本發(fā)明涉及電子和光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光纖級(jí)四氯化硅及其制備方法。
背景技術(shù)：
光纖是一種通信電纜，由兩個(gè)或多個(gè)玻璃或塑料光纖芯組成，這些光纖芯位于保護(hù)性的覆層內(nèi)，由塑料PVC外部套管覆蓋。光纖通信是現(xiàn)代信息傳輸?shù)闹匾绞街?，它具有容量大、中繼距離長(zhǎng)、保密性好、不受電磁干擾和節(jié)省銅材等優(yōu)點(diǎn)。作為最重要的信息傳輸介質(zhì)，光纖是實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化不可替代的重要產(chǎn)品，對(duì)于保證我國(guó)的國(guó)家安全具有重要的戰(zhàn)略意義。
多晶硅是一種以金屬硅為原料，經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程提純后達(dá)到9N～11N的超高純電子材料。在多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)副產(chǎn)大量的四氯化硅，其既可以用來(lái)制備三氯氫硅返回多晶系統(tǒng)，也可以制備很多高附加值的硅產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品，如氣相白炭黑、硅酸乙酯和光纖等。四氯化硅作為光纖的主要原料，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格提純，以除去有害的金屬離子和含氫有機(jī)硅雜質(zhì)，才能滿(mǎn)足光纖的生產(chǎn)。按國(guó)外相關(guān)公司對(duì)于光纖級(jí)四氯化硅的產(chǎn)品質(zhì)量要求，光纖級(jí)四氯化硅中雜質(zhì)含量要達(dá)到μg/g級(jí)甚至ng/g級(jí)。目前光纖級(jí)四氯化硅的制備辦法有精餾法、吸附法、部分水解法、等離子法等。其中精餾法和吸附法由于操作簡(jiǎn)單且不引入其他雜質(zhì)，因此適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
專(zhuān)利CN200910068887報(bào)道了光纖級(jí)高純SiCl4的連續(xù)共沸脫輕精餾方法，專(zhuān)利CN200310122893也報(bào)道了光纖用高純SiCl4的生產(chǎn)方法，但上述辦法只采用了精餾提純手段，且對(duì)光纖四氯化硅原料的品質(zhì)要求較高，具有一定的局限性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種光纖級(jí)四氯化硅及其制備方法，以更好的利用粗四氯化硅，可成功制備出光纖級(jí)四氯化硅。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光纖級(jí)四氯化硅的制備方法。該制備方法包括以下步驟：S1，將粗四氯化硅原料送入第一四氯化硅粗餾塔，低沸物通過(guò)塔頂物流管線(xiàn)進(jìn)行脫除，得到的第一塔釜液輸送至第二四氯化硅粗餾塔；S2，第一塔釜液經(jīng)過(guò)第二四氯化硅粗餾塔分離后，塔釜金屬雜質(zhì)通過(guò)第二四氯化硅粗餾塔的塔底物流管道進(jìn)行脫除，塔頂采出初級(jí)純化的四氯化硅；S3，將初級(jí)純化的四氯化硅送入吸附裝置，去除初級(jí)純化的四氯化硅中殘留的B、P以及金屬雜質(zhì)，得到次級(jí)純化的四氯化硅；以及S4，將次級(jí)純化的四氯化硅送入第一四氯化硅精餾塔，低沸物通過(guò)塔頂物流管線(xiàn)進(jìn)行脫除，得到的第二塔釜液輸送至第二四氯化硅精餾塔，從第二四氯化硅精餾塔的塔頂采出光纖級(jí)四氯化硅。
進(jìn)一步地，第一四氯化硅粗餾塔和第二四氯化硅粗餾塔為常壓塔，塔理論板數(shù)為100，塔頂溫度為75～90℃，塔釜溫度為85～95℃，回流比為10～50:1。
進(jìn)一步地，第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔為常壓塔，塔理論板數(shù)為120，塔頂溫度為70～75℃，塔釜溫度為75～80℃，回流比為20～100:1。
進(jìn)一步地，第一四氯化硅粗餾塔、第二四氯化硅粗餾塔、第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔為填料塔或板式塔，優(yōu)選填料塔。
進(jìn)一步地，填料塔的填料包括金屬絲網(wǎng)波紋填料BX、金屬絲網(wǎng)波紋填料CY和金屬板波紋填料中的一種或多種。
進(jìn)一步地，吸附裝置內(nèi)裝填有弱堿性聚合樹(shù)脂催化劑，粒徑范圍為0.4～0.7mm，吸附裝置內(nèi)的工作壓力0.2～0.6MPaG，工作溫度為20～50℃。
進(jìn)一步地，粗四氯化硅原料為四氯化硅質(zhì)量百分比濃度為90～98％的氯硅烷混合液。
進(jìn)一步地，粗四氯化硅原料為多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中還原工序和冷氫化工序產(chǎn)生的氯硅烷混合液。
進(jìn)一步地，S1中，粗四氯化硅原料通過(guò)屏蔽泵送入第一四氯化硅粗餾塔。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖級(jí)四氯化硅。該光纖級(jí)四氯化硅由上述任一種制備方法制備得到。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，即精餾聯(lián)合吸附的工藝，用于制備光纖級(jí)四氯化硅，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到99.9999％以上。
附圖說(shuō)明
構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的光纖級(jí)四氯化硅的制備方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，提供一種光纖級(jí)四氯化硅的制備方法。該制備方法包括以下步驟：S1，將粗四氯化硅原料送入第一四氯化硅粗餾塔，低沸物通過(guò)塔頂物流管線(xiàn)進(jìn)行脫除，得到的第一塔釜液輸送至第二四氯化硅粗餾塔；S2，第一塔釜液經(jīng)過(guò)第二四氯化硅粗餾塔分離后，塔釜金屬雜質(zhì)通過(guò)第二四氯化硅粗餾塔的塔底物流管道進(jìn)行脫除，塔頂采出初級(jí)純化的四氯化硅；S3，將初級(jí)純化的四氯化硅送入吸附裝置，去除初級(jí)純化的四氯化硅中殘留的B、P以及金屬雜質(zhì)，得到次級(jí)純化的四氯化硅；以及S4，將次級(jí)純化的四氯化硅送入第一四氯化硅精餾塔，低沸物通過(guò)塔頂物流管線(xiàn)進(jìn)行脫除，得到的第二塔釜液輸送至第二四氯化硅精餾塔，從第二四氯化硅精餾塔的塔頂采出光纖級(jí)四氯化硅。
其中，S1中低沸物以SiHCl3和SiH2Cl2為主，第一塔釜液以SiCl4為主。S2中，初級(jí)純化的四氯化硅質(zhì)量濃度可達(dá)99％左右。S4中得到的光纖級(jí)四氯化硅質(zhì)量濃度99.9999％以上，該光纖級(jí)四氯化硅從塔頂管線(xiàn)采出可進(jìn)入光纖四氯化硅產(chǎn)品儲(chǔ)罐存放。
本發(fā)明的技術(shù)方案特別適用于多晶硅還原工序和冷氫化工序產(chǎn)生的氯硅烷混合液，能夠有效得將SiCl4和SiHCl3和SiH2Cl2進(jìn)行分離，從而生產(chǎn)光纖級(jí)四氯化硅；對(duì)原料四氯化硅純度要求比較廣泛，四氯化硅濃度為90～98％的氯硅烷混合液均可以利用本發(fā)明進(jìn)行提純；另外，本發(fā)明的光纖級(jí)四氯化硅的制備方法是一種連續(xù)化生產(chǎn)工藝，適合大規(guī)模生產(chǎn)，并能有效降低系統(tǒng)能耗。
根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，第一四氯化硅粗餾塔和第二四氯化硅粗餾塔為常壓塔，塔理論板數(shù)為100，塔頂溫度為75～90℃，塔釜溫度為85～95℃，回流比為10～50:1，由此可顯著提高第一四氯化硅粗鎦塔和第二四氯化硅粗鎦塔的處理效率。
根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔為常壓塔，塔理論板數(shù)為120，塔頂溫度為70～75℃，塔釜溫度為75～80℃，回流比為20～100:1，由此可顯著提高第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔的處理效率。
第一四氯化硅粗餾塔、第二四氯化硅粗餾塔、第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔可以為填料塔或板式塔，優(yōu)選填料塔。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，第一四氯化硅粗餾塔、第二四氯化硅粗餾塔、第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔為填料塔，填料塔具有生產(chǎn)能力大、塔效率高的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選的，填料包括金屬絲網(wǎng)波紋填料BX、金屬絲網(wǎng)波紋填料CY和金屬板波紋填料中的一種或多種。
優(yōu)選的，吸附裝置內(nèi)裝填有弱堿性聚合樹(shù)脂催化劑，粒徑范圍為0.4～0.7mm，吸附裝置內(nèi)的工作壓力0.2～0.6MPaG，工作溫度為20～50℃，由此可顯著提高吸附劑的吸附能力。
本發(fā)明的制備方法，粗四氯化硅原料可以為四氯化硅質(zhì)量百分比濃度為90～98％的氯硅烷混合液。
根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，粗四氯化硅原料為多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中還原工序和冷氫化工序產(chǎn)生的氯硅烷混合液。
優(yōu)選的，S1中，粗四氯化硅原料通過(guò)屏蔽泵送入第一四氯化硅粗餾塔。屏蔽泵的全封閉特點(diǎn)，尤其適用于輸送四氯化硅。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式，提供一種光纖級(jí)四氯化硅。該光纖級(jí)四氯化硅由上述任一種制備方法制備得到。
下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。
本發(fā)明的制備方法可采用精餾聯(lián)合吸附制備光纖四氯化硅的生產(chǎn)系統(tǒng)，其包括第一四氯化硅粗餾塔、第二四氯化硅粗餾塔、吸附裝置以及第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔，其中涉及的管道及閥門(mén)均為316L不銹鋼材質(zhì)。
下述實(shí)施例中：第一四氯化硅粗餾塔、第二四氯化硅粗餾塔為常壓塔，塔理論板數(shù)為100，塔頂溫度75～90℃，塔釜溫度85～95℃，回流比為10～50:1；第一四氯化硅精餾塔和第二四氯化硅精餾塔為常壓塔，塔理論板數(shù)為120，塔頂溫度70～75℃，塔釜溫度75～80℃，回流比為20～100:1；所述粗鎦塔及精餾塔可采用填料塔，填料包括但不限于金屬絲網(wǎng)波紋填料BX、金屬絲網(wǎng)波紋填料CY和金屬板波紋填料中的一種或多種。
吸附裝置內(nèi)裝填弱堿性聚合樹(shù)脂催化劑，粒徑范圍0.4～0.7mm，吸附裝置內(nèi)的工作壓力0.2～0.6MPaG，工作溫度20～50℃。
實(shí)施例1
按照?qǐng)D1的工藝流程，將某多晶硅企業(yè)氫化工序副產(chǎn)的SiCl4原料，含SiCl4為95％，按照1400kg/h的流量進(jìn)入第一四氯化硅粗餾塔，脫除低沸物，將塔釜采出物按照1200kg/h的流量進(jìn)入第二四氯化硅粗餾塔，脫除高沸物，將塔頂采出物即99％以上的四氯化硅按照1000kg/h的流量進(jìn)入吸附裝置。吸附后的產(chǎn)品進(jìn)入第一四氯化硅精餾塔，脫除低沸物，將塔釜采出物按照900kg/h的流量進(jìn)入第二四氯化硅精餾塔，脫除高沸物后，塔頂采出物按照800kg/h的流量進(jìn)入光纖四氯化硅產(chǎn)品儲(chǔ)罐內(nèi)。
如此穩(wěn)定運(yùn)行15天后，對(duì)產(chǎn)品儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行取樣分析。
分析方法：采用傅里葉紅外儀分析含氫雜質(zhì)基團(tuán)的紅外透過(guò)率，分析結(jié)果見(jiàn)表1。將分析結(jié)果與德國(guó)Merck公司的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比后可得，儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品可滿(mǎn)足光纖級(jí)SiCl4質(zhì)量要求。
實(shí)施例2
按照?qǐng)D1的工藝流程，將某多晶硅企業(yè)還原工序副產(chǎn)的SiCl4原料，含SiCl4為98％，按照1400kg/h的流量進(jìn)入第一四氯化硅粗餾塔，脫除低沸物，將塔釜采出物按照1300kg/h的流量進(jìn)入第二四氯化硅粗餾塔，脫除高沸物，將塔頂采出物即99％以上的四氯化硅按照1200kg/h的流量進(jìn)入吸附裝置。吸附后的產(chǎn)品進(jìn)入第一四氯化硅精餾塔，脫除低沸物，將塔釜采出物按照1100kg/h的流量進(jìn)入第二四氯化硅精餾塔，脫除高沸物后，塔頂采出物按照1000kg/h的流量進(jìn)入光纖四氯化硅產(chǎn)品儲(chǔ)罐內(nèi)。
如此穩(wěn)定運(yùn)行15天后，對(duì)產(chǎn)品儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行取樣分析。
分析方法：采用傅里葉紅外儀分析含氫雜質(zhì)基團(tuán)的紅外透過(guò)率，分析結(jié)果見(jiàn)表1。將分析結(jié)果與德國(guó)Merck公司的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比后可得，儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品可滿(mǎn)足光纖級(jí)SiCl4質(zhì)量要求。
表1
從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：
(1)本發(fā)明特別適用于多晶硅還原工序和冷氫化工序產(chǎn)生的氯硅烷混合液，能夠有效得將SiCl4和SiHCl3和SiH2Cl2進(jìn)行分離，從而生產(chǎn)光纖級(jí)四氯化硅。
(2)本發(fā)明對(duì)原料四氯化硅純度要求比較廣泛，四氯化硅濃度為90～98％的氯硅烷混合液均可以利用本發(fā)明進(jìn)行提純。
(3)本發(fā)明的光纖級(jí)四氯化硅的制備方法是一種連續(xù)化生產(chǎn)工藝，適合大規(guī)模生產(chǎn)，并能有效降低系統(tǒng)能耗。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。