專利名稱：光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學試劑制備方法領域；特別是屬于光纖級四氯化硅制備方法領域。
背景技術：
四氯化硅是一種無色的有強烈味道的揮發(fā)性液體，其蒸氣比空氣重。四氯化硅特別易于與水、水蒸氣和酒精反應生成氯化氫(氣體)或者氯化氫氣霧，并放出大量的熱，HCl氣體與水混合對許多金屬有強腐蝕性。四氯化硅用于光導纖維生產(chǎn)中的PCVD生產(chǎn)工藝，在載基管中生產(chǎn)變質量的二氧化硅(SiO2，玻璃)沉積膜。
用于光纖的SiCl4的純度對光子傳遞損耗影響最大，主要的原因是某些吸光元素以及吸收光峰值與光子傳遞波長相近的干擾元素如過渡金屬離子銅、鐵、鈷、鎳、錳、釩以及氫氧根離子和膠體的存在。當玻璃中有4ppm的鐵和600ppb的銅時，吸收損耗至少也要達到120dB/Km。為了得到實用的低損耗光導纖維，康寧公司和貝爾研究所的權威人士提出過渡金屬的總濃度要小于1ppm，而個別離子的濃度要小于10ppb。為了降低光纖光子損耗，降低氫氧根離子的含量，除去SiHCl3、碳氫化合物等含氫化合物也是十分重要的。因為氫氧根離子有基頻和二、三、四次諧波頻率，在這些波長上都會出現(xiàn)吸收峰，尤其在1390nm附近的二次諧波吸收最為顯著，所以它對光子會產(chǎn)生很大的振動吸收；氫化合物在合成石英玻璃時，能與氧作用生成水蒸汽，在玻璃中擴散生成氫氧基，增加光的吸收損耗。因此，作為合成光導纖維材料的主要原料，四氯化硅必須經(jīng)過嚴格提純，以除去有害的過渡金屬、含氫化合物及膠體等雜質。
一般，光纖用SiCl4是由粗SiCl4反復提純獲得的。粗SiCl4可以由硅粉與氯氣直接合成，也可以從多晶硅制備過程中的副產(chǎn)物中分離以及技術報告之一提及的多種方法獲得。因此，粗SiCl4中雜質含量很高，并混有SiH2Cl2、HCl、SiHCl3、BCl3、FeCl3等多種化合物。我國硅鐵礦豐富，用硅鐵礦與氯氣反應可得粗SiCl4；而以硅鐵粉為原材料的四氯化硅粗品的提純方法尚無可考。
光纖級高純四氯化硅應滿足以下標準Crmax.1ppbFemax.5ppbComax.1ppbCumax.1ppbMnmax.0.5ppbNimax.2ppbV max.2ppbSiHCl3max.5ppm按照文獻報道，四氯化硅的提純方法主要有精餾法、吸附法、部分水解法及絡合法等等。各種方法具有不同的提純效果和選擇性，根據(jù)SiCl4粗品的組成，可以單獨使用，也可組合使用，即分離方法大致可劃分為物理方法和化學方法兩大類。
但是，無論是任何一種提純方法或已知多種方法的組合，從成本或純度上都不適合目前國內(nèi)生產(chǎn)的四氯化硅工業(yè)原料的工業(yè)化提純。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對國內(nèi)原材料和目標產(chǎn)品光纖級高純度四氯化硅的標準提供更為有效的光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)方法，包括以下步驟采用工業(yè)級的四氯化硅作為原料，經(jīng)第一次精餾，水處理，第二次精餾，再經(jīng)充裝工藝后獲得光纖級高純四氯化硅；其中第一次精餾將工業(yè)四氯化硅加入精餾釜后，全回流2小時，脫除游離氯；控制回流比為16∶1，塔頂溫度56-59℃，塔釜溫度70-80℃，塔頂排出低沸物；收集中間餾分用于后續(xù)處理；水處理用99.9999％高純氮氣將純水帶入裝有經(jīng)過第一次精餾后的四氯化硅，內(nèi)襯聚四氟的反應釜中；加水完畢后，減小氮氣流量，回流2小時；冷卻后過濾；第二次精餾將水處理后的四氯化硅中間體加入精餾釜后，控制回流比為16∶1，塔頂溫度56.5-57.5℃，塔釜溫度70-75℃，塔頂排出低沸物；5小時后，收集中間餾分用于罐裝。
所述的充裝過程是在產(chǎn)品充裝前，將儲罐、管道、閥門用高純酸、堿和水處理，并經(jīng)高純氮氣干燥；儲罐與四氯化硅系統(tǒng)堿、高純氮氣、真空系統(tǒng)連接后，先減壓，然后高純氮氣清洗10分鐘；充入四氯化硅清洗罐內(nèi)壁，再用氮氣壓出；如此重復三次后充裝純四氯化硅；充料后，通入0.06Mpa高純氮氣正壓保護。
經(jīng)過第一次次精餾的工業(yè)級四氯化硅中金屬含量相對而言已經(jīng)很低，如此低含量的含氫雜質和金屬雜質的脫除用簡單物理方法難以做到，選擇物理與化學方法聯(lián)合脫雜的生產(chǎn)工藝，取得了理想的結果。
以國產(chǎn)硅鐵粉和氯氣為基礎原料生產(chǎn)的四氯化硅(工業(yè)級)中含有的雜質有很多種，可能的雜質及其沸點數(shù)據(jù)列入下表。含氫化合物一氯三氫硅、四氫硅等沸點與產(chǎn)品四氯化硅的沸點相差較大，能夠用精餾方法除去，基本達到光纖級高純四氯化硅的質量要求，但是二氯二氫硅、三氯氫硅的沸點就與四氯化硅的沸點較相近，需要根據(jù)其性質選擇合適的方法除去；而其中一些金屬雜質的氯化物如三氯化硼、三氯化磷、三氯氧磷、三氯氧釩的沸點與四氯化硅的沸點比較接近，用簡單精餾方法處理還是難以達到光纖級高純四氯化硅的質量要求。

綜上所述，單一純化技術很難生產(chǎn)出合格的光纖級高純四氯化硅。所以本發(fā)明將物理和化學除雜方法結合起來，即以水處理(化學方法)為主、輔之以兼具吸附功能的惰性填料用于精餾(物理方法)理想地攻克了這一技術難題。
還需要注意的是對精餾裝置的惰性氣體保護、裝置和填料的材質、充裝工藝的完善進行必要的選擇也是非常重要的，否則難以獲得高純的光纖級四氯化硅。
經(jīng)此法生產(chǎn)的光纖級高純度四氯化硅具有以下品質
Cr 0.06ppbFe 0.4ppbCo 0.1ppbCu 0.2ppbMn 0.09ppbNi 0.08ppbV 0.2ppbSiHCl35ppm特別是鐵的含量＜1ppb，釩的含量＜0.5ppb，明顯超過了進口產(chǎn)品標準鐵的含量＜5ppb，釩的含量＜2ppb的要求，這對于如此高純度的產(chǎn)品是難能可貴的。
光纖級高純四氯化硅的進口價格大約在每噸5萬美金，采用本法可以大大降低此價格。實現(xiàn)四氯化硅的國產(chǎn)化、進一步降低光纖的生產(chǎn)成本，也是光纖制造業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。


圖1是光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)流程圖；圖2是根據(jù)圖1所示生產(chǎn)流程圖而設計的設備連接圖。其中1、原料罐，2、精餾釜，3、精餾塔，4、冷凝器，5、中間體儲罐，6、低沸餾分儲罐，7、通水處理釜，8、中間體儲罐，9、耐蝕合金釜，10、精餾塔，11、冷凝器，12、前餾分儲罐，13、產(chǎn)品儲罐，14、冷凝器，15、帶水氮氣或氮氣儲罐，16、板式壓濾器。
具體實施例方式
下面參照附圖，對本發(fā)明的工藝方法作進一步描述參見圖1，光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)方法，包括以下步驟工業(yè)級的四氯化硅經(jīng)第一次精餾，水處理工藝，第二次精餾，再經(jīng)充裝后得到光纖級高純四氯化硅。
參見圖2，敘述生產(chǎn)過程如下第一次精餾設備連接原料罐1與精餾釜2通過管道連通，精餾釜2與精餾塔3相通，精餾塔3通過管道連通低沸餾分儲罐6，同時精餾塔3與冷凝器4通過管道連通，冷凝器4與中間體儲罐5通過管道連通；采用高純不銹鋼柱孔塔板式精餾塔3，塔高為10米；將裝在原料罐1里的工業(yè)四氯化硅加入精餾釜2后，在全精餾塔3內(nèi)回流2小時，脫除游離氯；控制回流比為16∶1，塔頂溫度56-59℃，精餾釜溫度70-80℃，塔頂排出的低沸物進入低沸餾分儲罐6；2小時后，收集中間餾分進入中間體儲罐5用于后續(xù)處理；水處理設備連接通水處理釜7一出口端通往中間體儲罐5，另一出口端和冷凝器14相通，帶水氮氣或氮氣儲罐15通過管道與通水處理釜7相連，板式壓濾器16的一端通過管道與通水處理釜7相連，另一端通過管道與中間體儲罐8相通；通水后的含新生成硅膠的四氯化硅處理液壓入過濾器中，過濾后的濾液進入儲罐8。用99.9999％高純氮氣將純水帶入裝有經(jīng)過第一次精餾處理后的四氯化硅，內(nèi)襯聚四氟的水處理釜7中；加水完畢后，減小氮氣流量，回流2小時；冷卻后過濾，過濾后的四氯化硅中間體進入中間體儲罐8；第二次精餾設備連接精餾釜9與精餾塔10相通，精餾塔10通過管道連通前餾分儲罐12，同時精餾塔10與冷凝器11通過管道連通，冷凝器11與產(chǎn)品儲罐13通過管道連通。采用高純不銹鋼柱填料精餾塔10，塔高為20米，填料為高純不銹鋼球，將前次精餾的四氯化硅中間體加入精餾釜后，控制回流比為16∶1，塔頂溫度56.5-57.5℃，塔釜溫度70-75℃，塔頂排出低沸物進入前餾分儲罐；5小時后，收集中間餾分進入產(chǎn)品儲罐13用于罐裝。
充裝產(chǎn)品充裝前，將儲罐、管道、閥門用高純酸、堿和水處理，并經(jīng)高純氮氣干燥；儲罐與四氯化硅系統(tǒng)堿、高純氮氣、真空系統(tǒng)連接后，先減壓，然后高純氮氣清洗10分鐘；充入四氯化硅清洗罐內(nèi)壁，再用氮氣壓出；如此重復三次后充裝純四氯化硅；充料后，通入0.06Mpa高純氮氣正壓保護。
得到光纖級高純度四氯化硅。
權利要求
1.光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)方法，包括以下步驟采用工業(yè)級的四氯化硅作為原料，經(jīng)第一次精餾，水處理，第二次精餾，再經(jīng)充裝后獲得光纖級高純四氯化硅；其中第一次精餾將工業(yè)四氯化硅加入精餾釜后，全回流2小時，脫除游離氯；控制回流比為16∶1，塔頂溫度56-59℃，塔釜溫度70-80℃，塔頂排出低沸物；收集中間餾分用于后續(xù)處理；水處理用99.9999％高純氮氣將純水帶入裝有經(jīng)過第一次精餾后的四氯化硅，內(nèi)襯聚四氟的反應釜中；加水完畢后，減小氮氣流量，回流2小時；冷卻后過濾；第二次精餾將水處理后的四氯化硅中間體加入精餾釜后，控制回流比為16∶1，塔頂溫度56.5-57.5℃，塔釜溫度70-75℃，塔頂排出低沸物；5小時后，收集中間餾分用于罐裝。
2.光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的充裝過程是在產(chǎn)品充裝前，將儲罐、管道、閥門用高純酸、堿和水處理，并經(jīng)高純氮氣干燥；儲罐與四氯化硅系統(tǒng)堿、高純氮氣、真空系統(tǒng)連接后，先減壓，然后高純氮氣清洗10分鐘；充入四氯化硅清洗罐內(nèi)壁，再用氮氣壓出；如此重復三次后充裝純四氯化硅；充料后，通入0.06Mpa高純氮氣正壓保護。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學試劑制備方法領域。光纖級高純度四氯化硅生產(chǎn)方法，包括以下步驟采用工業(yè)級的四氯化硅作為原料，經(jīng)第一次精餾，水處理，第二次精餾，再經(jīng)充裝工藝后獲得光纖級高純四氯化硅。光纖級高純四氯化硅的進口價格大約在每噸5萬美金，采用本方法可以大大降低此價格。實現(xiàn)四氯化硅的國產(chǎn)化、進一步降低光纖的生產(chǎn)成本，也是光纖制造業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。
文檔編號C01B33/08GK1958445SQ200510015848
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權日2005年11月3日
發(fā)明者張嚴 申請人:天津市茂通精細化工技術有限公司