專利名稱：一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)化工領(lǐng)域，涉及一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法。
背景技術(shù)：
四氯化硅是多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)生量最大的副產(chǎn)物，未經(jīng)處理回收的四氯化硅是一種具有強(qiáng)腐蝕性的有毒有害液體，對安全和環(huán)境危害很大。2010年，我國多晶硅產(chǎn)量達(dá)4萬噸左右，副產(chǎn)物四氯化硅約為60萬噸。大量的四氯化硅的后處理問題已經(jīng)成為制約多晶硅行業(yè)發(fā)展的瓶頸。近年來，多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅后處理主要有三種方法一是氫化還原生產(chǎn)三氯氫硅法，這種方法雖然能回收利用一部分四氯化硅，但該技術(shù)目前還存在著三氯氫硅收率低、生產(chǎn)成本高、項目投資大高等問題；二是利用四氯化硅生產(chǎn)高附加值的氣相法白炭黑。 氣相法白炭黑附加值高，用途廣，用四氯化硅制備氣相法白炭黑技術(shù)是有效利用四氯化硅的理想方法。但白炭黑市場容量有限，單純采用氣相法白炭黑技術(shù)無法大量的四氯化硅；三是直接水解法生成稀鹽酸和二氧化硅。中國發(fā)明專利CN101591018A提出將四氯化硅和稀鹽酸及新鮮水在反應(yīng)器中反應(yīng)，生成氯化氫氣體和二氧化硅。該工藝處理一定量的四氯化硅需要大量的水或稀鹽酸，并且生成的氯化氫氣體需鹽酸增濃后再解析得到，因此該工藝過程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)提供一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，該方法工藝過程簡單，成本低，便于生產(chǎn)實施。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，它包括以下步驟將添加劑和表面活性劑加入到含質(zhì)量濃度為5% -30%的鹽酸水溶液的密閉反應(yīng)釜中，然后在密閉反應(yīng)釜中再加入四氯化硅，所述四氯化硅通入量控制在O. 4-0. 9m3/h，控制溫度在20-50°C下進(jìn)行水解反應(yīng)，生成硅溶膠和氯化氫氣體，所述氯化氫氣體經(jīng)干燥后回收利用。所述硅溶膠經(jīng)過靜置陳化形成二氧化硅沉淀，將所述二氧化硅沉淀進(jìn)行過濾、洗滌除去殘留的添加劑；洗滌后的二氧化硅膠體經(jīng)干燥后得到沉淀白炭黑(二氧化硅)。所述的添加劑陰離子為硫酸根和/或氯離子構(gòu)成的無機(jī)鹽中的一種或兩種，所述的添加劑陽離子為鈉離子、鎂離子、鈣離子和/或銨離子構(gòu)成的無機(jī)鹽中的一種或兩種。所述添加劑的量為反應(yīng)物總重量的3-20%。所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或0P-10 (烷基酚聚氧
3乙烯醚)中的一種。所述表面活性劑的量為反應(yīng)物總重量的2_5%。所述四氯化娃的量為反應(yīng)物總重量5-35%。優(yōu)選的，所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，它還包括以下步驟將洗滌的水配制成添加劑溶液循環(huán)使用。優(yōu)選的，所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，它還包括以下步驟所述的反應(yīng)生成的氯化氫氣體回收用于生產(chǎn)三氯氫硅或PVC。優(yōu)選的，所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，所述添加劑的量為反應(yīng)物總重量的10-15%。優(yōu)選的，所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，所述表面活性劑的量為反應(yīng)物總重量的3-4%。優(yōu)選的，所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，所述四氯化娃的量為反應(yīng)物總重量15-20%。優(yōu)選的，所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，它還包括以下步驟在密閉反應(yīng)釜中加入50L質(zhì)量濃度為28%的鹽酸溶液，再加入8kg添加劑氯化鎂和氯化銨的混合物，其中氯化鎂和氯化銨各占4kg，再加入2kg表面活性劑0P-10，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僭趭A套中通入蒸汽進(jìn)行加熱，控制反應(yīng)溫度在45°C，然后將四氯化硅緩慢加入到密閉反應(yīng)釜中，控制四氯化硅的流量在O. 5m3/h，加入過程中通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的量控制釜內(nèi)反應(yīng)液溫度為45-50°C，反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過濾除塵、干燥后送往三氯氫硅生產(chǎn)裝置。四氯化硅反應(yīng)結(jié)束后，將料液陳化Ih后排至過濾設(shè)備進(jìn)行分離和洗滌，母液水送至母液儲罐，洗滌水送入貧液儲槽作為母液補(bǔ)充水，洗滌后的固體通過造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。本發(fā)明與現(xiàn)有四氯化硅水解技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)①添加劑和表面活性劑控制溶膠的凝膠化過程，消弱了二氧化硅顆粒團(tuán)聚的發(fā)生，增加反應(yīng)液的流動性，拓寬操作窗口，提高可操作性。②同時本發(fā)明方法利用反應(yīng)液中添加劑的鹽效應(yīng)使氯化氫氣體在酸濃度較低的條件下直接解析得到。減少了傳統(tǒng)水解法中氯化氫氣體通過鹽酸增濃后再解析這一復(fù)雜工藝環(huán)節(jié)，簡化了工藝流程。③工藝流程簡單，原料易得，投資規(guī)模小，成本低，便于生產(chǎn)實施。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明實施例I在密閉反應(yīng)釜中加入80L質(zhì)量濃度為20%的鹽酸溶液，加入IOkg添加劑氯化鎂， 3kg表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僭趭A套中通入蒸汽進(jìn)行加熱，控制反應(yīng)溫度在35°C。將四氯化硅緩慢加入到反應(yīng)釜中，控制四氯化硅的流量在O. 6m3/h，加入過程中通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的量控制釜內(nèi)反應(yīng)液溫度為35-42°C。反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過濾除塵、干燥后送往三氯氫硅生產(chǎn)裝置。四氯化硅反應(yīng)結(jié)束后，將料液陳化Ih后排至過濾設(shè)備進(jìn)行分離和洗滌，母液水送至母液儲罐，洗滌水送入貧液儲槽作為母液補(bǔ)充水，洗滌后的固體通過造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。實施例2在密閉反應(yīng)釜中加入50L質(zhì)量濃度為28%的鹽酸溶液，加入8kg添加劑氯化鎂和氯化銨混合物，其中氯化鎂和氯化銨各占4kg，2kg表面活性劑0P-10，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僭趭A套中通入蒸汽進(jìn)行加熱，控制反應(yīng)溫度在45°C。將四氯化硅緩慢加入到反應(yīng)釜中，控制四氯化硅的流量在O. 5m3/h，加入過程中通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的量控制釜內(nèi)反應(yīng)液溫度為 45-50°C。反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過濾除塵、干燥后送往三氯氫硅生產(chǎn)裝置。四氯化硅反應(yīng)結(jié)束后，將料液陳化Ih后排至過濾設(shè)備進(jìn)行分離和洗滌，母液水送至母液儲罐，洗滌水送入貧液儲槽作為母液補(bǔ)充水，洗滌后的固體通過造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。實施例3在密閉反應(yīng)釜中加入60L質(zhì)量濃度為18%的鹽酸溶液，加入添加劑氯化銨4kg， 氯化鈣6kg ;表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉2. 5kg，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僭趭A套中通入蒸汽進(jìn)行加熱，控制反應(yīng)溫度在25°C。將四氯化硅緩慢加入到反應(yīng)釜中，控制四氯化硅的流量在 O. 6m3/h，加入過程中通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的量控制釜內(nèi)反應(yīng)液溫度為25-32°C。反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過濾除塵、干燥后送往三氯氫硅生產(chǎn)裝置。四氯化硅反應(yīng)結(jié)束后，將料液陳化Ih后排至過濾設(shè)備進(jìn)行分離和洗滌，母液水送至母液儲罐，洗滌水送入貧液儲槽作為母液補(bǔ)充水，洗滌后的固體通過造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。實施例4在密閉反應(yīng)釜中加入60L質(zhì)量濃度為15%的鹽酸溶液，加入添加劑硫酸鈉6kg，氯化鈣5kg ;表面活性劑十二烷基硫酸鈉2. 6kg，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僭趭A套中通入蒸汽進(jìn)行加熱，控制反應(yīng)溫度在25°C。將四氯化硅緩慢加入到反應(yīng)釜中，控制四氯化硅的流量在O. 6m3/ h，加入過程中通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的量控制釜內(nèi)反應(yīng)液溫度為25-32°C。反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過濾除塵、干燥后送往三氯氫硅生產(chǎn)裝置。四氯化硅反應(yīng)結(jié)束后，將料液陳化Ih 后排至過濾設(shè)備進(jìn)行分離和洗滌，母液水送至母液儲罐，洗滌水送入貧液儲槽作為母液補(bǔ)充水，洗滌后的固體通過造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。下面表一是上述實施例得到的沉淀白炭黑產(chǎn)品與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T3061-1999的比較結(jié)果。表一
項目行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)實施例I數(shù)據(jù)實施例2數(shù)據(jù)二氧化硅含量，9092.893. 2顏色優(yōu)于、等于標(biāo)樣合格合格篩余物(45μιη)%彡O. 5O. 45O. 39加熱減量，％4. O 8. O5.87. 權(quán)利要求
1.一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是它包括以下步驟將添加劑和表面活性劑加入到含質(zhì)量濃度為5% -30%的鹽酸水溶液的密閉反應(yīng)釜中，然后在密閉反應(yīng)釜中再加入四氯化硅，所述四氯化硅通入量控制在O. 4-0. 9m3/h，控制溫度在20-50°C下進(jìn)行水解反應(yīng)，生成硅溶膠和氯化氫氣體，所述氯化氫氣體經(jīng)干燥后回收利用；所述硅溶膠經(jīng)過靜置陳化形成二氧化硅沉淀，將所述二氧化硅沉淀進(jìn)行過濾、洗滌除去殘留的添加劑；洗滌后的二氧化硅膠體經(jīng)干燥后得到沉淀白炭黑(二氧化硅)；所述的添加劑陰離子為硫酸根和/或氯離子構(gòu)成的無機(jī)鹽中的一種或兩種，所述的添加劑陽離子為鈉離子、鎂離子、鈣離子和/或銨離子構(gòu)成的無機(jī)鹽中的一種或兩種；所述添加劑的量為反應(yīng)物總重量的3-20% ；所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或0P-10 (烷基酚聚氧乙烯醚)中的一種；所述表面活性劑的量為反應(yīng)物總重量的2-5% ；所述四氯化娃的量為反應(yīng)物總重量5-35%。
2.如權(quán)利要求書I所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是它還包括以下步驟將洗滌的水配制成添加劑溶液循環(huán)使用。
3.如權(quán)利要求書I所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是它還包括以下步驟所述的反應(yīng)生成的氯化氫氣體回收用于生產(chǎn)三氯氫硅或PVC。
4.如權(quán)利要求書I所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是所述添加劑的量為反應(yīng)物總重量的10-15%。
5.如權(quán)利要求書I所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是所述表面活性劑的量為反應(yīng)物總重量的3-4%。
6.如權(quán)利要求書I所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是所述四氯化娃的量為反應(yīng)物總重量15-20%。
7.如權(quán)利要求書I所述的一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，其特征是它還包括以下步驟在密閉反應(yīng)釜中加入50L質(zhì)量濃度為28%的鹽酸溶液，再加入8kg添加劑氯化鎂和氯化銨的混合物，其中氯化鎂和氯化銨各占4kg，再加入2kg表面活性劑0P-10，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤僭趭A套中通入蒸汽進(jìn)行加熱，控制反應(yīng)溫度在45°C，然后將四氯化硅緩慢加入到密閉反應(yīng)釜中，控制四氯化硅的流量在O. 5m3/h，加入過程中通過調(diào)整循環(huán)冷卻水的量控制釜內(nèi)反應(yīng)液溫度為45-50°C，反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過濾除塵、干燥后送往三氯氫硅生產(chǎn)裝置。四氯化硅反應(yīng)結(jié)束后，將料液陳化Ih后排至過濾設(shè)備進(jìn)行分離和洗滌，母液水送至母液儲罐，洗滌水送入貧液儲槽作為母液補(bǔ)充水，洗滌后的固體通過造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅水解制備二氧化硅和氯化氫的方法，它將添加劑和表面活性劑加入到含質(zhì)量濃度為5％-30％的鹽酸水溶液的密閉反應(yīng)釜中，然后在密閉反應(yīng)釜中再加入四氯化硅，所述四氯化硅通入量控制在0.4-0.9m3/h，控制溫度在20-50℃下進(jìn)行水解反應(yīng)，生成硅溶膠和氯化氫氣體，所述氯化氫氣體經(jīng)干燥后回收利用；所述硅溶膠經(jīng)過靜置陳化形成二氧化硅沉淀，將所述二氧化硅沉淀進(jìn)行過濾、洗滌除去殘留的添加劑；洗滌后的二氧化硅膠體經(jīng)干燥后得到沉淀白炭黑(二氧化硅)，本發(fā)明工藝具有流程簡單，原料易得，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
文檔編號C01B7/03GK102583397SQ20121000525
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者喬永志, 劉潤靜, 劉玉敏, 劉碩, 張向京, 王建英, 胡永其, 趙風(fēng)云 申請人:河北科技大學(xué)