專利名稱：一種用氟硅酸鈣制備四氟化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備四氟化硅的方法，尤其是涉及一種以水合氟硅酸鈣為原料制備四氟化硅的方法。
背景技術(shù)：
四氟化硅，分子式為SiF4,在電子和半導(dǎo)體行業(yè)中應(yīng)用廣泛。主要用于氮化硅、硅化鉬等的蝕刻劑、P型摻雜劑、外延沉積擴(kuò)散硅源等，還可用于制備電子級(jí)硅烷或硅。四氟化硅還可用作光導(dǎo)纖維用高純石英玻璃的原料，其在高溫火焰中水解可產(chǎn)生具有高比表面積的熱沉二氧化硅。此外，四氟化硅還廣泛用于制備太陽能電池，氟硅酸和氟化鋁，化學(xué)分析用氟化劑，油井鉆探、鎂合金澆鑄用催化劑、蒸熏劑、水泥和人造大理石的硬化劑以及有機(jī)硅化合物的合成材料等方面?，F(xiàn)有的四氟化硅的制備方法主要有硫酸法、氟硅酸法、氫氟酸法、氟硅酸鈉法。硫酸法采用硫酸、螢石、二氧化硅高溫反應(yīng)，腐蝕嚴(yán)重、能耗高，生產(chǎn)的四氟化硅氣體中易含硅氧烷等雜質(zhì)，在精制四氟化硅過程中不易除去，同時(shí)還副產(chǎn)含氟廢渣；氟硅酸法由氟硅酸和濃硫酸反應(yīng)而得，使用硫酸對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，還副產(chǎn)含氟廢液；中國發(fā)明專利名稱為一種四氟化硅的制備方法(公開號(hào)為CN101481113)，公開了用氟硅酸與氧化鎂反應(yīng)10-60分鐘，再在25-55°C下氣鼓動(dòng)1-3小時(shí)，最后在200-300°C下煅燒1_2小時(shí)得到四氟化硅，減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕，但是該方法中氧化鎂較稀缺，較貴，用氧化鎂制備四氟化硅成本較高，且四氟化硅收率相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能、環(huán)保、低成本、產(chǎn)品純度高的四氟化硅的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種四氟化硅的制備方法，以水合氟硅酸鈣為原料，包括以下步驟
(1)脫水將水合氟硅酸鈣預(yù)熱后送入脫水反應(yīng)器，在壓力為0.05 0. 5MPaG，溫度為 100-220°C的條件下，干燥60 150min，得到水份含量低于1. 5wt%的固體粉末狀的六氟硅酸鈣；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟硅酸鈣送入中間儲(chǔ)罐，將四氟化硅氣體充入中間儲(chǔ)罐除去六氟硅酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然后送入裂解反應(yīng)器，在壓力為0. 05 0. 5MPaG，溫度為220-400°C的條件下，熱解60 150min，得到四氟化硅粗產(chǎn)品和氟化鈣；
(3)純化將步驟(2)得到的四氟化硅粗產(chǎn)品冷卻到50 100°C后，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化硅中所含的水分，得到純度大于99%的四氟化硅產(chǎn)品。步驟(1)中將所述的預(yù)熱溫度為60°C 100°C。步驟(1)中水合氟硅酸鈣脫水最佳操作條件為溫度170°C，干燥時(shí)間90min。步驟(2)中六氟硅酸鈣熱解熱解最佳操作條件為溫度380°C，熱解時(shí)間80min。
將步驟(2)得到的氟化鈣送入氟化鈣冷卻器并將氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用于預(yù)熱原料水合氟硅酸鈣，將氟化鈣冷卻到50°C后得到氟化鈣產(chǎn)品。本發(fā)明的反應(yīng)式為CaSiFi,· ^ILO^CaSii·,, +L'iLO CaSiF6 ι；；；；；......;·ρ· SiF4 +CaF2 0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用水合氟硅酸鈣為原料， 經(jīng)100-220 V干燥脫水60 150min，得到含水量低于1. 5wt%的六氟硅酸鈣，然后在 220-4000C的條件下，熱解60 150min后經(jīng)提純得到四氟化硅，此方法工藝過程簡(jiǎn)單，節(jié)能、環(huán)保、設(shè)備腐蝕輕，生產(chǎn)成本降低，而且生產(chǎn)得到的氟化硅產(chǎn)品純度高。將氟化鈣送入氟化鈣冷卻器并將氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用于預(yù)熱原料水合氟硅酸鈣，將氟化鈣冷卻到50°C后得到氟化鈣產(chǎn)品，可提高能量利用效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綜合利用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例3的工藝流程圖。
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
本發(fā)明一種四氟化硅的制備方法，以水合氟硅酸鈣為原料，包括以下步驟
(1)脫水將水合氟硅酸鈣預(yù)熱后送入脫水反應(yīng)器，在壓力為0.05 MPaG，溫度為100°C 的條件下，干燥150min，得到水份含量為1. 5wt%的固體粉末狀的六氟硅酸鈣，該六氟硅酸鈣從脫水反應(yīng)器底部排出，脫水反應(yīng)器頂部排出分解產(chǎn)生的水蒸氣和少量固體顆粒，經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后冷卻得到冷凝水；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟硅酸鈣送入中間儲(chǔ)罐，將四氟化硅氣體充入中間儲(chǔ)罐除去六氟硅酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣(其中四氟化硅充入量為保證所述的六氟硅酸鈣的空氣含量低于lOOppm，)，然后送入裂解反應(yīng)器，然后送入裂解反應(yīng)器，在壓力為 0. 05 MPaG，溫度為220°C的條件下，熱解150min，得到四氟化硅粗產(chǎn)品和氟化鈣；
(3)純化將步驟(2)得到的四氟化硅粗產(chǎn)品冷卻到50°C后，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化硅中所含的水分，得到純度大于99%的四氟化硅產(chǎn)品。實(shí)施例2
本發(fā)明一種四氟化硅的制備方法，以水合氟硅酸鈣為原料，包括以下步驟
(1)脫水將水合氟硅酸鈣預(yù)熱到60°C后送入脫水反應(yīng)器，在壓力為0.2 MPaG，溫度為 170°C的條件下，干燥90min，得到水份含量為1. 5wt%的固體粉末狀的六氟硅酸鈣，該六氟硅酸鈣從脫水反應(yīng)器底部排出，脫水反應(yīng)器頂部排出分解產(chǎn)生的水蒸氣和少量固體顆粒， 經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后冷卻得到冷凝水；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟硅酸鈣送入中間儲(chǔ)罐，將四氟化硅氣體充入中間儲(chǔ)罐除去六氟硅酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然后送入裂解反應(yīng)器，然后送入裂解反應(yīng)器，在壓力為0. 2 MPaG，溫度為380°C的條件下，熱解80min，得到四氟化硅粗產(chǎn)品和氟化鈣；(3)純化將步驟(2)得到的四氟化硅粗產(chǎn)品冷卻到50°C后，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化硅中所含的水分，得到純度大于99%的四氟化硅產(chǎn)品。
實(shí)施例3
本發(fā)明一種四氟化硅的制備方法，以水合氟硅酸鈣為原料，包括以下步驟(如圖3所
示)
(1)脫水將水合氟硅酸鈣經(jīng)氟化鈣冷卻器預(yù)熱到100°c后送入脫水反應(yīng)器，在壓力為 0. 5MPaG,溫度為220°C的條件下，干燥60min，得到水份含量為1. 5wt%的固體粉末狀的六氟硅酸鈣，該六氟硅酸鈣從脫水反應(yīng)器底部排出，脫水反應(yīng)器頂部排出分解產(chǎn)生的水蒸氣和少量固體顆粒；
(2)熱解將步驟(1)得到的六氟硅酸鈣送入中間儲(chǔ)罐，將四氟化硅氣體充入中間儲(chǔ)罐除去六氟硅酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然后送入裂解反應(yīng)器，然后送入裂解反應(yīng)器，在壓力為0. 5MPaG，溫度為400°C的條件下，熱解60min，得到四氟化硅粗產(chǎn)品和氟化鈣；
(3)純化將步驟(2)得到的四氟化硅粗產(chǎn)品冷卻到50°C后，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去四氟化硅中所含的水分，得到純度大于99%的四氟化硅產(chǎn)品；
(4)將步驟(2)得到的氟化鈣送入氟化鈣冷卻器并將氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用于預(yù)熱原料水合氟硅酸鈣，將氟化鈣冷卻到50°C后得到氟化鈣產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種四氟化硅的制備方法，以水合氟硅酸鈣為原料，其特征在于包括以下步驟(1)脫水將水合氟硅酸鈣預(yù)熱后送入脫水反應(yīng)器，在壓力為0.05 0. 5MPaG，溫度為 100-220°C的條件下，干燥60 150min，得到水份含量低于1. 5wt%的固體粉末狀的六氟硅酸鈣；(2)熱解將步驟(1)得到的六氟硅酸鈣送入中間儲(chǔ)罐，將四氟化硅氣體充入中間儲(chǔ)罐除去六氟硅酸鈣固體粉末中的空氣和少量水蒸氣，然后送入裂解反應(yīng)器，在壓力為0. 05 0. 5MPaG，溫度為220-400°C的條件下，熱解60 150min，得到四氟化硅粗產(chǎn)品和氟化鈣；(3)四氟化硅提純將步驟(2)得到的四氟化硅粗產(chǎn)品冷卻到50 100°C后，送入洗滌塔，通過濃硫酸洗滌除去水分，得到純度大于99%的四氟化硅產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化硅的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的預(yù)熱溫度為60°C 100°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化硅的制備方法，其特征在于步驟(1)中水合氟硅酸鈣干燥脫水最佳條件為溫度170°C，干燥時(shí)間90min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化硅的制備方法，其特征在于步驟(2)中六氟硅酸鈣熱解熱解最佳條件為溫度為380°C，熱解時(shí)間80min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化硅的制備方法，其特征在于將步驟(2)得到的氟化鈣送入氟化鈣冷卻器，將所述的氟化鈣冷卻釋放的熱量回收用于預(yù)熱原料水合氟硅酸鈣，將所述的氟化鈣冷卻到50°C后得到氟化鈣產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明一種四氟化硅的制備方法，以水合氟硅酸鈣為原料，特點(diǎn)是包括以下步驟將水合氟硅酸鈣預(yù)熱到60～100℃后，在壓力為0.05～0.5MPaG，溫度為100～220℃的條件下，干燥60～150min得到水份含量低于1.5wt%的固體粉末狀的氟硅酸鈣的步驟；將氟硅酸鈣送入中間儲(chǔ)罐，然后送入裂解反應(yīng)器，在壓力為0.05～0.5MPaG，溫度為220-420℃的條件下，熱解60～150min，得到四氟化硅粗產(chǎn)品的步驟；將四氟化硅粗產(chǎn)品送入硫酸洗滌塔，洗滌除去水分得到純度可達(dá)99%的四氟化硅產(chǎn)品的步驟，其優(yōu)點(diǎn)是，工藝過程簡(jiǎn)單，減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕，節(jié)能、環(huán)保、低成本，提高了四氟化硅的純度。
文檔編號(hào)C01B33/107GK102390835SQ20111023700
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者王宇光, 苗延軍, 谷新春, 陳巖, 馬文華 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