[发明专利]四氟化硅气合成的改进的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于生产四氟化硅(SiF₄)的新方法。具体地，本发明涉及在两步方法中 从碱性氟化物、硅石和硫酸生产四氟化硅的方法。

发明背景

四氟化硅是重要的化学中间体，对于如纯硅石、硅烷、用于太阳电池的纯硅、用于陶 瓷产品的氮化硅以及用于建筑应用的材料的氟化的碳-硅聚合物的贵重产品生产有用。四 氟化硅的其他应用包含：为了提供对防水性以及对侵蚀和磨损的耐性的相当大的改进的目 的，处理干燥混凝土部分；为生产原硅酸酯，而增加结晶分子筛的疏水特征；以及在半导 体工业中，作为用于含硅原料的蚀刻介质。

用于生产与氟化氢一起的四氟化硅的已知方法，包含使硫酸与氟石反应，形成作为副 产品的硫酸钙。该反应是吸热的，而热必须外部提供。已设计出多种方法，以改进传热特 征、收率和纯度。来自磷酸生产的氟硅酸，也可以被用作生产氢氟酸和四氟化硅的进料。 一般来说，浓硫酸，或发烟硫酸的流，以及氟硅酸的浓水溶液被供料给搅拌反应器，生产 气体流形式的氢氟酸和四氟化硅，所述气体流被浓硫酸清洗。也已知的是这样的方法，其 中含水氟硅酸的流被供料给垂直式塔的头和底之间的中间点，而浓硫酸的流在所述塔头附 近被供料。含四氟化硅的塔顶气流从所述塔头被回收，而稀释的硫酸的流从所述塔底被回 收。达到95.4％到98.5％的收率，其中所述四氟化硅中氢氟酸的含量低于0.1vol.％。

用于制造四氟化硅的其他方法是基于元素硅的。使元素硅和氟化氢在约250℃或更高 的温度反应。所述反应可以被这样实施，以使气体产品含有至少0.02vol.％的未反应的氟 化氢。所述方法可以通过使所述气体产品与元素镍在600℃或更高的温度接触，而被改进。

所有这些方法的共同特征是原材料到四氟化硅的转化的低收率，和不合期望的副产 品。杂质，尤其是留在四氟化硅中的氟、硼、磷和砷元素的化合物。

需要一种用于从氟化物源生产高转化和高纯度的四氟化硅，而具有有限的环境影响的 方法。

发明概述

本发明涉及用于生产四氟化硅(SiF₄)的新方法。具体地，本发明涉及从金属氟化物、 硅石和硫酸生产四氟化硅的方法。所述方法是新颖的，并且展示了生产高质量四氟化硅的 经济且环境友好的途径。

本发明的实施方案提供从金属氟化物生产四氟化硅的方法，包括以下步骤：(a)煅 烧并混合进料与含硅原料，以生产氟硅酸盐复合物；(b)使所述氟硅酸盐复合物与硫酸 反应，以生产四氟化硅和金属硫酸盐；以及(c)洗涤所述四氟化硅，以移除过量的湿气、 尘和其他酸性气体。在一些实施方案中，煅烧所述进料在从约200℃到约600℃范围的温 度发生。在一些实施方案中，煅烧所述进料在从约300℃到约400℃范围的温度发生。在 一些实施方案中，煅烧所述进料在从约3到约25分钟的停留时间发生。在一些实施方案 中，所述进料颗粒和硅石在从约200微米到约600微米范围的尺寸。在一些实施方案中， 使所述氟硅酸盐复合物与硫酸反应在从约100℃到约500℃范围的温度发生。在一些实施 方案中，所述硫酸的量是直到20％的化学计量过量。在一些实施方案中，所述硫酸具有从 约50到约100％范围的浓度。在其他实施方案中，所述硫酸具有从约98到约100％范围的 浓度。在一些实施方案中，所述进料中有99％转化效率的所述金属氟化物。在一些实施方 案中，所述过量的硫酸被再循环。在一些实施方案中，所述金属氟化物是氟化铝钠，所述 氟化铝钠可以从硅烷制造方法中被再循环。在一些实施方案中，内循环增加了所述四氟化 硅的收率。

附图的简要描述

图1是四氟化硅生产方法的实施方案的示意图。

图2是四氟化硅生产方法的桌面规模方法的实施方案的示意图。

图3是氟化物到四氟化硅的转化对煅烧时间的图。

图4是氟化物到四氟化硅的转化对煅烧的和未煅烧的供料的图。

图5是氟化物到四氟化硅的转化和生成的尘对针对煅烧的供料的颗粒供料尺寸的图。

图6是氟化物到四氟化硅的转化和生成的尘对针对未煅烧的供料的颗粒供料尺寸的 图。

图7描述具有循环系统和物料平衡的工业操作。