用于制備四鹵代硅烷的方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了用于制備四鹵代硅烷(SiX4)(X＝鹵素，尤其是Cl、F)的方法，由經(jīng)過(guò)處理的、含高粘度烴和SiO2和/或硅酸鹽的巖石物質(zhì)或在所述處理期間獲得的殘留物質(zhì)進(jìn)行制備。在所述方法的第一方案中，在鹵化氫氣流中加熱物質(zhì)，收集或餾出在該加熱期間形成的(SiX4)。在第二方案中，將所述物質(zhì)與氫氟酸(HF)和/或堿金屬氟化物或堿土金屬氟化物并與硫酸混合，收集或餾出在該混合期間形成的(SiX4)。該方法的特征是特別高的效率，因?yàn)槌跏嘉镔|(zhì)和/或殘留物質(zhì)中存在的碳被有效地用作還原劑和/或能源。
【專利說(shuō)明】用于制備四鹵代硅烷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備四鹵代硅烷(SiX4) (X =鹵素，尤其是C1、F)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]四鹵代硅烷是用于硅生產(chǎn)的重要初始材料。關(guān)于這一點(diǎn)已經(jīng)在大量的現(xiàn)有技術(shù)中證實(shí)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于制備四鹵代硅烷的方法，其特點(diǎn)是具有特別高的效率。
[0004]所述目的根據(jù)本發(fā)明通過(guò)一種用于制備四鹵代硅烷(SiX4) (X =鹵素，尤其是Cl、F)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，由經(jīng)過(guò)處理的、含高粘度烴和S12和/或硅酸鹽的巖石物質(zhì)或在所述處理中獲得的殘留物質(zhì)進(jìn)行制備，其中在鹵化氫氣流中加熱所述物質(zhì)，并且收集或餾出在此過(guò)程中形成的SiX4。
[0005]根據(jù)本發(fā)明使用了這樣一個(gè)事實(shí)，即在這類經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物中還包含高粘度烴形式的碳。這種碳被用于還原巖石物質(zhì)中存在的S12和/或相應(yīng)的硅酸鹽，從而以這種方式利用已經(jīng)存在于初始物質(zhì)中的還原劑，并且特別地用于四鹵代硅烷的制備中，以便可以在其他的反應(yīng)步驟中轉(zhuǎn)化成所期望的Si。重要的是，在此提及的初始材料(巖石物質(zhì)、殘留物質(zhì))含有足夠的碳，因此可以實(shí)施所期望的S12或硅酸鹽的還原。所述物質(zhì)包含例如浙青或焦油形式的高粘度烴。為了確認(rèn)是否存在足夠量的碳，優(yōu)選測(cè)定所述物質(zhì)的C含量。如果C含量不夠，則在加熱之前或加熱期間向所述物質(zhì)中加入碳。在此優(yōu)選使用便宜的碳(煙煤、干燥的生物質(zhì)、油炭等)。
[0006]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)具體方案中，為了去除剩余水將所述物質(zhì)加熱至約400°C至500°C，并且隨后為了獲得(回收)SiX4將所述物質(zhì)加熱至約1000°C至1300°C。
[0007]所述的巖石物質(zhì)例如是油砂或油頁(yè)巖。所使用的“巖石物質(zhì)”的概念在此還應(yīng)包括油基泥漿，盡管它不是巖石。例如從這些巖石物質(zhì)中獲得低粘度烴(礦物油)，經(jīng)由當(dāng)前常用的方法，之后將優(yōu)選包含含S12的材料和極高粘度烴殘余物(浙青殘余物)的殘留物作為用于根據(jù)本發(fā)明的方法的初始材料使用。在此特別是存在殘留物分析來(lái)完成C含量的測(cè)定，可選地碳的添加，以及兩個(gè)階段的加熱操作(400°C至500°C用于去除殘留水，1000°C至1300°C用于還原)。加熱至1000°C -1300°C發(fā)生在鹵化氫氣流中，其中在冷阱中收集或餾出SiX4。在此情況中能量可以常規(guī)地供應(yīng)或可替換地通過(guò)交變電磁場(chǎng)(例如微波)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方式中，前面所述的目的通過(guò)一種用于制備四鹵代硅烷(SiX4) (X =鹵素，尤其是C1、F)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，由經(jīng)過(guò)處理的、含高粘度烴和S12和/或硅酸鹽的巖石物質(zhì)或在所述處理期間獲得的殘留物質(zhì)進(jìn)行制備，其中將所述物質(zhì)與氫氟酸(HF)和/或堿金屬氟化物或堿土金屬氟化物并與硫酸混合，并且收集或餾出在該混合過(guò)程中形成的SiX4。
[0009]在該方法中完成了初始材料與氫氟酸或相應(yīng)的氟化物的反應(yīng)。初始材料中存在的碳在此被用作適合的能源，該能源用于將獲得的SiX4進(jìn)一步加工成Si，從而在這種方法的這個(gè)方案中也實(shí)現(xiàn)了對(duì)初始材料中存在的材料的有效或高效的利用。在該方法中原位獲得SiF4。
[0010]如已經(jīng)提到的，可以已知的方法實(shí)現(xiàn)將所獲得的SiX4進(jìn)一步加工成Si。例如，SiX4可以通過(guò)等離子體化學(xué)方法轉(zhuǎn)化成聚鹵代硅烷。隨后在約800°C至1000°C下熱解得到Si和SiX4，其可以被回收利用。
[0011]殘留物包含可容易地與SiX4分離的堿金屬/堿土金屬氧化物和/或鹵化物。
[0012]用于根據(jù)本發(fā)明的方法的經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)優(yōu)選如下獲得，通過(guò)去除巖石中含有的礦物油，特別是經(jīng)由傳統(tǒng)的分解和提取方法例如SAGD(蒸汽輔助重力泄油)、CSS (蒸汽吞吐)、THAI (水平段注空氣技術(shù))、VAPEX (蒸汽抽提技術(shù))。
[0013]人們認(rèn)為，從用于根據(jù)本發(fā)明的方法的經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)中，通過(guò)相應(yīng)的處理或回收方法已經(jīng)去除了有價(jià)值的低粘度烴(礦物油)。因此，在巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)中僅保留了較高粘度的烴，該烴被用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的還原過(guò)程，或者用作將SiX4進(jìn)一步加工成Si的能源。然而，本發(fā)明并不排除，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法也使用之前沒(méi)有從中去除低粘度烴的物質(zhì)。這樣的物質(zhì)例如是含有相對(duì)少份額的低粘度烴的巖石物質(zhì)，也就是說(shuō)不值得提取(回收)，或者其中含有的低粘度烴已經(jīng)轉(zhuǎn)化成較高粘度的烴，例如通過(guò)焦化(或碳化)。
[0014]因此，在用于處理的第一方案中，通過(guò)在常壓(或大氣壓力)下加熱磨碎的初始材料和任選地餾出低粘度的烴，來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。升高的溫度在此通過(guò)熱解-裂解(T從室溫至約800°C )導(dǎo)致額外的焦化，使得C份額明顯增加。
[0015]原則上，所獲得的低粘度烴(礦物油)可以供給外部使用，或者還可以用作用于加熱物質(zhì)的能源。
[0016]在另一方案中，通過(guò)在減壓(或真空)下溫和地加熱磨碎的初始材料和任選地餾出低粘度的烴，來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。例如在此可以在減壓至10_3毫巴下工作。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以餾出高份額的烴和僅保留少量的浙青。
[0017]在另外一個(gè)方案中，通過(guò)在封閉的空間內(nèi)焦化(或碳化)初始材料來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。在此情況下基本上將所有低粘度烴或礦物油組分裂解，使得全部所含的碳可以通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)使用。
[0018]因此，通過(guò)前面所述的方法(裂解、焦化)可以控制(富集)所述物質(zhì)中的C含量。然而，優(yōu)選從所述物質(zhì)中提取盡可能多的礦物油，從而只有剩余部分的烴用于根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0019] 下面依據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]9.2g精細(xì)研磨的油砂(4g純的S12含量)，其C含量根據(jù)殘留物分析基于油砂計(jì)為0.037g( = 8% )，且基于S12計(jì)為18.4%，在其中加入8.0g粉末化的活性炭和6g葡聚糖，用少量水調(diào)成糊狀、造粒并在100°c的烘箱中干燥。該顆粒在石英管(內(nèi)直徑為22_)中緊密堆積在由石英棉構(gòu)成的兩個(gè)塞之間，并在800°C的管式爐中煅燒，以便去除殘余水分并使葡聚糖裂解。隨后將溫度升高至1300°C，并使41/h的HCl氣流通過(guò)堆積物。在反應(yīng)過(guò)程中，顆粒分裂成粉末狀材料，由此有必要在4小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間之后將HCl氣體量降至31/ho使反應(yīng)氣體通過(guò)冷阱(_70°C )，從而將所形成的產(chǎn)物與剩余的HCl氣體、H2、C0和CO2分離。12小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間之后，在粉床(或粉末層)上只可能檢測(cè)到硅酸鹽材料和堿金屬/堿土金屬氧化物以及堿金屬/堿土金屬氯化物的殘余物。SiCl4的分離產(chǎn)率為9.23g(基于S12計(jì)為理論產(chǎn)率的81.6% )。之后通過(guò)升華還分離了 4.1g的A1C13。
[0022]實(shí)施例2
[0023]9.2g研磨的油砂(殘余的C含量:8%，基于4g S12計(jì)為18.4% )(平均顆粒尺寸為0.32mm，對(duì)應(yīng)理論比表面積為75cm2/g)，在其中加入8.2g粉末化的活性炭和6g葡聚糖，如實(shí)施例1中所述進(jìn)行處理，并且反應(yīng)以相同的方式進(jìn)行，只是在1100°C下實(shí)施。12小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間之后，含S12的材料的轉(zhuǎn)化尚未完成。SiCl4的分離產(chǎn)率為4.52g(基于S12計(jì)為理論總轉(zhuǎn)化率的40% )。此外還分離了 A1C13。
[0024]實(shí)施例3
[0025]將C占有率為8%或18.4%的9.15g的油砂(對(duì)應(yīng)4g S12)可選擇地與16g氟化銨(NH4F)或16g氟化鈣(CaF2)混合，在每種情況下緩慢地分別滴入10ml濃縮的硫酸(H2SO4)。通過(guò)將混合物緩慢地加熱至約170°C (經(jīng)過(guò)4小時(shí))，分別釋放6.4g或5.3g的SiF4氣體并收集在冷卻至-196°C (液態(tài)N2)的冷阱中。產(chǎn)率:分別為理論值的77%或64%。通過(guò)1H和19F-NMR以及GC/MS分析來(lái)表征SiF4。
【權(quán)利要求】
1.用于制備四鹵化硅烷(SiX4)(X =鹵素，尤其是C1、F)的方法，由經(jīng)過(guò)處理的、含高粘度烴和S12和/或硅酸鹽的巖石物質(zhì)或在所述處理中獲得的殘留物質(zhì)進(jìn)行制備，其中在鹵化氫氣流中加熱所述物質(zhì)，并且收集或餾出在此過(guò)程形成的SiX4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，測(cè)定所述物質(zhì)的C含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在加熱之前或加熱期間向所述物質(zhì)中加入碳。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了去除剩余水將所述物質(zhì)加熱至約400°C至500°C，并且隨后為了獲得SiX4將所述物質(zhì)加熱至約1000°C至1300°C。
5.用于制備四鹵化硅烷(SiX4)(X =鹵素，尤其是C1、F)的方法，由經(jīng)過(guò)處理的、含高粘度烴和S12和/或硅酸鹽的巖石物質(zhì)或在 所述處理下產(chǎn)生的殘留物質(zhì)進(jìn)行制備，其中將所述物質(zhì)與氫氟酸(HF)和/或堿金屬氟化物或堿土金屬氟化物并與硫酸混合，并且收集或餾出在此過(guò)程形成的SiX4。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)除去巖石中含有的礦物油，特別是通過(guò)例如SAGD、CSS、THA1、VAPEX的傳統(tǒng)的分解和提取方法，來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)在常壓下加熱磨碎的初始材料和任選地蒸餾低粘度的烴，來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)在減壓下溫和地加熱磨碎的初始材料和任選地餾出低粘度的烴，來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)在封閉的空間內(nèi)焦化初始材料來(lái)獲得所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所使用的所述經(jīng)過(guò)處理的巖石物質(zhì)或殘留物質(zhì)是那些在礦物油生產(chǎn)過(guò)程中獲自油頁(yè)巖、油砂、油基泥漿的物質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK104169217SQ201280052813
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月27日
【發(fā)明者】諾伯特·奧尼爾 申請(qǐng)人:斯帕恩特私人有限公司