[发明专利]一种用石英砂法制备四氟化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及四氟化硅的制备方法，具体涉及一种以金属氟化物和二氧化硅为原料用石英砂法制备四氟化硅的方法。

背景技术

四氟化硅(SiF₄)，在多晶硅行业中主要用于制备硅烷。四氟化硅也可以用来处理干燥混凝土部件，能改进混凝土的防水性、耐腐蚀性和耐磨性。高纯的四氟化硅更是电子工业中一种重要原料，被广泛应用于光纤、半导体和太阳能电池。

制备四氟化硅的方法主要有石英砂法和氟硅酸热解法。石英砂法是以硅源(如石英砂，主要成份为二氧化硅)和金属氟化物(如NaAlF₄，CaF₂等)为原料，在硫酸作用下生成四氟化硅。如公开号为CN101544374，名称为一种制备四氟化硅的方法的发明专利申请，就公开了以四氟化铝钠和硅源为原料，与硫酸一起在240-350℃条件下，三种成份一步法反应得到四氟化硅，该发明专利申请的反应过程控制难，原料转化率低，四氟化硅产品中杂质含量高，四氟化硅纯度低，混有较多的六氟二甲硅醚(SiF₃)₂O。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种原料转化率高，产品纯度高，杂质少，反应过程易控制的用石英砂法制备四氟化硅的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其原料包括金属氟化物和二氧化硅，包括下述步骤：

1)在炉温为300～400℃条件下，将金属氟化物在煅烧炉中煅烧活化2～10分钟，得到活化金属氟化物；

2)将上述活化金属氟化物放入氟化氢反应炉中，加入重量百分浓度不低于95％的浓硫酸，所述浓硫酸与所述金属氟化物的摩尔比为1～3∶1，反应1～5分钟得到氟化氢气体，浓度较高的浓硫酸可以降低氟化氢气体的水分；

3)将上述氟化氢气体，先在洗涤塔用重量百分浓度不低于95％的浓硫酸洗涤，再在冷凝器中冷却为-8℃的氟化氢液体，洗涤可以进一步降低氟化氢气体的水分，液态氟化氢在四氟化硅反应中，氟化氢的浪费也较少，反应也易控；

4)将二氧化硅和重量百分浓度为80～90％的硫酸，按重量比1∶4～19预混，制成二氧化硅预混浆料；该比例预混浆料可以将二氧化硅均匀分散在硫酸中，使二氧化硅的流动性较好，可以让二氧化硅与氟化氢得到较好反应，也可以让六氟二甲硅醚等杂质生成就少；

5)将上述二氧化硅预混浆料和氟化氢液体与重量百分浓度为80～90％的硫酸，按重量比3∶4∶25的比例，放入四氟化硅反应器中，在60～90℃条件下，反应1.5～2.5小时，得到四氟化硅气体；以较高浓度的硫酸为反应溶剂，产物四氟化硅气体中水分就较少，流动性好的二氧化硅与液态的氟化氢接触较好，反应产物基本生成四氟化硅，该浓度的硫酸和配比即可以使二氧化硅较好流动，又可以让六氟二甲硅醚等杂质生成较少，上述原料重量配比，可以使HF∶SiO₂摩尔比不低于4∶1，二氧化硅基本得到反应，原料浪费就较少；

6)将上述四氟化硅气体在洗涤塔用重量百分浓度80～90％的硫酸洗涤，洗涤后压缩储存该四氟化硅气体，洗涤使产物四氟化硅气体中水分降低。

所述的金属氟化物为氟化钙，在步骤2中，所述浓硫酸与所述氟化钙的摩尔比为1.2～1.6∶1，H₂SO₄∶CaF₂＞1∶1，就可以将氟较充分转化为氟化氢。

所述的金属氟化物为四氟化铝钠，在步骤2中，所述浓硫酸与所述四氟化铝钠的摩尔比为2.3～2.8∶1，H₂SO₄∶NaAlF₄＞2∶1，可以将氟较充分转化为氟化氢。氟化钙和四氟化铝钠也可以为其它金属氟化物替代。

在步骤4中，所述硫酸的浓度为83～86％，所述二氧化硅和所述硫酸的重量比1∶8～12，该浓度的硫酸和配比，让二氧化硅的流动性和硫酸用量都较合理。

在步骤5中，所述硫酸的浓度为83～86％，反应时间为2小时，该浓度的硫酸对二氧化硅的较好流动和六氟二甲硅醚等杂质较少生成都较合理。