，得到二氧化硅硫酸混合物；3)将二氧化硅硫酸混合物加入到反应器中，在搅拌的同时，加入250 500重量份氟 化氢进行化学反应，反应时间为10 1000分钟，反应温度为50 100°C，得到四氟化硅气 体，同时反应中水分不断析出，并由硫酸吸收，二氧化硅残渣在反应器中进行沉降，上层的 稀硫酸用泵抽到稀硫酸储罐，二氧化硅残渣浆料用泵抽到渣槽集中处理；4)将四氟化硅气体通入冷却器冷却至20 25°C，然后压缩进入储气罐；5)将稀硫酸储罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提浓，然后逐渐加入质量百分比浓度 为98% 100%的三氧化硫，并与稀硫酸中的水分合成为硫酸，将稀硫酸提浓为65% 95%的 硫酸和95% 98%的硫酸备用；65% 95%的硫酸可作为反应器中的硫酸介质使用，95% 98%的硫酸作为氟化氢反应转炉中硫酸原料使用。步骤1)所述的氟化氢转炉反应温度为300 340°C。步骤1)所述的氟化物为氟 化钙、氟化钠、氟化铝或氟铝酸钠。步骤3)所述的四氟化硅反应温度为65 85°C。步骤3)所述的四氟化硅反应时 间为100 600分钟。步骤幻所述的加入到反应器中的氟化氢是液态的。步骤幻所述的 四氟化硅反应是批次式的。步骤幻所述的三氧化硫与稀硫酸中的水分合成的硫酸作为介质使用，在四氟化 硅反应器中吸收四氟化硅反应中生成的水和未反应完的氟化氢，实现水的完全平衡，形成 闭环生产。本专利技术不仅克服了成本高的问题，而且做到了产生的稀硫酸经过三氧化硫与水分 全部合成为浓硫酸，再次作为介质使用，在四氟化硅反应器中用于吸收四氟化硅反应中生 成的水和未反应完的氟化氢，实现水的完全平衡，也没有多余的废硫酸和废氟化氢产生，形 成生产闭环。这样做的好处还在于避免使用稀硫酸的浓缩装置，因为稀硫酸中还含有一定 比例的氢氟酸，浓缩装置不可以使用金属材料，很容易被腐蚀，系统很不可靠。采用三氧化 硫平衡水，可以大大提高系统的可靠性。 稀硫酸提浓和氟化氢残液以及二氧化硅残渣浆料的循环重复使用，形成了生产闭 环，消除了对环景的影响，同时大大降低能源消耗，是一种节能减排的好方法。附图说明图1是硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法工艺示意图； 图2是实施例1样品经傅里叶红外线测试仪纯度的检测图谱； 图3是实施例2样品经傅里叶红外线本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法，其特征在于它的步骤如下：１）将２００～４００重量份５０～３００目的氟化物和　２５０～５００重量份质量百分比浓度为９５％～９８％的硫酸分别连续加到氟化氢反应转炉的炉头中进行反应产生氟化氢气体，氟化氢的反应温度为２８０～３６０℃，氟化氢气体从炉头排出经过冷凝器后转化成液态氟化氢收集在氟化氢储罐备用；２）将１０００～１１００重量份质量百分比浓度为６５％～９５％的硫酸与２００～４００重量份重量份５０～３００目的二氧化硅粉末，进行预混合，得到二氧化硅硫酸混合物；３）将二氧化硅硫酸混合物加入到反应器中，在搅拌的同时，加入　２５０～５００重量份氟化氢进行化学反应，反应时间为１０～１０００分钟，反应温度为５０～１００℃，得到四氟化硅气体，同时反应中水分不断析出，并由硫酸吸收，二氧化硅残渣在反应器中进行沉降，上层的稀硫酸用泵抽到稀硫酸储罐，二氧化硅残渣浆料用泵抽到渣槽集中处理；４）将四氟化硅气体通入冷却器冷却至２０～２５℃，然后压缩进入储气罐；５）将稀硫酸储罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提浓，然后逐渐加入质量百分比浓度为９８％～１００％的三氧化硫，并与稀硫酸中的水分合成为硫酸，将稀硫酸提浓为６５％～９５％的硫酸和９５％～９８％的硫酸备用；６５％～９５％的硫酸可作为反应器中的硫酸介质使用，９５％～９８％的硫酸作为氟化氢反应转炉中硫酸原料使用。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建松，陈德伟，栗广奉，耿金春，高平舟，
申请(专利权)人：浙江中宁硅业有限公司，
类型：发明
国别省市：33