專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用石英砂法制備四氟化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四氟化硅的制備方法，具體涉及一種以金屬氟化物和二氧化硅為原料 用石英砂法制備四氟化硅的方法。
背景技術(shù)：
四氟化硅(SiF4)，在多晶硅行業(yè)中主要用于制備硅烷。四氟化硅也可以用來(lái)處理 干燥混凝土部件，能改進(jìn)混凝土的防水性、耐腐蝕性和耐磨性。高純的四氟化硅更是電子工 業(yè)中一種重要原料，被廣泛應(yīng)用于光纖、半導(dǎo)體和太陽(yáng)能電池。制備四氟化硅的方法主要有石英砂法和氟硅酸熱解法。石英砂法是以硅源(如石 英砂，主要成份為二氧化硅)和金屬氟化物(如NaAlF4，CaF2等)為原料，在硫酸作用下生 成四氟化硅。如公開(kāi)號(hào)為CN101544374，名稱(chēng)為一種制備四氟化硅的方法的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)， 就公開(kāi)了以四氟化鋁鈉和硅源為原料，與硫酸一起在240-350°C條件下，三種成份一步法反 應(yīng)得到四氟化硅，該發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的反應(yīng)過(guò)程控制難，原料轉(zhuǎn)化率低，四氟化硅產(chǎn)品中雜質(zhì) 含量高，四氟化硅純度低，混有較多的六氟二甲硅醚(SiF3)20。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種原料轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品純度高，雜質(zhì)少，反應(yīng)過(guò)程 易控制的用石英砂法制備四氟化硅的方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種用石英砂法制備四氟化硅的 方法，其原料包括金屬氟化物和二氧化硅，包括下述步驟1)在爐溫為300 400°C條件下，將金屬氟化物在煅燒爐中煅燒活化2 10分鐘， 得到活化金屬氟化物；2)將上述活化金屬氟化物放入氟化氫反應(yīng)爐中，加入重量百分濃度不低于95% 的濃硫酸，所述濃硫酸與所述金屬氟化物的摩爾比為1 3 1，反應(yīng)1 5分鐘得到氟化 氫氣體，濃度較高的濃硫酸可以降低氟化氫氣體的水分；3)將上述氟化氫氣體，先在洗滌塔用重量百分濃度不低于95%的濃硫酸洗滌，再 在冷凝器中冷卻為_(kāi)8°C的氟化氫液體，洗滌可以進(jìn)一步降低氟化氫氣體的水分，液態(tài)氟化 氫在四氟化硅反應(yīng)中，氟化氫的浪費(fèi)也較少，反應(yīng)也易控；4)將二氧化硅和重量百分濃度為80 90%的硫酸，按重量比1 4 19預(yù)混， 制成二氧化硅預(yù)混漿料；該比例預(yù)混漿料可以將二氧化硅均勻分散在硫酸中，使二氧化硅 的流動(dòng)性較好，可以讓二氧化硅與氟化氫得到較好反應(yīng)，也可以讓六氟二甲硅醚等雜質(zhì)生 成就少；5)將上述二氧化硅預(yù)混漿料和氟化氫液體與重量百分濃度為80 90 %的硫酸， 按重量比3 4 25的比例，放入四氟化硅反應(yīng)器中，在60 90°C條件下，反應(yīng)1.5 2. 5小時(shí)，得到四氟化硅氣體；以較高濃度的硫酸為反應(yīng)溶劑，產(chǎn)物四氟化硅氣體中水分就 較少，流動(dòng)性好的二氧化硅與液態(tài)的氟化氫接觸較好，反應(yīng)產(chǎn)物基本生成四氟化硅，該濃度
3的硫酸和配比即可以使二氧化硅較好流動(dòng)，又可以讓六氟二甲硅醚等雜質(zhì)生成較少，上述 原料重量配比，可以使HF SiO2摩爾比不低于4 1，二氧化硅基本得到反應(yīng)，原料浪費(fèi)就 較少；6)將上述四氟化硅氣體在洗滌塔用重量百分濃度80 90%的硫酸洗滌，洗滌后 壓縮儲(chǔ)存該四氟化硅氣體，洗滌使產(chǎn)物四氟化硅氣體中水分降低。所述的金屬氟化物為氟化鈣，在步驟2中，所述濃硫酸與所述氟化鈣的摩爾比為 1.2 1.6 1，H2SO4 CaF2 > 1 1，就可以將氟較充分轉(zhuǎn)化為氟化氫。所述的金屬氟化物為四氟化鋁鈉，在步驟2中，所述濃硫酸與所述四氟化鋁鈉的 摩爾比為2. 3 2. 8 LH2SO4 NaAlF4 > 2 1，可以將氟較充分轉(zhuǎn)化為氟化氫。氟化鈣 和四氟化鋁鈉也可以為其它金屬氟化物替代。在步驟4中，所述硫酸的濃度為83 86%，所述二氧化硅和所述硫酸的重量比 1 8 12，該濃度的硫酸和配比，讓二氧化硅的流動(dòng)性和硫酸用量都較合理。在步驟5中，所述硫酸的濃度為83 86%，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，該濃度的硫酸對(duì)二 氧化硅的較好流動(dòng)和六氟二甲硅醚等雜質(zhì)較少生成都較合理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)第一步是先將金屬氟化物煅燒活化，活 化金屬氟化物與濃硫酸反應(yīng)得到氟化氫氣體，氟化氫氣體經(jīng)洗滌和冷卻得到氟化氫液體， 同時(shí)將二氧化硅與硫酸混合為二氧化硅預(yù)混漿料，第二步是將氟化氫液體、二氧化硅預(yù)混 漿料與硫酸混合反應(yīng)得到四氟化硅氣體；這樣通過(guò)先制氟化氫液體和二氧化硅預(yù)混漿料， 再將氟化氫液體、二氧化硅預(yù)混漿料與硫酸混合進(jìn)行四氟化硅反應(yīng)的二步方法，由于氟化 氫是以液體與流動(dòng)性好二氧化硅反應(yīng)，氟化氫與二氧化硅接觸較充分，由于是液固反應(yīng)，反 應(yīng)過(guò)程也比氣固反應(yīng)得到更好的控制，氟化氫的浪費(fèi)就較少，反應(yīng)產(chǎn)物也基本生成四氟化 硅，加上較高濃度的硫酸和較多配比使六氟二甲硅醚等雜質(zhì)就較少生成，所以得到的四氟 化硅純度就較高，二氧化硅預(yù)混漿料與氟化氫液體較好配比和充分接觸方式可以讓二氧化 硅反應(yīng)較完全，所以原料轉(zhuǎn)化率較高。因此本發(fā)明是一種原料轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品純度高，雜質(zhì) 少，反應(yīng)過(guò)程易控制的用石英砂法制備四氟化硅的方法。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其主原料包括氟化鈣和二氧化硅，由下述 二步法制備得到。第一步在爐溫為300 400°C條件下，先將氟化鈣在煅燒爐中煅燒活化2 10分 鐘，得到活化氟化鈣，再將活化氟化鈣放入氟化氫反應(yīng)爐中，加入重量百分濃度不低于95% 的濃硫酸，濃硫酸與氟化鈣的摩爾比為1. 2 1. 6 1，反應(yīng)1 5分鐘得到氟化氫氣體， 將氟化氫氣體先在洗滌塔用重量百分濃度不低于95%的濃硫酸噴淋洗滌，再在冷凝器中冷 卻為_(kāi)8°C的氟化氫液體。同時(shí)將二氧化硅和重量百分濃度為83 86%的硫酸，按重量比 1 8 12預(yù)混，制成二氧化硅預(yù)混漿料。第二步將上述二氧化硅預(yù)混漿料和氟化氫液體與重量百分濃度為83 86%的 硫酸，按重量比3 4 25的比例，放入四氟化硅反應(yīng)器中，在60 90°C條件下，反應(yīng)2小時(shí)，得到四氟化硅氣體，將四氟化硅氣體在洗滌塔用重量百分濃度80 90%的硫酸噴淋洗 滌，洗滌后壓縮儲(chǔ)存該四氟化硅氣體。實(shí)施例2一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其主原料包括四氟化鋁鈉和二氧化硅，由 下述二步法制備得到。第一步在爐溫為300 400°C條件下，先將四氟化鋁鈉在煅燒爐中煅燒活化2 10分鐘，得到活化四氟化鋁鈉，再將活化四氟化鋁鈉放入氟化氫反應(yīng)爐中，加入重量百分濃 度不低于95%的濃硫酸，濃硫酸與四氟化鋁鈉的摩爾比為2. 3 2. 8 1，反應(yīng)1 5分 鐘得到氟化氫氣體，將氟化氫氣體先在洗滌塔用重量百分濃度不低于95%的濃硫酸噴淋洗 滌，再在冷凝器中冷卻為_(kāi)8°C的氟化氫液體。同時(shí)將二氧化硅和重量百分濃度為80 90% 的硫酸，按重量比1 4 8預(yù)混，制成二氧化硅預(yù)混漿料。第二步將上述二氧化硅預(yù)混漿料和氟化氫液體與重量百分濃度為80 90% 的硫酸，按重量比3 4 25的比例，放入四氟化硅反應(yīng)器中，在60 90°C條件下，反應(yīng) 1. 5 2. 5小時(shí)，得到四氟化硅氣體，將四氟化硅氣體在洗滌塔用重量百分濃度80 90% 的硫酸噴淋洗滌，洗滌后壓縮儲(chǔ)存該四氟化硅氣體。上述實(shí)施例2中，二氧化硅和重量百分濃度為80 90%的硫酸，也可以按重量比 1 8 12預(yù)混或1 13 19預(yù)混，在此不——列舉。上述實(shí)施例中氟化鈣和四氟化鋁鈉也可以用其它金屬氟化物替代，金屬氟化物與 濃硫酸的配比以S F2為摩爾比基準(zhǔn)配比，在此不一一列舉。在實(shí)際生產(chǎn)中，二氧化硅預(yù)混漿料與氟化氫液體要以HF SiO2摩爾比約大于 4 1進(jìn)行配比，這樣二氧化硅就可以得到較好反應(yīng)。
權(quán)利要求
一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其原料包括金屬氟化物和二氧化硅，其特征在于包括下述步驟1)在爐溫為300～400℃條件下，將金屬氟化物在煅燒爐中煅燒活化2～10分鐘，得到活化金屬氟化物；2)將上述活化金屬氟化物放入氟化氫反應(yīng)爐中，加入重量百分濃度不低于95％的濃硫酸，所述濃硫酸與所述金屬氟化物的摩爾比為1～3∶1，反應(yīng)1～5分鐘得到氟化氫氣體；3)將上述氟化氫氣體，先在洗滌塔用重量百分濃度不低于95％的濃硫酸洗滌，再在冷凝器中冷卻為 8℃的氟化氫液體；4)將二氧化硅和重量百分濃度為80～90％的硫酸，按重量比1∶4～19預(yù)混，制成二氧化硅預(yù)混漿料；5)將上述二氧化硅預(yù)混漿料和氟化氫液體與重量百分濃度為80～90％的硫酸，按重量比3∶4∶25的比例，放入四氟化硅反應(yīng)器中，在60～90℃條件下，反應(yīng)1.5～2.5小時(shí)，得到四氟化硅氣體；6)將上述四氟化硅氣體在洗滌塔用重量百分濃度80～90％的硫酸洗滌，洗滌后壓縮儲(chǔ)存該四氟化硅氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其特征在于所述的金屬 氟化物為氟化鈣，在步驟2中，所述濃硫酸與所述氟化鈣的摩爾比為1.2 1.6 1。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其特征在于所述的金 屬氟化物為四氟化鋁鈉，在步驟2中，所述濃硫酸與所述四氟化鋁鈉的摩爾比為2. 3 2. 8 . 1o
4.如權(quán)利要求1所述的一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其特征在于在步驟4中， 所述硫酸的濃度為83 86%，所述二氧化硅和所述硫酸的重量比1 8 12。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其特征在于在步驟5中， 所述硫酸的濃度為83 86%，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用石英砂法制備四氟化硅的方法，其原料包括金屬氟化物和二氧化硅，通過(guò)第一步是先將金屬氟化物煅燒活化，活化金屬氟化物與濃硫酸反應(yīng)得到氟化氫氣體，氟化氫氣體經(jīng)洗滌和冷卻得到氟化氫液體，同時(shí)將二氧化硅與硫酸混合為二氧化硅預(yù)混漿料，第二步是將氟化氫液體、二氧化硅預(yù)混漿料與硫酸混合反應(yīng)得到四氟化硅氣體；本發(fā)明是一種原料轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品純度高，雜質(zhì)少，反應(yīng)過(guò)程易控制的用石英砂法制備四氟化硅的方法。
文檔編號(hào)C01B33/107GK101920962SQ20101023989
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者孟啟貴, 李國(guó)華, 楊建松, 梁正, 沈鐵孟, 陳發(fā)揮 申請(qǐng)人:化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院寧波工程有限公司