[发明专利]一种利用四氯化硅制取白炭黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用四氯化硅制取白炭黑的的方法 

背景技术

太阳能光伏产业是目前我国鼓励发展的新能源项目。随着太阳能光伏产业的迅速发展，需要大量的多晶硅，生产多晶硅需要大量的三氯氢硅，而生产三氯氢硅副产20％左右的四氯化硅，即生产1吨多晶硅副产10吨分离提纯后纯度可达98％以上的四氯化硅。因此，多晶硅厂家和三氯氢硅厂家都存在四氯化硅的处理问题，甚至制约其生产。四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对安全和环境危害极大，若得不到妥善的处理，其必将成为制约多晶硅产业发展的瓶颈。 

目前多晶硅副产物四氯化硅处理的方法主要有如下几种： 

(1)生产有机硅化合物，如甲基氯硅烷、四丁酮肟基硅烷、四乙酰氯氧基硅烷等。其中，用途最广泛的是硅酸乙酯。硅酸乙酯是非常重要的有机硅化合物，广泛应用于多种领域，是有机硅精细化学品中用量最大的产品。在国际上有用四氯化硅生产硅酸乙酯等有机硅产品的技术方法，但是被国外企业垄断，而国内企业没有掌握最新技术，生产工艺还处于较低水平，在消化四氯化硅的过程中，多数厂家又带来了次生污染。因此，要处理多晶硅行业副产的四氯化硅，还需开发更多有效的新工艺。 

(2)生产光纤。20世纪70年代中国工程院赵梓森院士与他的研究团队利用四氯化硅和氧气为原料采用PECVD的方法生产出国内第1根实用光纤后，国内便有了有独立知识产权的光纤生产技术和设备。但是以四氯化硅为原料生产光纤，需要四氯化硅中杂质的质量分数低于10-7，对提纯技术的要求十分苛刻；即使有了高纯度四氯化硅，用PECVD方法合成光纤，技术要求也十分严格，不是一般企业所能掌握的。 

(3)生产气相法白炭黑，气相法白炭黑的生产工艺主要是利用四氯化硅 气体与水蒸气在高温下发生水解反应，其产品是纳米级的球形颗粒，纯度高，化学稳定性好，分散性好，耐高温，不燃烧，电绝缘性好，表面羟基少，具有优异的补强、增稠和触变性能及粒子的纳米效应。然而其生产过程中产生大量含水的氯化氢，如何消化这些盐酸，是这些企业面临的主要环保问题。同时气相法由于是高温反应，所以能耗高，而且设备与技术要求极高，一般的企业难以企及。 

另外还有将四氯化硅转化为三氯氢硅及等离子体法还原四氯化硅生产多晶硅等新技术，但大都处于实验室研究阶段，不具备工业化的条件，工艺流程还有待于进一步的改进。 

沉淀白炭黑是微细粉末状或超细粒子状无水及含水二氧化硅的总称，分子式为SiO₂.nH₂O。它的化学稳定性好，耐高温，不燃烧，内表面积大，电绝缘性强.这在化工、轻工等行业中应用广泛，如橡胶、塑料、造纸、涂料、化妆品、油墨、牙膏及农工药等。最大用途是橡胶的补强填料和牙膏的磨擦剂和增稠剂。 

四氯化硅生产沉淀白炭黑生产方面，专利CN 101712476A公开了用四氯化硅直接与水或碱性水溶液反应制取白炭黑的方法，未涉及到用氯化钠溶液作为分散剂控制白炭黑的生产和质量的方法，其生产出的产品还要经后续粉碎处理，工艺过于繁琐。 

专利CN 101823718A公开了将配制成的钠盐溶液加入密封反应釜中再加入四氯化硅，后加入碱调节pH值再经洗涤分离干燥后得到二氧化硅成品。其反应主体为水和四氯化硅，反应后需额外加碱液中和，反应温度过低，不利于粒子的生成，而且钠盐的比重过高(重量比达35％)，给后期白炭黑分离纯化带来了困难。 

专利CN 101734667A、CN 101798088A、CN 1736862A、CN 101804985A等均涉及到用四氯化硅与其它的底液反应生产白炭黑，其底液分别为盐酸水溶液、去离子水与低级脂肪醇混合液、去离子水、无水乙醇或甲醇溶剂等。盐酸水溶液与去离子水反应后有盐酸残余，后续处理麻烦，且产品质量不稳定。而去离子水与低级脂肪醇混合液和无水乙醇或甲醇溶剂的成本过高，难以用于实际生产。 

本发明构思如下：四氯化硅与水反应生成少量的二氧化硅与大量的HCl，利用溶于水的HCl作为酸根来源与水玻璃进行中和反应生成大量的二氧化硅；因为副产物为氯化钠，基于盐析作用原理，在底液中先加入一定量的氯化钠溶液，可避免反应过程中的凝胶生成，还有利于二氧化硅粒径的调控；选择氯化钠为抗凝剂可避免引入新的杂质，滤液成分单一，有利于滤液中氯化钠的提纯再利用。