專利名稱：回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)化生產(chǎn)四氟化硅的新工藝-回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制
備四氟化硅的工藝，它屬于氟化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
SiF4在電子和半導體行業(yè)中主要用于氮化硅、硅化鉭等的蝕刻劑、P型摻雜劑、外 延沉積擴散硅源等，還可用于制備電子級硅烷或多晶硅。Si&還可用作光導纖維用高純石 英玻璃的原料，它在高溫火焰中水解可產(chǎn)生具有高比表面積的熱沉Si(^。此外SiF4還廣泛 用在制備太陽能電池、氟硅酸和氟化鋁、化學分析、氟化劑、油井鉆探、鎂合金澆鑄、催化劑、 蒸熏劑、水泥及人造大理石的硬化劑等。在預(yù)制水泥中使用SiF4后，可增進其耐蝕性和耐 磨性，改善其孔隙度和增加壓縮強度。 目前世界上最早用于工業(yè)化生產(chǎn)的方法主要為硫酸法，鹽田英司(鹽田英司，山 本和明、氟化水素以及四氟化硅素的制造方法{P}). JP，63-13900L 1988-06-10)等人采用 Ca&質(zhì)量分數(shù)小于97X、硅酸質(zhì)量分數(shù)在1% 30%的低品位螢石作原料，與質(zhì)量分數(shù)大 于95%的濃硫酸在100 30(TC下反應(yīng)，然后使生成的混合氣體在反應(yīng)體系循環(huán)聯(lián)產(chǎn)生成 四氟化硅(SiF4)和氟化氫(HF)，反應(yīng)方程式如下
CaF2+Si02+H2S04 — SiF4+H20+CaS04 該方法原料成本低，以CaF2和硅酸計的轉(zhuǎn)化率均高于90% 。該工藝不足之處為 反應(yīng)物為多種物質(zhì)的混合物，成份比較復(fù)雜，產(chǎn)出的四氟化硅雜質(zhì)比較多，要去除其中的雜 質(zhì)，所投入的成本比較高，而且并非連續(xù)式生產(chǎn)，因此產(chǎn)能較低，產(chǎn)出的固體生成物，酸度比 較大，生成物不易處理。對環(huán)境污染比較嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，可連 續(xù)式生產(chǎn)，工藝過程反應(yīng)物單一，無廢氣、廢水、廢渣排放，屬于環(huán)保綜合利用項目。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采用熱裂解氟硅酸鈉的方法制備四氟化硅， 主要步驟和要點如下 (1)將氟硅酸鈉在200°C 30(TC下在煅燒爐內(nèi)干燥熱處理，除去其中的水份和結(jié) 晶水，減少HF和(SiF3)20等雜質(zhì)，降低其裂解時所消耗的能量。煅燒爐內(nèi)維持負壓，負壓值 控制在10 30mmH20。 所述的氟硅酸鈉為磷肥行業(yè)的副產(chǎn)物，純度為98. 5% 。 (2)在氟硅酸鈉進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐之前，先在反應(yīng)爐外填裝一定量的惰性助劑，在氟 硅酸鈉進入反應(yīng)爐時，反應(yīng)爐內(nèi)返料裝置會將混合助劑返至爐頭，與氟硅酸鈉充分混合達 到一定的質(zhì)量比后，再進入反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物氟化鈉可以通過此內(nèi)返料機構(gòu)重復(fù)使 用； 當惰性助劑為氟化鈉時，先在反應(yīng)爐內(nèi)填裝一定量的氟化鈉，在氟硅酸鈉進入反應(yīng)爐時，反應(yīng)爐內(nèi)返料裝置會將氟化鈉返至爐頭，與氟硅酸鈉充分混合達到一定質(zhì)量比后， 再進入反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物氟化鈉一部分通過內(nèi)返料機構(gòu)返回爐頭重復(fù)使用，一部分 排出爐外。 (3)將干燥后的氟硅酸鈉送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐，在500 900°C (物料溫度)下反應(yīng) 1 2個小時，反應(yīng)得到四氟化硅和氟化鈉?；剞D(zhuǎn)反應(yīng)爐內(nèi)維持負壓，負壓值控制在5 20mmH20。整個過程連續(xù)生產(chǎn)，溫度控制穩(wěn)定，反應(yīng)率高。回轉(zhuǎn)裂解爐采用特殊材料，且?guī)в?內(nèi)返料機構(gòu)的回轉(zhuǎn)煅燒設(shè)備，熱風布置合理，熱能利用率高。 (4)產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)過除塵、冷卻、干燥、壓縮、收集高純的四氟化硅氣體。
步驟(1)中煅燒爐可以采用外熱式和高溫惰性氣體直接接觸的兩種加熱方式。干 燥溫度不能太低，太低不易于除去結(jié)晶水，溫度太高會引發(fā)熱裂解。 步驟(2)中反應(yīng)爐采取外加熱形式，要保證物料的溫度達到65(TC左右，爐內(nèi)保持 5 20mmH20負壓。 步驟(3)中氟硅酸鈉在反應(yīng)爐(轉(zhuǎn)動爐窯設(shè)備)內(nèi)高溫裂解；而在此條件下，如果 單純的加入氟硅酸鈉粉料，則其在高溫條件下流動性變差，且由于在分解過程中易于發(fā)粘， 比較容易粘結(jié)于反應(yīng)爐(轉(zhuǎn)爐)內(nèi)壁，形成環(huán)狀粘壁，影響傳熱，并造成反應(yīng)不能較好地持 續(xù)進行，且嚴重影響反應(yīng)效率；嚴重時，使反應(yīng)無法順利進行。將氟化鹽(例如氟化鈉、氟化 鉀、氟化鈣、氟化鎂)、二氧化硅、氧化鋁等惰性物與氟硅酸鈉按不同比例混合后加入裂解爐 中進行裂解，在此狀況下，反應(yīng)爐內(nèi)物料的粘壁問題能夠得到解決，且因為較好地解決了粘 壁問題，而由其所引起的反應(yīng)率低下等問題亦得到解決，因此，反應(yīng)率亦提高到^ 90%。裂 解尾料可作掩埋處理，或另行進行分離處理，防止造成環(huán)境污染。 當惰性助劑為氟化鈉時，也可以像其他惰性助劑一樣在反應(yīng)爐外與氟硅酸鈉充分 混合達到一定質(zhì)量比后，再進入反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)。但是由于氟硅酸鈉在發(fā)生裂解時生成氟化 鈉，因此，我們采用內(nèi)返料裝置的反應(yīng)爐直接將氟化鈉返至爐頭，與氟硅酸鈉充分混合達到 一定質(zhì)量比后，再進入反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)，具有如下優(yōu)點 1)、通過氟化鈉配比氟硅酸鈉，對參加反應(yīng)的氟硅酸鈉起到稀釋作用，從而使其在 轉(zhuǎn)爐內(nèi)物料的流動性相對增強，粘性降低，而防止在反應(yīng)過程中出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象而導致反應(yīng) 效率低下； 2)、由于氟硅酸鈉在高溫下分解產(chǎn)物為氟化鈉和四氟化硅氣體，所產(chǎn)生氟化鈉
(含有少量氟硅酸鈉)可以通過內(nèi)返料技術(shù)重復(fù)使用，不僅可以對氟硅酸鈉的物性做出改
變，還可以進一步的提高反應(yīng)率。渣料也可以合理的利用，大大降低了生產(chǎn)成本。 3)、有效的解決了氟硅酸鈉在分解過程中粘壁的同時，可以回收部分熱量，降低生
產(chǎn)能耗。 本發(fā)明反應(yīng)原理和反映方程式如下 氟硅酸鈉(Na2SiF6)在500 900°C (物料溫度)、微負壓條件下在回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐中 反應(yīng)，生成氣體四氟化硅和固體氟化鈉。
主要化學反應(yīng)方程式
Na2SiF6 — 2NaF+SiF4 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，熱量由回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐外的加熱系統(tǒng)來提供。生成的粗四氟化硅 氣體，經(jīng)過除塵，冷卻，干燥，壓縮，最終生成純度比較高的四氟化硅氣體，儲存于四氟化硅儲槽中。 本發(fā)明工藝反應(yīng)物單一，工藝簡單，生成四氟化硅中雜質(zhì)成份含量少。生成的尾料 氟化鈉顆粒大小均勻、純度高、成份單一，能夠很好的用于其它方面。不僅解決了廢氣物處 理難的問題，而且還有很高的經(jīng)濟效益。在微負壓條件下利用回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐(內(nèi)有內(nèi)返料螺 旋)來生產(chǎn)四氟化硅大大提高了原料的轉(zhuǎn)化率，并且連續(xù)生產(chǎn)，提高裝置的生產(chǎn)能力，年產(chǎn) 量可達15000t。整個過程無廢氣、廢水、廢渣排放，屬于環(huán)保綜合利用項目。


圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
具體實施例
實施例1 氟硅酸鈉經(jīng)上料斗提機送至氟硅酸鈉料倉；根據(jù)進料量將自動通過螺旋排到粉 斗稱內(nèi)。經(jīng)稱量儀精確計量，將100kg的氟硅酸鈉進入回轉(zhuǎn)煅燒爐干燥，在25(TC、微負壓 20mmH20之間進行干燥和內(nèi)脫水，干燥后再經(jīng)混料螺旋冷卻并送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐的進料螺旋， 進料螺旋將物料送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐內(nèi)，與爐內(nèi)內(nèi)返料裝置返過來600kg的氟化鈉混合。在 500°C (物料溫度)、微負壓15咖1120條件下在反應(yīng)爐中進行反應(yīng)，生成氟化鈉(NaF)和四氟 化硅(SiF4)氣體。生成四氟化硅氣體溫度在30(TC，進入反應(yīng)爐爐頭導氣管，經(jīng)過除塵器除 去氣體中帶來的粉塵，除塵后再經(jīng)過冷卻器冷卻至40°C ，然后經(jīng)過98%硫酸干燥，除去氣 體中的水份和氟化氫，四氟化硅氣體再通過輸送風機(提供反應(yīng)爐內(nèi)的負壓動力)送入壓 縮機進氣緩沖罐壓力在0. llMPa(G)，經(jīng)過兩級壓縮機壓縮，四氟化硅壓力為2. 5MPa(G)，冷 卻后，進入四氟化硅貯罐儲存.四氟化硅儲槽壓力〈2.75MPa(G)，溫度《4(TC，所得四氟 化硅的質(zhì)量指標如下表 [OOSO] 四氟化硅的質(zhì)量指標(表一 )
指標名稱質(zhì)量分數(shù)(％ )
四氟化硅(SiF4)> 98. 8
空氣《1
二氧化硫(so2)《0. 001
二氧化碳(co2)《0. 077
水份(H20)《0. 0015
鹽酸(HCL)《0. 02
5指標名稱質(zhì)量分數(shù)(％ )
氫氟酸(HF)《0. 0005
Other ((SiF3)20、H2etc)《0. 01 反應(yīng)爐內(nèi)生成的氟化鈉一部分通過內(nèi)返料機構(gòu)，返回到爐頭繼續(xù)與氟硅酸鈉形成 比例，另一部分經(jīng)出料螺旋，進入輸渣螺旋，再經(jīng)過輸渣斗提機送入渣倉，渣倉內(nèi)渣料定期 通過放渣螺旋排放，由渣料運輸車轉(zhuǎn)至集中貯存或分包裝貯存。
實施例2 (1)將100kg的氟硅酸鈉在26(TC下在回轉(zhuǎn)煅燒爐內(nèi)干燥熱處理90分鐘，負壓值 控制在15mmH20。 (2)在氟硅酸鈉進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐之前，先與100kg的惰性助劑二氧化硅混合，混合 后進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐裂解。 (3)將干燥后的氟硅酸鈉送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐，在70(TC (物料溫度)下反應(yīng)l個小時， 熱裂解得到四氟化硅和氟化鈉。負壓值控制在10mmH20。 (4)產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)過除塵、冷卻、干燥、壓縮、收集高純的四氟化硅氣體。
實施例3 (1)將100kg的氟硅酸鈉在28(TC下在回轉(zhuǎn)煅燒爐內(nèi)干燥熱處理65分鐘，負壓值 控制在10mmH20。 (2)在氟硅酸鈉進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐之前，先與150kg的惰性助劑氧化鋁混合，混合后 進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐裂解。 (3)將干燥后的氟硅酸鈉送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐，在630°C (物料溫度)下反應(yīng)85分鐘， 熱裂解得到四氟化硅和氟化鈉。負壓值控制在15mmH20。 (4)產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)過除塵、冷卻、干燥、壓縮、收集高純的四氟化硅氣體。
實施例4 (1)將100kg的氟硅酸鈉在30(TC下在回轉(zhuǎn)煅燒爐內(nèi)干燥熱處理55分鐘，負壓值 控制在20mmH20。 (2)在氟硅酸鈉進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐之前，先與500kg的惰性助劑氟化鋁混合，混合后 進入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐裂解。 (3)將干燥后的氟硅酸鈉送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐，在68(TC (物料溫度)下煅燒60分鐘， 反應(yīng)得到四氟化硅和氟化鈉。負壓值控制在15mmH20。 (4)產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)過除塵、冷卻、干燥、壓縮、收集高純的四氟化硅氣體。
前述實施例2、3、4所得四氟化硅的質(zhì)量指標如前表一所述。 以上實施例僅用以說明，而非限制本發(fā)明的工藝方案，盡管參照上述實施例對本 發(fā)明做了詳細說明，但依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的想法 和范圍的，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
一種回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將氟硅酸鈉在200℃～300℃下在回轉(zhuǎn)煅燒爐內(nèi)干燥熱處理，除去其中的水份和雜質(zhì)，煅燒爐內(nèi)維持負壓，負壓值控制在10～30mmH2O；(2)將干燥后的氟硅酸鈉與惰性助劑按質(zhì)量比混合均勻送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐，物料溫度在500～900℃下反應(yīng)1～2個小時，熱裂解得到四氟化硅和氟化鈉，回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐內(nèi)維持負壓，負壓值控制在5～20mmH2O；(3)產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)過除塵、冷卻、干燥、壓縮、收集高純的四氟化硅氣體。
2. 如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于煅燒爐加熱方式采用外熱式和高溫惰性氣體直接接觸的兩種加熱方式。
3. 如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐加熱方式采用外熱式。
4. 如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于惰性助劑是氟化鹽、二氧化硅、氧化鋁。
5. 如權(quán)利要求4所述的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于氟化鹽是氟化鈉、氟化鉀、氟化鈣、氟化鋁或氟化鎂。
6. 如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于惰性助劑與氟硅酸鈉的質(zhì)量比為1 8 : 1。
7. 如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的方法，其特征在于惰性助劑與氟硅酸鈉的質(zhì)量比為5 : 1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐熱裂解氟硅酸鈉制備四氟化硅的工藝，將氟硅酸鈉在200℃～300℃下在煅燒爐內(nèi)干燥熱處理，除去其中的水份，煅燒爐內(nèi)維持負壓，負壓值控制在10～30mmH2O；將干燥后的氟硅酸鈉送入回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐，在500～900℃(物料溫度)下熱裂解1～2個小時，熱裂解得到四氟化硅和氟化鈉。產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)過除塵、冷卻、干燥、壓縮、收集高純的四氟化硅氣體。本發(fā)明工藝過程反應(yīng)物單一，無廢氣、廢水、廢渣排放，屬于環(huán)保綜合利用項目。
文檔編號C01B33/00GK101698482SQ20091002429
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者何建祥, 余福元, 張衛(wèi)鑫, 張紀中, 魏超 申請人:西安三瑞實業(yè)有限公司;臺灣聚合化學品股份有限公司