專利名稱：采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氟化工、硅化工等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法。
背景技術(shù)：
四氟化硅是半導(dǎo)體與光纖加工應(yīng)用中所使用的一 種電子專用氣體，是硅基半導(dǎo)體器件制造采用的離子注入法中的一種重要成份。四氟化硅在電子和半導(dǎo)體行業(yè)中主要用于氮化硅、硅化鉭等的蝕刻、P型摻雜劑及外延沉積擴(kuò)散硅源等；還可用于制備電子級(jí)硅烷或硅。四氟化硅還可用作導(dǎo)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，水泥及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。目前制備四氟化硅的工藝主要有以下幾種方法I、通過高純度的金屬硅與氟直接反應(yīng)來制備四氟化硅，反應(yīng)方程式如下Si+2F2 — SiF4由于此反應(yīng)需要高純度的氟氣體，而氟氣體不易制得，所以，無法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。2、通過熱裂解六氟硅酸鹽來制備四氟化硅。3、石英砂與HF氣體反應(yīng)的制造方法Si02+HF — SiF4+H204、瑩石、石英砂及硫酸反應(yīng)的制造方法2CaF2+Si02+H2S04 — SiF4+2CaS04+2H20采用上述方法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)所用的能耗高，且得到產(chǎn)品的回收率低，且純度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述不足之處提供一種采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法。該方法穩(wěn)定可靠，可進(jìn)行連續(xù)化大生產(chǎn)。本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法包括以下步驟I)預(yù)反應(yīng)將氟硅酸鈉與硫酸預(yù)反應(yīng)，氟硅酸鈉與硫酸的進(jìn)料重量比為I I. I 1，溫度為Iio 120°C之間，氟硅酸鈉的轉(zhuǎn)化率為30 50% ；2)在回轉(zhuǎn)窯中反應(yīng)將預(yù)反應(yīng)后的氟硅酸鈉漿料送入回轉(zhuǎn)窯中，回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)壓力-2 -5Kpa，窯內(nèi)由前向后三段分為反應(yīng)區(qū)、干燥區(qū)、二次干燥區(qū)，分別控制溫度在160 190°C>191 220°C、221 250°C ；3)分離將在回轉(zhuǎn)窯中反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體進(jìn)行分離。在步驟“2) ”中，控制回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速2 3轉(zhuǎn)/min，回轉(zhuǎn)窯斜度O. 04 O. 05，物料總停留時(shí)間控制為2 3h。
該方法中所述的硫酸的濃度優(yōu)選為99. 5% 100%。在預(yù)反應(yīng)之前，在溫度100 130°C的條件下，將氟硅酸鈉原料干燥至含水量(O. 5%，能相對(duì)減少消耗的發(fā)煙酸用量；另外，預(yù)反應(yīng)控制原料氟硅酸鈉的轉(zhuǎn)化率在30 50%之間后再向回轉(zhuǎn)窯中輸送使得總能耗顯著降低。反應(yīng)后得到的含四氟化硅的混合氣體再經(jīng)除塵、壓縮、冷凝后送深冷塔進(jìn)行分離，分離后所得四氟化硅依次經(jīng)95%硫酸、98%硫酸兩級(jí)凈化。本發(fā)明采用的回轉(zhuǎn)窯在窯體內(nèi)側(cè)或外側(cè)由前向后分三段設(shè)置可分別控溫的保溫夾套?；剞D(zhuǎn)窯反應(yīng)區(qū)的前端內(nèi)側(cè)襯有25 30mm厚的奧氏體鋼，鋼長度為I. 5 2m?；剞D(zhuǎn)窯體內(nèi)還可以設(shè)有內(nèi)返料裝置，可以減少腐蝕，增加停留時(shí)間。本發(fā)明采用的基本原理是 Na2SiF6+H2S04 — Na2S04+H2SiF6H2SiF6 — 2HF+SiF4與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果I)本發(fā)明采用回轉(zhuǎn)窯作為反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行氟硅酸鈉與硫酸進(jìn)行反應(yīng)，原料可采用的磷肥廠的副產(chǎn)物氟硅酸鈉，且裝置主要固廢硫酸鈉仍可被磷肥廠回收用來生產(chǎn)氟硅酸鈉；2)由于工藝過程無水產(chǎn)生，本發(fā)明對(duì)材質(zhì)的要求不苛刻，整個(gè)分離系統(tǒng)使用碳鋼材質(zhì)即可，無需廢酸濃縮裝置，大大節(jié)省了裝置投置。3)本發(fā)明方法無難處理的三廢。僅產(chǎn)生的少量酸性水，用弱堿中和后可送廢水處理裝置進(jìn)行處理，主要副產(chǎn)品硫酸鈉由磷肥廠回收。4)本發(fā)明設(shè)計(jì)三段式加熱方式使得原料反應(yīng)充分，并且四氟化硅回收率為95%以上，同時(shí)能顯著降低能耗，比常規(guī)制備四氟化硅的方法能量消耗減少10%以上。


圖I為回轉(zhuǎn)窯示意圖。圖中，I為反應(yīng)區(qū),2為干燥區(qū),3為二次干燥區(qū),4為保溫夾套,5為奧氏體鋼。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明內(nèi)容，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例II)在爐溫100 130°C的條件下，將氟硅酸鈉原料進(jìn)行干燥，干燥出來的含水氣體用堿吸收送廢水處理裝置處理，干燥過的氟硅酸鈉通過皮帶機(jī)送往氟硅酸鈉漏斗；控制干燥后的氟硅酸鈉中的含水< O. 5% ;2)98%硫酸、105%硫酸與回收的95 %硫酸以過流量計(jì)計(jì)量，配成濃度為99. 5% 100%的硫酸后，進(jìn)入混酸貯罐；3)氟硅酸鈉由漏斗經(jīng)過皮帶稱重(精度要求0.2 % 0.25% )后送入捏合機(jī)中與由混酸罐來的99. 5% 100%的硫酸預(yù)反應(yīng)，氟硅酸鈉與硫酸的進(jìn)料比控制在I I. I I ;為使氟硅酸鈉與硫酸在捏合機(jī)中的轉(zhuǎn)化率在30 50%，控制溫度在110 120°C之間。
4)在捏合機(jī)中預(yù)反應(yīng)后的氟硅酸鈉漿料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中?；剞D(zhuǎn)窯采用國內(nèi)普遍使用的φ 3m*30m的回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯采用三段式保溫夾套4進(jìn)行加熱，回轉(zhuǎn)窯由前向后保溫夾套的控制溫度分別在260 290°C、291 320°C、321 350°C，對(duì)應(yīng)窯體內(nèi)分為反應(yīng)區(qū)I、干燥區(qū)2和二次干燥區(qū)3，溫度分別控制在160 190°C、191 220°C、221 250°C?？刂聘G內(nèi)壓力-2 -5Kpa，轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速2 3轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)窯斜度為O. 04 O. 05，物料總停留時(shí)間控制在2 3h?；剞D(zhuǎn)窯體內(nèi)設(shè)有內(nèi)返料裝置，回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)區(qū)I前端內(nèi)側(cè)襯有25 30mm厚的奧氏體鋼5，鋼長度 為I. 5 2m。經(jīng)回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)產(chǎn)生的含四氟化硅的混合氣體中，HF的質(zhì)量百分含量為27%，四氟化硅的質(zhì)量百分含量為72%，HF的回收率為96%，四氟化硅的回收率為98%。5)在回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)后產(chǎn)生的含四氟化硅的混合氣體經(jīng)常規(guī)的除塵、壓縮、冷凝處理后送深冷塔進(jìn)行分離，塔釜得AHF成品，塔頂?shù)眉兌?9. 7%的四氟化硅成品。四氟化硅再依次經(jīng)濃度為95%硫酸、98%硫酸兩級(jí)凈化，得到純度為99. 9%四氟化硅成品，硫酸送混酸崗位加入濃度為105%硫酸配成濃度為99. 5% 100%硫酸，硫酸鈉可經(jīng)過皮帶機(jī)送包裝崗位進(jìn)行包裝。經(jīng)實(shí)施例方法制備所得四氟化硅成品的質(zhì)量指標(biāo)見表1，AHF成品的質(zhì)量指標(biāo)見表2 :表I
序號(hào)I指標(biāo)名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)^
四氟化硅(SiF4)^ 99. 7%
2ΨΗ^ O. 1%
3二氧化硫SS 0.01%
~ 二氧化碳SS 0.06%
5WMsS 0.01%
6氟化氫< O. I %
~其它(H2\SiF3) ^ 0.02%表2
序號(hào)I指標(biāo)名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)^
權(quán)利要求
1.一種采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 1)預(yù)反應(yīng)將氟硅酸鈉與硫酸預(yù)反應(yīng)，氟硅酸鈉與硫酸的進(jìn)料重量比為I I.I 1，溫度為110 120°c之間，氟硅酸鈉的轉(zhuǎn)化率為30 50% ； 2)在回轉(zhuǎn)窯中反應(yīng)將預(yù)反應(yīng)后的氟硅酸鈉漿料送入回轉(zhuǎn)窯中，回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)壓力-2 _5Kpa，窯內(nèi)由前向后三段分別控制溫度在160 190°C、191 220°C、221 250 0C ； 3)分離將在回轉(zhuǎn)窯中反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體進(jìn)行分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，其特征在于在步驟“2)”中，控制回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速2 3轉(zhuǎn)/min，回轉(zhuǎn)窯斜度O. 04 O. 05，物料總停留時(shí)間控制為2 3h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，其特征在于該方法中所述的硫酸的濃度為99. 5% 100%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，其特征在于在預(yù)反應(yīng)之前，在溫度100 130°C的條件下，將氟硅酸鈉原料干燥至含水量彡O. 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，其特征在于將混合氣經(jīng)除塵、壓縮、冷凝后送深冷塔進(jìn)行分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，其特征在于分離后所得四氟化娃依次經(jīng)95 %硫酸、98 %硫酸兩級(jí)凈化。
7.—種權(quán)利要求I所述的制備四氟化硅的方法采用的回轉(zhuǎn)窯，其特征在于該回轉(zhuǎn)窯在窯體內(nèi)側(cè)或外側(cè)由前向后分三段設(shè)置可分別控溫的保溫夾套。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備四氟化硅的方法采用的回轉(zhuǎn)窯，其特征在于該回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)區(qū)前端內(nèi)側(cè)襯有25 30mm厚的奧氏體鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用回轉(zhuǎn)窯制備四氟化硅的方法，該方法是將氟硅酸鈉與硫酸預(yù)反應(yīng)后送入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)一步反應(yīng)，回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)壓力-2～-5Kpa，窯內(nèi)由前向后三段分別控制溫度在160～190℃、191～220℃、221～250℃，反應(yīng)完成后，將四氟化硅與HF混合氣分離。本發(fā)明將氟硅酸鈉與硫酸采用回轉(zhuǎn)窯作為反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)，原料可采用的磷肥廠的副產(chǎn)物氟硅酸鈉，且裝置主要固廢硫酸鈉仍可被磷肥廠回收用來生產(chǎn)氟硅酸鈉；本發(fā)明通過設(shè)計(jì)三段式加熱方式，使得原料充分反應(yīng)。另外，全過程無難處理的三廢，無需廢酸濃縮裝置，大大節(jié)省了裝置投入。
文檔編號(hào)C01B33/107GK102976337SQ20111025817
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者汪小華, 曾憲相, 吳震 申請(qǐng)人:新浦化學(xué)(泰興)有限公司