[发明专利]工业化制造硅烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工原料的合成方法，尤其是涉及一种工业化制造硅烷的方法。

背景技术

硅烷是重要的化工原料，可用于制造电子级多晶硅、非晶硅薄膜电池、硅片外延、覆膜玻璃、纳米硅材料等，目前仅在美国和日本等少数企业实现了产业化。美国采用的UCC法（以三氯氢硅烷和氢气为原料）和MeMc法（以四氟化硅和氢化铝钠为原料）生产硅烷，适合建设（单个工厂）年产千吨级以上硅烷工厂，投资巨大（需要几十亿到上百亿人民币），技术、设备和投资门槛都极高；日本是采用小松法（以氯化铵和硅化镁为原料）生产硅烷，虽然投资小，但生产规模小，仅适合建设小规模（20—50吨左右）的硅烷工厂，且副产物6氨氯化镁结晶易堵塞反应釜，氨回收困难，生产成本高。我国在上世纪七十年代引进日本小松法技术生产硅烷相继失败后，至今未实现产业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、无污染的工业化制造硅烷的方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的工业化制造硅烷的方法，它是由原料柠檬酸/水合柠檬酸和原料硅化镁反应制得。

具体方法为：将柠檬酸/水合柠檬酸和硅化镁原料按照4:3摩尔数的比例，水相条件下隔绝空气，连续加入到反应釜中常温搅拌反应，从反应釜顶部冷凝器出口连续收集生成的粗硅烷气体，经常规工艺处理后，得到的精制硅烷经金隔膜压缩机压缩，液化装瓶为硅烷成品。成品硅烷的纯度在5N(99.999%)以上，可直接用作多晶硅、非晶硅薄膜电池等生产原料。

反应釜内原料搅拌反应后，生成的柠檬酸镁母液间歇排出，经收集、处理后，得到柠檬酸镁晶体。柠檬酸镁是重要的食品添加剂和医药原料，主要生理功能是软化血管、防止老年性动脉硬化症。常规的工业化生产是以柠檬酸和氢氧化镁（或碳酸镁）为原料。

本发明的优点在于整个生产过程没有污染物和废弃物需要处理，在得到硅烷的同时还能获得高纯度柠檬酸镁。本发明方法中，每生产1吨硅烷，可以产出9吨无水柠檬酸镁，即生产柠檬酸镁不再增加原料成本。而以柠檬酸和硅化镁为原料制造硅烷和柠檬酸镁，国内外均无报道，也未被用于工业化生产。

本发明的化学反应如下：

柠檬酸(C₆H₈O₇)+ 硅化镁(Mg₂Si) →

              甲硅烷(SiH₄)  + 乙硅烷(Si₂H₆)  + 柠檬酸镁[Mg₃(C₆H₅O₇)₂]

本发明与现行方法对比如下：

。

具体实施方式

本发明所述的工业化制造硅烷的方法，它是由原料柠檬酸/水合柠檬酸和原料硅化镁反应制得。

柠檬酸（C₆H₈O₇）为食品级或化学纯工业原料，常含1分子结晶水；硅化镁（Mg₂Si）为化学纯工业原料。

所述反应的具体方法为：将柠檬酸/水合柠檬酸和硅化镁原料按照4:3摩尔数的比例，水相条件下隔绝空气，连续加入到反应釜中常温搅拌反应，从反应釜顶部冷凝器出口连续收集生成的粗硅烷气体（主要成分为甲硅烷和乙硅烷，杂质为水、氢气、二氧化碳等气体），经常规工艺处理（-30℃以下深冷→4a/5a分子筛吸附→蒸馏→金属钯脱氧）去除杂质气体后，得到精制硅烷，纯度达5N（99.999%）以上；精制硅烷经金属隔膜压缩机压缩，可液化装瓶为硅烷成品。

同时，柠檬酸和硅化镁原料搅拌反应后，反应釜内生成的柠檬酸镁母液间歇排出，收集后经常规工艺处理（澄清过滤→蒸发浓缩→结晶→干燥）后，得到柠檬酸镁晶体，纯度为2N（99%）以上。包装后的成品可用作食品添加剂等。

用本方法生产硅烷，每生产1吨硅烷，可产出9吨无水柠檬酸镁。

本发明适合建设年产300吨规模左右的硅烷工厂，投资额在1.5—2亿人民币。整个生产过程没有污染物和废弃物需要处理，在获得硅烷的同时能够获得高纯度柠檬酸镁，生产柠檬酸镁不再需要增加原料成本。