專利名稱：一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物的生產(chǎn)方法，尤其涉及一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法。
背景技術(shù)：
四氟化硅，也稱四氟硅烷，其分子式為SiF4，四氟化硅(SiF4)無色、有毒、有刺激 性臭味的氣體。密度4. 69g/L，熔點(diǎn)-90. 2V (1. 73X 105Pa)。四氟化硅在潮濕的空氣中因 水解而產(chǎn)生煙霧，生成硅酸和氫氟酸。在冷凍下加壓可凝成液體。能溶于硝酸和乙醇。四 氟化硅比較穩(wěn)定。能跟氫氟酸作用生成氟硅酸H2SiF6。四氟化硅也易被堿液分解。四氟化硅具有多種用途，例如1)用于氟硅酸及氟化鉛的制取，2)用作水泥和人造 大理石的硬化劑，增強(qiáng)耐腐蝕性和耐磨性。3)有機(jī)硅化合物的合成材料。4)高純度的四氟 化硅是電子工業(yè)的一種重要材料，廣泛用于光纖、半導(dǎo)體、和光伏電池生產(chǎn)。5)在硅烷制備 中需要大量的四氟化硅原料。在現(xiàn)有的技術(shù)中，已經(jīng)公開了多種制備四氟化硅的方法，其中有硫酸法和六氟硅 酸鹽熱解法等幾種方法。硫酸法是最早用于工業(yè)化制備SiF4的方法，按照所用原料它又分為螢石硫酸法 和六氟硅酸鹽硫酸法2種。1、螢石一硫酸法
采用螢石(CaF2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于97%、硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在— 3%的螢石和質(zhì)量分 數(shù)大于98%的二氧化硅作原料，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于95%的濃硫酸在100°C—300°C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)四氟化硅和氟化氫。反應(yīng)式如下 3CaF2+3H2S04+Si02— 3CaS04+SiF4+2HF+2H20 (1) 該方法的缺點(diǎn)和不足之處是
1)該方法伴有大量的HF產(chǎn)生，而除去HF的成本也很高，同時(shí)浪費(fèi)了氟資源，也不利于 四氟化硅的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。2 )反應(yīng)后四氟化硅中的水汽又對(duì)四氟化硅起著分解作用，形成較大比例的六氟二 甲基硅醚「SiF3)20」。影響四氟化硅的純度。2、六氟硅酸鹽一硫酸法
這是一種用磷酸制造工藝中用的磷礦石作原料連續(xù)生產(chǎn)四氟化硅(SiF4)的工藝， 先使磷礦石、水、Si02與濃硫酸反應(yīng)，過濾后的濾液經(jīng)減壓加熱分離出H2SiF6 ；然后用 Ca(OH)中和得到CaSiF6，再使過濾、干燥后的CaSiF6與濃硫酸反應(yīng)生成SiF4經(jīng)冷卻和 用A1203吸附除去副產(chǎn)的水和HF，得到高純SiF4，反應(yīng)式如下
CalO(P04)6F2+I0H2S04+20H20— 10CaS04+2H20+6H3P04+2HF (2) 6HF+Si02— H2SiF6+2H20 (3) H2SiF6+Ca (OH) 2— CaSiF6+2H20 (4) CaSiF6+H2S04— SiF4+CaS04+2HF (5)為減少四氟化硅(SiF4)中C02的含量，采用使用濃硫酸在50°C 150°C下用惰性氣體 鼓泡的方法將硫酸中C02減少到2 X 10-5 ml / g( H2S04)以下，然后用該硫酸作原料與 H2SiF6或金屬六氟硅酸鹽反應(yīng)來制備四氟化硅(SiF4)。該方法的缺點(diǎn)和不足之處是
1)反應(yīng)過程比較復(fù)雜，副產(chǎn)物較多，因而成本也高。附近最好有磷肥廠配套，使副產(chǎn)物 能得到合理利用。一般很難達(dá)到這種條件。2)環(huán)保治理成本較高。3、六氟硅酸鹽熱解法
這種方法采用金屬氟硅酸鹽熱解法來生產(chǎn)四氟化硅(SiF4)。為減少雜質(zhì)的形成，在熱 解前，預(yù)先在低于于熱解溫度和小于2. 67 Ua解離壓下對(duì)金屬氟硅酸鹽進(jìn)行熱處理。不 同金屬氟硅酸鹽的熱處理溫度不同，如Na2SiF6在330°C 520°C，K2 SiF6在430°C 550 V，BaSiF6在300°C 410 °C等。該熱處理步驟可代替氟硅酸鹽的脫水，用這種方法 生產(chǎn)的SiF4有高的純度和收率。在用熱解法生產(chǎn)SiF4時(shí)，爐壁易被腐蝕，熱解產(chǎn)物附于 爐壁而不易排出。為解決該問題，采用使金屬氟硅酸鹽與質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20%的粒徑1 100 um的Si02和A1203混合，再于500°C 800 ！下熱解的方法來生產(chǎn)四氟化硅(SiF4)。 助劑的純度應(yīng)大于99%，使用前預(yù)先干燥脫水。該方法的缺點(diǎn)和不足之處是
1)熱解溫度較高，能源消耗大；
2)熱解的充分度不足，轉(zhuǎn)換率為50-60%，四氟化硅(SiF4)的得率低，因而生產(chǎn)成本較
尚ο3 )裝置的產(chǎn)量低，不利于規(guī)模生產(chǎn)?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，需要一種收率高，成本低并可以規(guī)?；a(chǎn)的四氟化硅 (SiF4)生產(chǎn)方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種產(chǎn)率高，并可以有效降 低成本的硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法。用硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法的步驟如下
1)將200 400重量份50 300目的氟化物和250 500重量份質(zhì)量百分比濃度為 95% 98%的硫酸分別連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化 氫的反應(yīng)溫度為280 360°C，氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收 集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
2)將1000 1100重量份質(zhì)量百分比濃度為65% 95%的硫酸與200 400重量份重 量份50 300目的二氧化硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
3)將二氧化硅硫酸混合物加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入250 500重量份氟 化氫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 1000分鐘，反應(yīng)溫度為50 100°C，得到四氟化硅氣 體，同時(shí)反應(yīng)中水分不斷析出，并由硫酸吸收，二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，上層的 稀硫酸用泵抽到稀硫酸儲(chǔ)罐，二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
4)將四氟化硅氣體通入冷卻器冷卻至20 25°C，然后壓縮進(jìn)入儲(chǔ)氣罐；5)將稀硫酸儲(chǔ)罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提濃，然后逐漸加入質(zhì)量百分比濃度 為98% 100%的三氧化硫，并與稀硫酸中的水分合成為硫酸，將稀硫酸提濃為65% 95%的 硫酸和95% 98%的硫酸備用；65% 95%的硫酸可作為反應(yīng)器中的硫酸介質(zhì)使用，95% 98%的硫酸作為氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中硫酸原料使用。步驟1)所述的氟化氫轉(zhuǎn)爐反應(yīng)溫度為300 340°C。步驟1)所述的氟化物為氟 化鈣、氟化鈉、氟化鋁或氟鋁酸鈉。步驟3)所述的四氟化硅反應(yīng)溫度為65 85°C。步驟3)所述的四氟化硅反應(yīng)時(shí) 間為100 600分鐘。步驟幻所述的加入到反應(yīng)器中的氟化氫是液態(tài)的。步驟幻所述的 四氟化硅反應(yīng)是批次式的。步驟幻所述的三氧化硫與稀硫酸中的水分合成的硫酸作為介質(zhì)使用，在四氟化 硅反應(yīng)器中吸收四氟化硅反應(yīng)中生成的水和未反應(yīng)完的氟化氫，實(shí)現(xiàn)水的完全平衡，形成 閉環(huán)生產(chǎn)。本發(fā)明不僅克服了成本高的問題，而且做到了產(chǎn)生的稀硫酸經(jīng)過三氧化硫與水分 全部合成為濃硫酸，再次作為介質(zhì)使用，在四氟化硅反應(yīng)器中用于吸收四氟化硅反應(yīng)中生 成的水和未反應(yīng)完的氟化氫，實(shí)現(xiàn)水的完全平衡，也沒有多余的廢硫酸和廢氟化氫產(chǎn)生，形 成生產(chǎn)閉環(huán)。這樣做的好處還在于避免使用稀硫酸的濃縮裝置，因?yàn)橄×蛩嶂羞€含有一定 比例的氫氟酸，濃縮裝置不可以使用金屬材料，很容易被腐蝕，系統(tǒng)很不可靠。采用三氧化 硫平衡水，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。 稀硫酸提濃和氟化氫殘液以及二氧化硅殘?jiān)鼭{料的循環(huán)重復(fù)使用，形成了生產(chǎn)閉 環(huán)，消除了對(duì)環(huán)景的影響，同時(shí)大大降低能源消耗，是一種節(jié)能減排的好方法。
圖1是硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法工藝示意圖； 圖2是實(shí)施例1樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖3是實(shí)施例2樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖4是實(shí)施例3樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖5是實(shí)施例4樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖6是實(shí)施例5樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖 是實(shí)施例6樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖8是實(shí)施例7樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜； 圖9是實(shí)施例8樣品經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀純度的檢測(cè)圖譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的主要反應(yīng)式如下 Si02+4HF — SiF4+2H20 (在硫酸介質(zhì)中)(6) 2H20+2S03 — 2H2S04 (7) 2CaF2+2H2S04 — 2CaS04+4HF (8)
從上述的反應(yīng)式中可以看出氟化氫、水、硫酸三者是內(nèi)部平衡循環(huán)使用的，沒有氟的浪費(fèi)。
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為進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面對(duì)實(shí)施方案結(jié)合實(shí)施案例進(jìn)行進(jìn)一步的說明 用硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法的步驟如下
1)將200 400重量份50 300目的氟化物和250 500重量份質(zhì)量百分比濃度為 95% 98%的硫酸分別連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化 氫的反應(yīng)溫度為280 360°C，氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收 集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
2)將1000 1100重量份質(zhì)量百分比濃度為65% 95%的硫酸與200 400重量份重 量份50 300目的二氧化硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
3)將二氧化硅硫酸混合物加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入250 500重量份氟 化氫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 1000分鐘，反應(yīng)溫度為50 100°C，得到四氟化硅氣 體，同時(shí)反應(yīng)中水分不斷析出，并由硫酸吸收，二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，上層的 稀硫酸用泵抽到稀硫酸儲(chǔ)罐，二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
4)將四氟化硅氣體通入冷卻器冷卻至20 25°C，然后壓縮進(jìn)入儲(chǔ)氣罐；
5)將稀硫酸儲(chǔ)罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提濃，然后逐漸加入質(zhì)量百分比濃度 為98% 100%的三氧化硫，并與稀硫酸中的水分合成為硫酸，將稀硫酸提濃為65% 95%的 硫酸和95% 98%的硫酸備用；65% 95%的硫酸可作為反應(yīng)器中的硫酸介質(zhì)使用，95% 98%的硫酸作為氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中硫酸原料使用。步驟1)所述的氟化氫轉(zhuǎn)爐反應(yīng)溫度為300 340°C。步驟1)所述的氟化物為氟 化鈣、氟化鈉、氟化鋁或氟鋁酸鈉。步驟3)所述的四氟化硅反應(yīng)溫度為65 85°C。步驟3)所述的四氟化硅反應(yīng)時(shí) 間為100 600分鐘。步驟幻所述的加入到反應(yīng)器中的氟化氫是液態(tài)的。步驟幻所述的 四氟化硅反應(yīng)是批次式的。步驟幻所述的三氧化硫與稀硫酸中的水分合成的硫酸作為介質(zhì)使用，在四氟化 硅反應(yīng)器中吸收四氟化硅反應(yīng)中生成的水和未反應(yīng)完的氟化氫，實(shí)現(xiàn)水的完全平衡，形成 閉環(huán)生產(chǎn)。實(shí)施例1
取200重量份50 300目的二氧化硅粉末，1000重量份質(zhì)量百分比濃度為65%的硫 酸，250重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸，200重量份50 300目的氟化鈣備用；
將250重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸和200重量份50 300目的氟化鈣分別 連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為280°C。 氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1000重量份質(zhì)量百分比濃度為65%的硫酸與200重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物加到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng) 時(shí)間為10 200分鐘，反應(yīng)溫度為50°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反應(yīng)完成。不能 反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛螅蠈拥南×蛩嵊帽贸榈?稀硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。
用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖2 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為92. 8%。實(shí)施例2
取400重量份50 300目的二氧化硅粉末，1100重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫 酸，500重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸，400重量份50 300目的氟化鈣備用；
將500重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸和400重量份50 300目的氟化鈣分別 連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為360°C。 氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1100重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸與400重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 1000分鐘，反應(yīng)溫度為100°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后 反應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛?，上層的?硫酸用泵抽到硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖2 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為99. 1。實(shí)施例3
取200重量份50 300目的二氧化硅粉末，1100重量份質(zhì)量百分比濃度為65%的硫 酸，500重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸，400重量份50 300目的氟化鈣備用；
將500重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸和400重量份50 300目的氟化鈣分別 連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為280°C。 氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1100重量份質(zhì)量百分比濃度為65%的硫酸與200重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 200分鐘，反應(yīng)溫度為60°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反 應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛螅蠈拥南×?酸用泵抽到硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖4 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為94. 5%。實(shí)施例4
取400重量份50 300目的二氧化硅粉末，1000重量份質(zhì)量百分比濃度為83%的硫 酸，500重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸，400重量份50 300目的氟化鈣備用；
將500重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸和400重量份50 300目的氟化鈣分別 連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為360°C。氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1000重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸與400重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 1000分鐘，反應(yīng)溫度為80°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反 應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛?，上層的稀?酸用泵抽到硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖5 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為99. 1%。實(shí)施例5
取200重量份50 300目的二氧化硅粉末，1000重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫 酸，250重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸，400重量份50 300目的氟化鈣備用；
將250重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸和400重量份50 300目的氟化鈣分別 連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為280°C。 氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1000重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸與200重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 200分鐘，反應(yīng)溫度為60°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反 應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛?，上層的稀?酸用泵抽到硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖6 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為97. 1。實(shí)施例6
取300重量份50 300目的二氧化硅粉末，1000重量份質(zhì)量百分比濃度為73%的硫 酸，500重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸，300重量份50 300目的四氟化鋁鈉備用； 將500重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸和300重量份50 300目的四氟化鋁 鈉分別連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為 360°C。氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1000重量份質(zhì)量百分比濃度為73%的硫酸與300重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 200分鐘，反應(yīng)溫度為80°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反 應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛?，上層的?硫酸清液用泵抽到硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖7 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為96. 6%。實(shí)施例7
取250重量份50 300目的二氧化硅粉末，1000重量份質(zhì)量百分比濃度為65%的硫 酸，500重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸，250重量份50 300目的四氟化鋁鈉備用； 將500重量份質(zhì)量百分比濃度為98%的硫酸和250重量份50 300目的四氟化鋁 鈉分別連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為 300°C。氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1000重量份質(zhì)量百分比濃度為65%的硫酸與250重量份50 300目的二氧化 硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，按二氧化硅的質(zhì)量比氟化氫可以過量5%，反應(yīng)時(shí)間為10 200分鐘，反應(yīng)溫度為 70°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn) 行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛?，上層的稀硫酸用泵抽到硫酸?chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧 化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖8 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為92. 8%。實(shí)施例8
取300重量份100 200目的二氧化硅粉末，1000重量份質(zhì)量百分比濃度為90%的 硫酸，250重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸，250重量份100 200目的四氟化鋁鈉備 用；
將250重量份質(zhì)量百分比濃度為95%的硫酸和250重量份100 200目的四氟化鋁 鈉分別連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化氫的反應(yīng)溫度為 320°C。氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；
取其中1000重量份質(zhì)量百分比濃度為90%的硫酸與200重量份100 200目的二氧 化硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，硫酸的質(zhì)量百分比為80%，得到二氧化硅硫酸混合物；
將二氧化硅硫酸混合物通過管道加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入氟化氫進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 180分鐘，反應(yīng)溫度為70°C，得到四氟化硅氣體，經(jīng)充分反應(yīng)后反 應(yīng)完成。不能反應(yīng)的二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，二氧化硅殘?jiān)两岛?，上層的稀?酸用泵抽到硫酸儲(chǔ)罐集中處理，沉降下來的二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；
將四氟化硅氣體通過導(dǎo)流管通入冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻溫度為20 25°C，然后通過管 道進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。用取樣瓶對(duì)罐中的四氟化硅氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)傅里葉紅外線測(cè)試儀檢測(cè) 的純度圖譜見圖9 ；計(jì)算結(jié)果如下四氟化硅純度為96. 7%以上對(duì)本發(fā)明提供的生產(chǎn)四氟化硅的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并應(yīng)用了具體實(shí)施個(gè)例對(duì) 本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了驗(yàn)證和闡述，以幫助理解本發(fā)明的方法和核心思想。必須 指出的是，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，允許工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修正和補(bǔ)充，但 這些修正和補(bǔ)充也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于它的步驟如下1)將200 400重量份50 300目的氟化物和250 500重量份質(zhì)量百分比濃度為 95% 98%的硫酸分別連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的爐頭中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，氟化 氫的反應(yīng)溫度為280 360°C，氟化氫氣體從爐頭排出經(jīng)過冷凝器后轉(zhuǎn)化成液態(tài)氟化氫收 集在氟化氫儲(chǔ)罐備用；2)將1000 1100重量份質(zhì)量百分比濃度為65% 95%的硫酸與200 400重量份重 量份50 300目的二氧化硅粉末，進(jìn)行預(yù)混合，得到二氧化硅硫酸混合物；3)將二氧化硅硫酸混合物加入到反應(yīng)器中，在攪拌的同時(shí)，加入250 500重量份氟 化氫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10 1000分鐘，反應(yīng)溫度為50 100°C，得到四氟化硅氣 體，同時(shí)反應(yīng)中水分不斷析出，并由硫酸吸收，二氧化硅殘?jiān)诜磻?yīng)器中進(jìn)行沉降，上層的 稀硫酸用泵抽到稀硫酸儲(chǔ)罐，二氧化硅殘?jiān)鼭{料用泵抽到渣槽集中處理；4)將四氟化硅氣體通入冷卻器冷卻至20 25°C，然后壓縮進(jìn)入儲(chǔ)氣罐；5)將稀硫酸儲(chǔ)罐中的稀硫酸打到三氧化硫吸收塔提濃，然后逐漸加入質(zhì)量百分比濃度 為98% 100%的三氧化硫，并與稀硫酸中的水分合成為硫酸，將稀硫酸提濃為65% 95%的 硫酸和95% 98%的硫酸備用；65% 95%的硫酸可作為反應(yīng)器中的硫酸介質(zhì)使用，95% 98%的硫酸作為氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中硫酸原料使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟3)所 述的四氟化硅反應(yīng)溫度為65 85°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟3)所 述的四氟化硅反應(yīng)時(shí)間為100 600分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟 1)所述的氟化氫轉(zhuǎn)爐反應(yīng)溫度為300 340°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟 3)所述的加入到反應(yīng)器中的氟化氫是液態(tài)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟 3)所述的四氟化硅反應(yīng)是批次式的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟 5)所述的三氧化硫與稀硫酸中的水分合成的硫酸作為介質(zhì)使用，在四氟化硅反應(yīng)器中吸收 四氟化硅反應(yīng)中生成的水和未反應(yīng)完的氟化氫，實(shí)現(xiàn)水的完全平衡，形成閉環(huán)生產(chǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法，其特征在于步驟 1)所述的氟化物為氟化鈣、氟化鈉、氟化鋁或氟鋁酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用硫酸石英砂閉環(huán)生產(chǎn)四氟化硅的方法。將95%～98%的硫酸和氟化物按比例連續(xù)加到氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，反應(yīng)溫度為280～360℃。取其中65%～95%的硫酸與二氧化硅粉末預(yù)混合。將混合物加到反應(yīng)器中并攪拌，加入液態(tài)氟化氫反應(yīng)生成四氟化硅氣體，溫度為50～100℃，時(shí)間為10～1000分鐘。將稀硫酸打到三氧化硫吸收塔，然后逐漸加入三氧化硫，與稀硫酸中的水分合成硫酸備用，所述硫酸和轉(zhuǎn)爐反應(yīng)生成的氟化氫為循環(huán)使用，形成生產(chǎn)閉環(huán)。本發(fā)明采用三氧化硫平衡水，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。稀硫酸提濃和氟化氫殘液以及二氧化硅殘?jiān)鼭{料的循環(huán)重復(fù)使用，形成了生產(chǎn)閉環(huán)，消除了對(duì)環(huán)境的影響，大大降低能源消耗，是一種節(jié)能減排的好方法。
文檔編號(hào)C01B33/107GK102134078SQ20111000770
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者楊建松, 栗廣奉, 耿金春, 陳德偉, 高平舟 申請(qǐng)人:浙江中寧硅業(yè)有限公司