采用回轉窯制備四氟化硅的方法技術

本發明專利技術公開了一種采用回轉窯制備四氟化硅的方法，該方法是將氟硅酸鈉與硫酸預反應后送入回轉窯中進一步反應，回轉窯窯內壓力-2～-5Kpa，窯內由前向后三段分別控制溫度在160～190℃、191～220℃、221～250℃，反應完成后，將四氟化硅與HF混合氣分離。本發明專利技術將氟硅酸鈉與硫酸采用回轉窯作為反應設備進行反應，原料可采用的磷肥廠的副產物氟硅酸鈉，且裝置主要固廢硫酸鈉仍可被磷肥廠回收用來生產氟硅酸鈉；本發明專利技術通過設計三段式加熱方式，使得原料充分反應。另外，全過程無難處理的三廢，無需廢酸濃縮裝置，大大節省了裝置投入。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及氟化工、硅化工等
，特別涉及一種。
技術介紹
四氟化硅是半導體與光纖加工應用中所使用的一 種電子專用氣體，是硅基半導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體行業中主要用于氮化硅、硅化鉭等的蝕刻、P型摻雜劑及外延沉積擴散硅源等；還可用于制備電子級硅烷或硅。四氟化硅還可用作導纖維用高純石英玻璃的原料，它在高溫火焰中水解可產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來制備四氟化硅，反應方程式如下Si+2F2 — SiF4由于此反應需要高純度的氟氣體，而氟氣體不易制得，所以，無法進行大規模生產。2、通過熱裂解六氟硅酸鹽來制備四氟化硅。3、石英砂與HF氣體反應的制造方法Si02+HF — SiF4+H204、瑩石、石英砂及硫酸反應的制造方法2CaF2+Si02+H2S04 — SiF4+2CaS04+2H20采用上述方法進行工業化生產時所用的能耗高，且得到產品的回收率低，且純度差。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服上述不足之處提供一種。該方法穩定可靠，可進行連續化大生產。本專利技術是通過以下方式實現的一種包括以下步驟I)預反應將氟硅酸鈉與硫酸預反應，氟硅酸鈉與硫酸的進料重量比為I I. I 1，溫度為Iio 120°C之間，氟硅酸鈉的轉化率為30 50% ；2)在回轉窯中反應將預反應后的氟硅酸鈉漿料送入回轉窯中，回轉窯窯內壓力-2 -5Kpa，窯內由前向后三段分為反應區、干燥區、二次干燥區，分別控制溫度在160 190°C>191 220°C、221 250°C ；3)分離將在回轉窯中反應產生的混合氣體進行分離。在步驟“2) ”中，控制回轉窯轉速2 3轉/min，回轉窯斜度O. 04 O. 05，物料總停留時間控制為2 3h。該方法中所述的硫酸的濃度優選為99. 5% 100%。在預反應之前，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%，能相對減少消耗的發煙酸用量；另外，預反應控制原料氟硅酸鈉的轉化率在30 50%之間后再向回轉窯中輸送使得總能耗顯著降低。反應后得到的含四氟化硅的混合氣體再經除塵、壓縮、冷凝后送深冷塔進行分離，分離后所得四氟化硅依次經95%硫酸、98%硫酸兩級凈化。本專利技術采用的回轉窯在窯體內側或外側由前向后分三段設置可分別控溫的保溫夾套?；剞D窯反應區的前端內側襯有25 30mm厚的奧氏體鋼，鋼長度為I. 5 2m。回轉窯體內還可以設有內返料裝置，可以減少腐蝕，增加停留時間。本專利技術采用的基本原理是 Na2SiF6+H2S04 — Na2S04+H2SiF6H2SiF6 — 2HF+SiF4與現有技術比較本專利技術的有益效果I)本專利技術采用回轉窯作為反應設備進行氟硅酸鈉與硫酸進行反應，原料可采用的磷肥廠的副產物氟硅酸鈉，且裝置主要固廢硫酸鈉仍可被磷肥廠回收用來生產氟硅酸鈉；2)由于工藝過程無水產生，本專利技術對材質的要求不苛刻，整個分離系統使用碳鋼材質即可，無需廢酸濃縮裝置，大大節省了裝置投置。3)本專利技術方法無難處理的三廢。僅產生的少量酸性水，用弱堿中和后可送廢水處理裝置進行處理，主要副產品硫酸鈉由磷肥廠回收。4)本專利技術設計三段式加熱方式使得原料反應充分，并且四氟化硅回收率為95%以上，同時能顯著降低能耗，比常規制備四氟化硅的方法能量消耗減少10%以上。附圖說明圖I為回轉窯示意圖。圖中，I為反應區,2為干燥區,3為二次干燥區,4為保溫夾套,5為奧氏體鋼。具體實施例方式下面結合具體實施例來詳細說明本專利技術，在此本專利技術的實施例以及說明用來解釋本
技術實現思路
，但并不作為對本專利技術的限定。實施例II)在爐溫100 130°C的條件下，將氟硅酸鈉原料進行干燥，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 %硫酸以過流量計計量，配成濃度為99. 5% 100%的硫酸后，進入混酸貯罐；3)氟硅酸鈉由漏斗經過皮帶稱重(精度要求0.2 % 0.25% )后送入捏合機中與由混酸罐來的99. 5% 100%的硫酸預反應，氟硅酸鈉與硫酸的進料比控制在I I. I I ;為使氟硅酸鈉與硫酸在捏合機中的轉化率在30 50%，控制溫度在110 120°C之間。4)在捏合機中預反應后的氟硅酸鈉漿料進入回轉窯中。回轉窯采用國內普遍使用的φ 3m*30m的回轉窯，回轉窯采用三段式保溫夾套4進行加熱，回轉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，對應窯體內分為反應區I、干燥區2和二次干燥區3，溫度分別控制在160 190°C、191 220°C、221 250°C?？刂聘G內壓力-2 -5Kpa，轉窯轉速2 3轉/min，轉窯斜度為O. 04 O. 05，物料總停留時間控制在2 3h?；剞D窯體內設有內返料裝置，回轉窯反應區I前端內側襯有25 30mm厚的奧氏體鋼5，鋼長度 為I. 5 2m。經回轉窯反應產生的含四氟化硅的混合氣體中，HF的質量百分含量為27%，四氟化硅的質量百分含量為72%，HF的回收率為96%，四氟化硅的回收率為98%。5)在回轉窯反應后產生的含四氟化硅的混合氣體經常規的除塵、壓縮、冷凝處理后送深冷塔進行分離，塔釜得AHF成品，塔頂得純度99. 7%的四氟化硅成品。四氟化硅再依次經濃度為95%硫酸、98%硫酸兩級凈化，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，硫酸鈉可經過皮帶機送包裝崗位進行包裝。經實施例方法制備所得四氟化硅成品的質量指標見表1，AHF成品的質量指標見表2 :表I序號I指標名稱質量分數^ 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I指標名稱質量分數^本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用回轉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)預反應：將氟硅酸鈉與硫酸預反應，氟硅酸鈉與硫酸的進料重量比為1～1.1∶1，溫度為110～120℃之間，氟硅酸鈉的轉化率為30～50％；2)在回轉窯中反應：將預反應后的氟硅酸鈉漿料送入回轉窯中，回轉窯窯內壓力?2～?5Kpa，窯內由前向后三段分別控制溫度在160～190℃、191～220℃、221～250℃；3)分離：將在回轉窯中反應產生的混合氣體進行分離。

【技術特征摘要】
1.一種采用回轉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)預反應將氟硅酸鈉與硫酸預反應，氟硅酸鈉與硫酸的進料重量比為I I.I 1，溫度為110 120°c之間，氟硅酸鈉的轉化率為30 50% ； 2)在回轉窯中反應將預反應后的氟硅酸鈉漿料送入回轉窯中，回轉窯窯內壓力-2 _5Kpa，窯內由前向后三段分別控制溫度在160 190°C、191 220°C、221 250 0C ； 3)分離將在回轉窯中反應產生的混合氣體進行分離。2.根據權利要求I所述的采用回轉窯制備四氟化硅的方法，其特征在于在步驟“2)”中，控制回轉窯轉速2 3轉/min，回轉窯斜度O. 04 O. 05，物料總停留時間控制為2 3h。3.根據權利要求I所述的采用回轉窯制備四氟化硅的方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪小華，曾憲相，吳震，
申請(專利權)人：新浦化學泰興有限公司，
類型：發明
國別省市：