[发明专利]氯代硅烷的综合利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氯代硅烷的综合利用方法，更具体的，涉及一种利用氯代硅烷尤其是利用有机硅、三氯氢硅及多晶硅生产过程副产的氯代硅烷为原料生产氯化钙及硅酸钙的方法。

背景技术

有机硅、三氯氢硅及多晶硅的生产都副产大量的副产氯代硅烷，尤其是随着多晶硅装置的不断投产，随之而来的是以SiCl₄为主的副产氯代硅烷数量的急剧增加。据统计每生产1吨多晶硅将副产以SiCl₄为主的氯代硅烷10～15吨，大量副产氯代硅烷已经成为制约多晶硅产业发展的瓶颈，同时也对环境造成潜在的危害。

国际上对多晶硅副产的以SiCl₄为主的氯代硅烷的处理开发了数种工艺，其中针对SiCl₄的处理开发了冷氢化还原及热氢化还原两种工艺。冷氢化还原工艺是在较低的温度及较高的压力下利用氢气将SiCl₄还原为SiHCl₃，如专利CN85107465、CN1436725公开了在镍催化剂及硅粉存在情况下，用氢气在400～500℃，1～2MPa压力情况下还原SiCl₄为SiHCl₃的方法。该方法由于需要使用硅粉，而目前尚未解决高压下硅粉连续加料问题，因此国内只有少数企业采用这类方法。此外，其他多晶硅企业从国外引进了另外一种被称为热氢化还原的工艺，即在高达1000℃以上的温度进行氢化还原。现有生产实践表明，热氢化还原工艺存在单次转化率低、副产物复杂等缺点。生产数据表明，每得到1吨SiHCl₃将副产0.1～0.2吨更难处理的Si₂H₂Cl₄、Si₂Cl₆、Si₃Cl₈等氯代硅烷，且能耗高、成本也高。

对氯代硅烷的另外一种处理方式是用于生产下游产品，如气相法白炭黑，光导纤维，有机硅等。中国专利CN1686791公开了以有机硅生产中的副产物为原料(其中也包括SiCl₄和SiHCl₃)生产气相法白炭黑的工艺；中国专利CN1208016公开了以SiCl₄为原料生产气相法白炭黑的工艺。对白炭黑的市场调研表明，气相法白炭黑消费量不及白炭黑总消费量的5％，市场容量极为有限。另外一种用SiCl₄生产的重要下游产品是有机硅中的硅酸乙酯，利用SiCl₄生产硅酸乙酯是成熟的工艺，但硅酸乙酯同样存在市场容量小的问题。因此，无论是气相法白炭黑还是硅酸乙酯，都难以消耗多晶硅企业副产的以SiCl₄为主的氯代硅烷。

另外，气相法白炭黑和硅酸乙酯的生产利用的都是氯代硅烷中的硅元素，以SiCl₄为例，硅元素只占到其分子质量的16.5％，其余83.5％的氯元素都没有被充分利用。因此，从资源利用，原子经济的角度出发，如何有效利用氯代硅烷中的氯元素，同时得到市场容量大，附加值高的含氯产品显得更为重要。

与此同时，氯化钙是一种重要的含氯化工产品，市场容量大，被广泛应用于冷冻、道路除雪、采油助剂、污水处理、水泥抗冻剂等方面。氯化钙的生产以往多使用盐酸与石灰石反应的工艺制得，如中国专利CN91106411.7公布了一种用盐酸和石灰石矿浆反应制备液体氯化钙的方法，该法制得的氯化钙产品质量高，但单成本也高。近几年使用氨碱废液法制取氯化钙成为主流，但氨碱废液法制得的氯化钙产品中碱金属氯化物含量较高，尤其是氯化钠的含量高达7％，限制了该类产品的品质与用途。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氯代硅烷综合利用的方法，既安全又有效。即利用有机硅、三氯氢硅及多晶硅生产过程副产的氯代硅烷为原料生产氯化钙及硅酸钙，提高了氯代硅烷的综合利用价值。

本发明的技术方案：以氯代硅烷为原料，与含钙原料反应制备氯化钙及硅酸钙。氯代硅烷和含钙物料于30～350℃、常压～5MPa条件，水或水蒸汽介质中发生气-固-液或固-液反应(10～200min)；反应所得产物经过液固分离得到氯化钙及硅酸钙。氯化钙在液相、硅酸钙在固相。

其中，所述的氯代硅烷为Si_nH_mCl_2n+2-m，其中m＝0、1或2；n＝1、2或3。