專利名稱：用于生產(chǎn)氟化物氣體和摻氟玻璃或陶瓷的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種用于生產(chǎn)氟化物氣體和其等同物、摻氟玻璃、陶瓷、?；沾珊推涞韧锏姆椒ê拖到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高純度金屬(例如，硅(Si)或鈦(Ti))的生產(chǎn)期間，可能產(chǎn)生許多副產(chǎn)物。具體來(lái)說(shuō)，一種副產(chǎn)物是氟化鈉(NaF)。目前在高純度Si生產(chǎn)中，通常將NaF包裝并銷售。NaF 用于氫氟酸(HF)生產(chǎn)、水氟化、作為牙膏中的添加劑，并且對(duì)于諸如用于生產(chǎn)鋁金屬的冶金熔劑或電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，用量最大。如果以極大量方式生產(chǎn)的NaF銷售僅可用于最低成本的應(yīng)用，那么就導(dǎo)致較少的貸款，并因此導(dǎo)致整個(gè)工藝收益較低。在高純度金屬(例如，Si或Ti)生產(chǎn)期間，進(jìn)一步增加原材料成本的是需要金屬源的大量連續(xù)流。例如，為了生產(chǎn)高純度Si，需要氟硅酸(H2SiF6)的大量連續(xù)源。通常，作為化肥工業(yè)的副產(chǎn)物購(gòu)得H2SiF6。本公開(kāi)提供上述問(wèn)題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是針對(duì)生產(chǎn)?；沾?。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包含在反應(yīng)器中提供鹽和氧化物；加熱所述反應(yīng)器以產(chǎn)生蒸氣和所述?；沾?；以及移除所述蒸氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是針對(duì)一種用于在高純度金屬的生產(chǎn)期間再循環(huán)鹽以生產(chǎn)陶瓷的方法。所述方法包含提供在所述高純度金屬的生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的所述鹽；提供氧化物；在反應(yīng)器中加熱所述鹽和所述氧化物的混合物以產(chǎn)生氣體和所述陶瓷； 以及在所述高純度金屬的生產(chǎn)中再循環(huán)所述氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是針對(duì)一種用于生產(chǎn)硅酸鈉玻璃的方法。所述方法包含在反應(yīng)器中提供氟化鈉(NaF)和石英砂(SiO2),其中所述NaF是作為生產(chǎn)高純度金屬的工藝的副產(chǎn)物來(lái)提供；加熱所述反應(yīng)器以產(chǎn)生四氟化硅氣體(SiF4)和所述摻雜氟離子的硅酸鈉玻璃(Na2SiO3(F))；以及將所述SiF4再循環(huán)回到所述工藝中以生產(chǎn)所述高純度金屬。


通過(guò)結(jié)合隨附附圖考慮以下詳細(xì)描述，可容易理解本發(fā)明的教示，其中圖1圖示用于生產(chǎn)四氟化硅氣體和摻氟硅酸鈉玻璃的工藝流程圖的一個(gè)實(shí)施方式；圖2圖示用于制造硅的工藝時(shí)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式；
圖3圖示用于通過(guò)可利用本發(fā)明的融熔工藝來(lái)生產(chǎn)高純度硅的示例性工藝的流程圖；圖4圖示用于生產(chǎn)陶瓷的方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；圖5圖示用于在高純度金屬的生產(chǎn)期間再循環(huán)鹽的方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；圖6圖示用于生產(chǎn)硅酸鈉玻璃的方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；圖7圖示由本發(fā)明生產(chǎn)的摻氟硅酸鹽陶瓷的圖像；以及圖8圖示由本發(fā)明生產(chǎn)的摻氟硅酸鹽陶瓷的第二高倍放大圖像。為了促進(jìn)理解，在可能情沉下已使用相同元件符號(hào)來(lái)指定圖式共同的相同元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)蒸氣/氣體和玻璃及/或陶瓷的工藝。在下文中，可能將玻璃及/或陶瓷統(tǒng)稱為陶瓷。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述工藝開(kāi)始于氧化物和鹽。在一個(gè)實(shí)施方式中，氧化物可為金屬氧化物或非金屬氧化物。在一個(gè)實(shí)施方式中，鹽可為氟化物鹽。 在反應(yīng)腔室中加熱固態(tài)或融熔態(tài)的氟化物鹽和固態(tài)金屬氧化物，以產(chǎn)生第一產(chǎn)物氟化物氣體和具有某些雜質(zhì)的第二產(chǎn)物固態(tài)摻氟玻璃或陶瓷。反應(yīng)的一般方程式是如下所示的方程式⑴方程式(1):2y AFx(s/l)+B0y(s) = BF2y(g)+2A2xB0xa(F) (s)+雜質(zhì)在上述方程式中，A可能是任何第I族或第II族元素或鑭系元素，包括鋰(Li)、鈉 (Na)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋇(Ba)、鍶(Sr)、鑭(La)或鈰(Ce)。因此，鹽可能是氟化鋰 (LiF)、氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氟化鎂(MgF2)、氟化鈣(CaF2)、氟化鍶(SrF2)或氟化鋇 (BaF2)或例如LaF3或CeF3的鑭系元素氟化物。在一個(gè)實(shí)施方式中，A是鈉且鹽是氟化鈉。 另外，可將融熔氯化物(未圖示)與鹽混合以有助于降低鹽的熔點(diǎn)。在方程式(1)中B可能是諸如硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、硅(Si)、鍺(Ge)、 鈦(Ti)、鋯(Zr)或任何過(guò)渡金屬之類的元素。在一個(gè)實(shí)施方式中，在方程式(1)中的B是 Si或鈦(Ti)。應(yīng)注意，下標(biāo)或變量x、y和xa與方程式(1)中的元素有關(guān)。也就是說(shuō)，χ可以是代表氟原子數(shù)目的整數(shù)；y可以是代表氧原子數(shù)目的整數(shù)，等等。額外的可接受雜質(zhì)可通過(guò)基于吉布斯能量最小化(Gibbs energy minimization)的熱化學(xué)模型和與溫度相對(duì)的預(yù)測(cè)成分來(lái)測(cè)定。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將上述方程式用于生產(chǎn)例如Si或Ge的高純度半導(dǎo)體或例如打或^ 的金屬的工藝。例如，在用于生產(chǎn)高純度Si的工藝中，產(chǎn)生了副產(chǎn)物NaF。在此特定實(shí)施例中，當(dāng)融熔的NaF與二氧化硅(SiO2)起反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)的特定方程式是如下所示的方程式⑵方程式(2):4+x NaF(s/l)+3Si02(s)+雜質(zhì)=SiF4 (g) +2Na2Si03 (Fx) (s) +雜質(zhì)應(yīng)注意，“X”可視含在硅酸鈉玻璃或陶瓷中的氟離子數(shù)目而變化。在一個(gè)實(shí)施方式中，二氧化硅可能是石英砂，或等同的硅石來(lái)源。值得注意地，砂可能是容易獲得的未純化的砂。在具有上述物質(zhì)和組分的上述示例性反應(yīng)方程式中，通過(guò)基于吉布斯能量最小化的熱化學(xué)模型和與溫度相對(duì)的預(yù)測(cè)成分來(lái)預(yù)測(cè)的雜質(zhì)可包括(例如)NaF、SiOF2和Si2OF6以及雜質(zhì)元素的氟化物和氟氧化物。
圖1圖示了如上所述反應(yīng)100的一個(gè)實(shí)施方式。為驅(qū)動(dòng)融熔的NaF與SW2的反應(yīng) 100，可在反應(yīng)器102中加熱這兩個(gè)反應(yīng)物。換句話說(shuō)，可認(rèn)為方程式(2)中所示的反應(yīng)方程式直到某溫度之前都是吸熱的。在某點(diǎn)，氣相的熵有助于驅(qū)動(dòng)反應(yīng)以產(chǎn)生四氟化硅(SiF4) 氣體?？蓪⑷谌鄣腘aF和SW2加熱到約1000攝氏度(°C )至約1500°C的大致范圍。因?yàn)樵谠礁邷囟认陆o反應(yīng)施加的熱量越多，所以形成的SiF4蒸氣或氣體越多。在下文中，SiF4蒸氣或氣體可統(tǒng)稱為SiF4氣體。當(dāng)反應(yīng)溫度接近大致1300°C時(shí)，SiF4氣體產(chǎn)物的蒸氣壓達(dá)到200托之上。因此，可以使用液氮冷凝或壓縮機(jī)來(lái)以工業(yè)上合理的比率從反應(yīng)器提取SiF4氣體。雖然大部分雜質(zhì)殘留在液相中，但是所移除的SiF4氣體可能含有雜質(zhì)。因而，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以對(duì)SiF4氣體進(jìn)行純化?？墒褂萌魏我阎兓に噺腟iF4氣體中移除雜質(zhì)，諸如使用蒸餾、冷凝、吸附、吸收、過(guò)濾、薄膜以及混合技術(shù)等。在一個(gè)實(shí)施方式中，可使用局部冷卻SiF4流以冷凝較不易揮發(fā)物質(zhì)及/或冷凝劑吸收器串來(lái)純化SiF4氣體。純化的SiF4氣體可能具有許多用途。在一個(gè)實(shí)施方式中，純化的SiF4氣體可與熔融Na起反應(yīng)以產(chǎn)生Si，如下文將進(jìn)一步詳細(xì)論述。在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)與氫化物物質(zhì)反應(yīng)，可使用純化的SiF4氣體物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生SiH4。在移除SiF4氣體之后，殘留產(chǎn)物可能是熔融物質(zhì)，其在冷卻之后變?yōu)橐詿o(wú)定形硅石為主的玻璃、陶瓷或?；沾?。在一個(gè)實(shí)施方式中，殘留產(chǎn)物是具有嵌入氟原子的硅酸鈉 (Na2SiO3)玻璃或陶瓷(Na2SiO3(F)),并且在某些狀況下是結(jié)晶NaF的納米沉淀物或微沉淀物。當(dāng)反應(yīng)100的溫度升高到1200°C至1350°C的大致范圍時(shí)，SiF4氣體逸出增加(如上所示)并且獲得具有殘余氟的透明玻璃。意外發(fā)現(xiàn)由上述方程式O)中NaF與S^2的反應(yīng)生產(chǎn)的摻氟硅酸鈉玻璃或陶瓷具有有利特性，這些特性可能有許多工業(yè)用途。例如，對(duì)具有嵌入氟原子或離子和鈉離子的硅酸鈉玻璃的實(shí)驗(yàn)顯示，室溫下在硅酸鈉?；沾苫虿Ａ?nèi)的氟離子電導(dǎo)率非常高。發(fā)現(xiàn)鈉離子在室溫下具有類似高電導(dǎo)率。因而，具有嵌入氟原子或離子和鈉離子的摻氟硅酸鈉玻璃可用作氟離子導(dǎo)電材料或鈉離子導(dǎo)電材料。另外，觀察到摻氟硅酸鈉玻璃或陶瓷是抗氫氟酸(HF)溶液蝕刻的。因此，摻氟硅酸鈉玻璃或陶瓷可用于設(shè)計(jì)燃料電池或傳感器用的新薄膜、障壁、涂層、光學(xué)應(yīng)用或新電解質(zhì)。應(yīng)注意，由本文公開(kāi)的新穎工藝所產(chǎn)生的新?lián)椒杷徕c玻璃或陶瓷可以具有本發(fā)明范圍內(nèi)的額外應(yīng)用。應(yīng)注意，上述工藝并不僅局限于諸如二氧化硅的硅礦物。可將上述工藝推廣用于諸如Ge的其他半導(dǎo)體或諸如鋁(Al)、鎵(Ga), 10 (In)的金屬和諸如鈦(Ti)、釩(V)、鋯 (.Ir) M (Nb)鉬(Mo)鎢(W)和鉭(Ta)的過(guò)渡金屬以及甚至諸如B的非金屬。上述新穎工藝可用于各種工業(yè)工藝以再循環(huán)材料或防止浪費(fèi)。例如，圖2圖示了如應(yīng)用于生產(chǎn)高純度Si的工藝200中的本發(fā)明的高級(jí)工藝流程圖。應(yīng)注意，過(guò)程200同樣可應(yīng)用于生產(chǎn)Ti金屬的工藝。用于生產(chǎn)高純度硅的一個(gè)示例性工藝是通過(guò)使用如頒予 Angel Sanjurjo的美國(guó)專利第4，442，082號(hào)、頒予Nanis等人的美國(guó)專利第4，584，181號(hào)和頒予Angel Sanjurjo的美國(guó)專利第4，590，043號(hào)中所述的氟硅酸(H2SiF6)來(lái)進(jìn)行，這些美國(guó)專利全部以引用的方式并入本文中。簡(jiǎn)要論述由H2SiF6生產(chǎn)高純度Si的工藝將有助于讀者理解在一個(gè)實(shí)施方式中本發(fā)明的有效應(yīng)用。圖3中所圖示的總體工藝300由包含一系列步驟的三個(gè)主要操作構(gòu)成。 第一主要操作包括如圖3中步驟310方框所示的步驟由氟硅酸(H2SiF6)沉淀氟硅酸鈉 (Na2SiF6)的步驟，隨后產(chǎn)生四氟化硅氣體(SiF4)?；蛘撸赏ㄟ^(guò)用氟化氫(HF)來(lái)處理硅石或硅酸鹽獲得H2SiF6。由H2SiF6沉淀Na2SiF6包含由如下方程式(3)和圖3的子步驟312 所示的反應(yīng)方程式。方程式(3)=H2SiF6 (aq) +2NaF(c) = Na2SiF6 (c)+2HF (aq)在子步驟314中，將Na2SiF6過(guò)濾干燥。隨后，在步驟316中在加熱下使Na2SiF6熱分解。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將Na2SiF6加熱至大致650°C。用于Na2SiF6熱分解的反應(yīng)方程式由如下方程式(4)和圖3的子步驟316所示。方程式G) =Na2SiF6 (c) + 熱量=SiF4 (g) +2NaF (c)第二個(gè)主要操作包含如圖3中步驟320的方框所示的步驟優(yōu)選由鈉(Na)將SiF4 氣體還原為硅(Si)。將SiF4氣體還原為硅由如下方程式(5)和圖3的子步驟322所示。方程式(5)=SiF4 (g) +4Na(s/l/g) = Si (s/1)+4NaF (s/1)第三個(gè)主要操作涉及如圖3中步驟330的方框所示的步驟從Si和熔融氟化鈉 (NaF)的混合物中分離Si。上述操作中每個(gè)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)公開(kāi)于美國(guó)專利4，442，082、 4，584，181和4，590，043中，這些美國(guó)專利以引用的方式并入本文。此外，上述步驟僅作為例子提供而并不將其視為限制。以前，把從Si中分離的NaF包裝并且銷售。在某些狀況下，NaF可能轉(zhuǎn)變成HF，用于其他冶金熔劑應(yīng)用或用于水中或牙膏中加氟。在某些狀況下，可以簡(jiǎn)單地將NaF轉(zhuǎn)變成氟化鈣(CaF2)并且處理，但這導(dǎo)致較高的原材料成本和較低的收益。進(jìn)一步增加原材料成本的是生產(chǎn)SiF4氣體所需要的大量連續(xù)流的H2SiF6,其連續(xù)地將所需要的SiF4氣體饋送到包括上述工藝300的步驟320方框的第二主要操作。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將本發(fā)明用于上述工藝300以“關(guān)閉"NaF流，而非試圖包裝和銷售NaF、轉(zhuǎn)化NaF或處理NaF。在這種情況下，本發(fā)明也提供意外結(jié)果生產(chǎn)了具有與上述固態(tài)摻氟玻璃或陶瓷有關(guān)的有利特征和益處的固態(tài)摻氟玻璃、陶瓷或?；沾?。在圖2中圖示了此具體實(shí)施的一個(gè)實(shí)施方式。例如，步驟320和330的方框圖示于圖2的流程圖中。在一個(gè)實(shí)施方式中，熔融Na與SiF4氣體在反應(yīng)器202中反應(yīng)。Na用于將SiF4氣體還原為硅。反應(yīng)器202可以是適合于進(jìn)行上述反應(yīng)的任何反應(yīng)器。例如，反應(yīng)器可為諸如間歇式反應(yīng)器、半連續(xù)式反應(yīng)器或連續(xù)式反應(yīng)器或任何如美國(guó)專利4，442，082、 4，584，181和4，590，043所述的任何反應(yīng)容器，這些美國(guó)專利以引用的方式并入本文。用 Na將SiF4氣體還原為Si的上述工藝的反應(yīng)參數(shù)提供于美國(guó)專利4，442，082,4, 584，181和 4，590，043中，這些美國(guó)專利以引用的方式并入本文。熔融Na和SiF4氣體的反應(yīng)產(chǎn)生熔融NaF和Si。將熔融NaF與Si分離并且從反應(yīng)器202中移除，且隨后饋送入反應(yīng)器204中。可將二氧化硅(SiO2)(例如，純化或未純化的石英砂)饋送入具有熔融NaF的反應(yīng)器204中。如上所示，反應(yīng)器204可為適合于在上述溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熔融NaF與SiO2反應(yīng)的任何類型反應(yīng)器。例如，反應(yīng)器可為間歇式反應(yīng)器、半連續(xù)式反應(yīng)器或連續(xù)式反應(yīng)器等。隨后，可將反應(yīng)器204加熱以驅(qū)動(dòng)熔融NaF和SiO2W反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將熔融NaF和SW2加熱到約1000°C至約1500°C的大致范圍。如上所述，反應(yīng)產(chǎn)生SiF4氣體和具有嵌入氟離子和鈉離子的硅酸鈉玻璃或陶瓷(Na2SiO3)。值得注意地，由反應(yīng)器202中進(jìn)行的反應(yīng)所產(chǎn)生的能量相對(duì)于反應(yīng)器204中進(jìn)行的反應(yīng)所消耗的能量而言可能具有協(xié)同關(guān)系。例如，在反應(yīng)器202中Na和SiF4氣體的反應(yīng)完全是放熱的。在反應(yīng)器204中NaF和SiO2的反應(yīng)是吸熱的。因此，可以收集由在反應(yīng)器 202中進(jìn)行的反應(yīng)所釋放的能量和熱量并且用于加熱在反應(yīng)器204中進(jìn)行的反應(yīng)。因此，可以無(wú)需施加來(lái)自外部能源的額外能量來(lái)加熱NaF和S^2的反應(yīng)。例如，雖然圖2圖示了使用兩個(gè)分離的反應(yīng)器202和204，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將承認(rèn)在一個(gè)實(shí)施方式中可使用單個(gè)反應(yīng)器。因此，由Na和SiF4氣體的反應(yīng)所釋放的能量可用于加熱NaF和S^2的反應(yīng)。如上所述，SiF4氣體可從反應(yīng)器204移除并且在方框206處純化以移除任何雜質(zhì)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，可使用冷凝劑吸收器串來(lái)純化SiF4氣體。接著可將純化的SiF4氣體送回至反應(yīng)器202中以與Na反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)Si和NaF。值得注意地，本發(fā)明可用再循環(huán)已經(jīng)處于工藝200和300內(nèi)的材料來(lái)替代執(zhí)行圖3中步驟310方框的需要。因此，工藝200可連續(xù)地再循環(huán)通過(guò)用Na將SiF4氣體還原為Si而產(chǎn)生的熔融NaF以再產(chǎn)生更多SiF4。另外，在用于生產(chǎn)Si的上述工藝中極大地降低了原材料的成本，因?yàn)閷?duì)
及/或NaSiF6的需要減少到僅為補(bǔ)充所需的必需量。例如，僅需要少量的補(bǔ)充氟來(lái)替代由反應(yīng)器204中進(jìn)行的反應(yīng)所生產(chǎn)的摻氟硅酸鈉玻璃或陶瓷中損失的氟。另外，由于上述具有嵌入氟離子和鈉離子的硅酸鈉玻璃或陶瓷的意外特性，其需求量可能大于以前包裝和銷售的NaF需求量。因此，由于具有嵌入氟離子和鈉離子的硅酸鈉玻璃或陶瓷的有價(jià)值特性， 在上述工藝的情況下也可能再獲得更多收益。應(yīng)注意，圖2僅是可能從本發(fā)明獲得利益的工藝的一個(gè)特定實(shí)施例。也就是說(shuō)，應(yīng)承認(rèn)本發(fā)明可有效用于要求再循環(huán)鹵化物鹽以生產(chǎn)氟化物氣體的任何工藝。例如，如上所述，上述工藝可應(yīng)用于生產(chǎn)鈦金屬的工藝。圖4圖示了用于生產(chǎn)陶瓷的方法400的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，可如上所述參閱圖1實(shí)施方法400。方法400開(kāi)始于步驟402。在步驟404，方法400在反應(yīng)器中提供了鹽和氧化物。例如，鹽可以是從如上所述并且圖示于圖3中的高純度金屬的生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的鹽。氧化物可以是金屬氧化物或非金屬氧化物。在步驟406，方法400加熱反應(yīng)器以產(chǎn)生蒸氣和陶瓷。例如，蒸氣可以是SiF4氣體， 并且陶瓷可以是摻雜有氟離子的硅酸鈉陶瓷。如上所示，可將本發(fā)明應(yīng)用于其他金屬。例如，蒸氣可以是四氟化鈦OlF4),并且陶瓷可以是氟摻雜有的硅酸鈣(CaSiO3)陶瓷。在步驟408，方法400將蒸氣移除。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將該氣體移除，隨后再被循環(huán)回到工藝中用于生產(chǎn)高純度金屬。例如，圖2中圖示了再循環(huán)，其中純化并且再循環(huán) SiF4來(lái)與Na反應(yīng)以生產(chǎn)高純度Si。方法400結(jié)束于步驟410。圖5圖示了用于在高純度金屬的生產(chǎn)期間再循環(huán)鹽以生產(chǎn)陶瓷的方法500的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，高純度金屬的生產(chǎn)可類似于在圖3中所圖示的工藝。方法500開(kāi)始于步驟502。在步驟504，方法500提供從高純度金屬的生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的鹽。如上所示，在一個(gè)實(shí)施例中，在高純度Si的生產(chǎn)期間，可產(chǎn)生副產(chǎn)物NaF。
在步驟506，方法500提供氧化物。氧化物可以是金屬氧化物或非金屬氧化物。如上參閱圖2所述，在一個(gè)實(shí)施方式中，氧化物可以是可易于得到的金屬氧化物，例如純化或未純化的石英砂或SiO2。在步驟508，方法500在反應(yīng)器中加熱鹽和氧化物的混合物以產(chǎn)生氣體和陶瓷?？稍诮咏蛏踔脸^(guò)金屬熔點(diǎn)的溫度下加熱混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體可以是SiF4氣體，并且陶瓷可以是摻雜有氟離子的硅酸鈉陶瓷。如上所述，可將本發(fā)明應(yīng)用于其他金屬。 例如，蒸氣可能是TiF4并且陶瓷可以是具有氟摻雜的CaSiO3陶瓷。方法500包括任選的步驟510，步驟510在高純度金屬的生產(chǎn)中再循環(huán)蒸氣和氣體。例如，圖2中圖示了該再循環(huán)，其中純化并且再循環(huán)SiF4以與Na反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)高純度Si。 方法500結(jié)束于步驟512。圖6圖示了用于生產(chǎn)硅酸鈉玻璃的方法600的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，可如上參閱圖1所述來(lái)實(shí)施方法600。方法600開(kāi)始于步驟602。在步驟604，方法600在反應(yīng)器中提供氟化鈉(NaF)和未純化的硅砂(SiO2)，其中 NaF作為生產(chǎn)高純度金屬的過(guò)程的副產(chǎn)物提供。例如，如圖3中所圖示，NaF可以是來(lái)自生產(chǎn)高純度金屬(諸如Si)的工藝的副產(chǎn)物。反應(yīng)器可以是如上參閱圖2所述的任何類型的反應(yīng)器。在步驟606，方法600加熱反應(yīng)器以生產(chǎn)SiF4氣體和摻雜有氟離子的硅酸鈉玻璃 (Na2SiO3(F))。例如，可在相對(duì)于反應(yīng)器102的圖2中的上述溫度范圍內(nèi)加熱反應(yīng)器。方法600包括任選的步驟608，步驟608將SiF4再循環(huán)進(jìn)入工藝內(nèi)以生產(chǎn)高純度金屬。例如，圖2中圖示該再循環(huán)，其中純化并且再循環(huán)SiF4以與Na反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)高純度Si。 方法600結(jié)束于步驟610。實(shí)施例實(shí)施例1 將S^2和NaF粉末的混合物裝入石墨坩堝中，該石墨坩堝放置在氣密的、水冷式的、雙壁的石英反應(yīng)器內(nèi)。通過(guò)射頻電源(radio frequency power supply ；RF power supply)驅(qū)動(dòng)的射頻線圈(radio frequency coil ；RF coil)的感應(yīng)來(lái)直接加熱石墨坩堝和粉末混合物。接著將系統(tǒng)抽空以除去系統(tǒng)中任何殘余水分，然后加熱至1127°C。由電容式壓力計(jì)來(lái)測(cè)量形成的氣體壓力。所測(cè)壓力為60托。實(shí)施例2 如實(shí)施例1中那樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但溫度為1227°C。所得SiF4平衡壓力為 200托。圖7圖示摻氟硅酸鹽玻璃/陶瓷，而圖8圖示高倍放大材料。實(shí)施例3 如實(shí)施例1和實(shí)施例2中那樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但溫度為1327°C。所得壓力為 310 托。用于所涉及物質(zhì)的熱化學(xué)資料為眾所周知的，從而可通過(guò)使用基于吉布斯自由能最小化(the minimization of Gibbs Free Energy)設(shè)計(jì)的熱化學(xué)模型來(lái)估算所期望的壓力。結(jié)果概述于下表1中。表1、中性條件下物質(zhì)對(duì)4NaF+3Si&的計(jì)算分壓(大氣壓)
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)玻基陶瓷的方法，其包含在反應(yīng)器中提供鹽和氧化物；加熱所述反應(yīng)器以產(chǎn)生蒸氣和所述?；沾?；以及移除所述蒸氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鹽包含金屬氟化物，所述金屬氟化物具有以下通式AFx,其中χ是代表氟原子數(shù)目的整數(shù)，A包含第I族或第II族或鑭系元素，其包括鋰(Li)、 鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、·] (La)或鈰(Ce)中至少一種；以及其中所述氧化物包含固體并且具有以下通式BOy，其中y是代表氧原子數(shù)目的整數(shù)，B包含硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、硅(Si)、鍺 (Ge)、鈦(Ti)、鋯(Zr)或任何過(guò)渡金屬中至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化物包含石英砂。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蒸氣包含四氟化物蒸氣，所述四氟化物蒸氣包含所述氧化物的金屬。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述?；沾砂谝唤饘俸偷诙饘伲渲兴龅谝唤饘賮?lái)自于所述鹽并且所述第二金屬來(lái)自于所述氧化物。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中將氟原子或離子嵌入所述?；沾?。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱包含在1000攝氏度(°C)至約1700°C之間的溫度范圍下加熱所述反應(yīng)器。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱包含提供所述蒸氣和所述鹽的金屬的放熱反應(yīng)中釋放的能量來(lái)加熱所述反應(yīng)器。
9. 一種用于在高純度金屬的生產(chǎn)期間再循環(huán)鹽以生產(chǎn)陶瓷的方法，其包含提供在所述高純度金屬生產(chǎn)中作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的所述鹽；提供氧化物；以及在反應(yīng)器中加熱所述鹽和所述氧化物的混合物以產(chǎn)生氣體和所述陶瓷。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包含 在所述高純度金屬的所述生產(chǎn)中再循環(huán)所述氣體。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述鹽包含金屬氟化物，所述金屬氟化物具有以下通式AFx,其中χ是代表氟原子數(shù)目的整數(shù)，A包含第I族或第II族或鑭系元素，其包括鋰(Li)、 鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、·] (La)或鈰(Ce)中的至少一種；以及其中所述氧化物包含固體并且具有以下通式 BOy，其中y是代表氧原子數(shù)目的整數(shù)，B包含硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、硅(Si)、鍺 (Ge)、鈦(Ti)、鋯(Zr)或任何過(guò)渡金屬中的至少一種。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氧化物包含石英砂。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣體包含四氟化物氣體，所述四氟化物氣體包含所述氧化物的金屬。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述玻基陶瓷包含第一金屬和第二金屬，其中所述第一金屬來(lái)自于所述鹽并且所述第二金屬來(lái)自于所述氧化物。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中將氟原子或離子嵌入所述玻基陶瓷。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中加熱包含在1000攝氏度(V)至約1700°C之間的溫度范圍下加熱所述反應(yīng)器。
17.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述加熱包含提供所述氣體和所述鹽的金屬的放熱反應(yīng)中釋放的能量以加熱所述反應(yīng)器。
18.一種用于生產(chǎn)硅酸鈉玻璃的方法，其包含在反應(yīng)器中提供氟化鈉(NaF)和石英砂(SiO2),其中所述NaF是作為生產(chǎn)高純度金屬的過(guò)程的副產(chǎn)物來(lái)提供；以及加熱所述反應(yīng)器以產(chǎn)生四氟化硅氣體(SiF4)和所述摻雜有氟離子的硅酸鈉玻璃 (Na2SiO3(F))。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述SiF4再循環(huán)回到所述工藝中以生產(chǎn)所述高純度金屬。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中加熱包含在1000攝氏度(°C)至約1500°C之間的溫度范圍下加熱所述反應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及氟化物氣體和其等同物、摻氟硅酸鈉玻璃、陶瓷、?；沾珊推涞韧锏纳a(chǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括在反應(yīng)器中提供鹽和氧化物；加熱所述反應(yīng)器以產(chǎn)生蒸氣和所述玻基陶瓷；以及移除所述蒸氣。
文檔編號(hào)C03C3/112GK102164867SQ200980137673
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者安杰爾·桑賈喬, 羅凱洪 申請(qǐng)人:Sri國(guó)際公司