[发明专利]采用回转窑制备四氟化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氟化工、硅化工等技术领域，特别涉及一种采用回转窑制备四氟化硅的方法。

背景技术

四氟化硅是半导体与光纤加工应用中所使用的一种电子专用气体，是硅基半导体器件制造采用的离子注入法中的一种重要成份。四氟化硅在电子和半导体行业中主要用于氮化硅、硅化钽等的蚀刻、P型掺杂剂及外延沉积扩散硅源等；还可用于制备电子级硅烷或硅。四氟化硅还可用作导纤维用高纯石英玻璃的原料，它在高温火焰中水解可产生具有高比表面积的热沉二氧化硅；此外，四氟化硅还广泛用于制备太阳能电池，氟硅酸和氟化铝，化学分析用氟化剂，油井钻探、镁合金浇铸用催化剂，蒸熏剂，水泥及人造大理石的硬化剂以及有机硅化合物的合成材料等方面。

目前制备四氟化硅的工艺主要有以下几种方法：

1、通过高纯度的金属硅与氟直接反应来制备四氟化硅，反应方程式如下：Si+2F₂→SiF₄由于此反应需要高纯度的氟气体，而氟气体不易制得，所以，无法进行大规模生产。

2、通过热裂解六氟硅酸盐来制备四氟化硅。

3、石英砂与HF气体反应的制造方法：SiO₂+HF→SiF₄+H₂O

4、莹石、石英砂及硫酸反应的制造方法：

2CaF₂+SiO₂+H₂SO₄→SiF4+2CaSO₄+2H₂O

采用上述方法进行工业化生产时所用的能耗高，且得到产品的回收率低，且纯度差。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处提供一种采用回转窑制备四氟化硅的方法。该方法稳定可靠，可进行连续化大生产。

本发明是通过以下方式实现的：

一种采用回转窑制备四氟化硅的方法包括以下步骤：

1)预反应：将氟硅酸钠与硫酸预反应，氟硅酸钠与硫酸的进料重量比为1～1.1∶1，温度为110～120℃之间，氟硅酸钠的转化率为30～50％；

2)在回转窑中反应：将预反应后的氟硅酸钠浆料送入回转窑中，回转窑窑内压力-2～-5Kpa，窑内由前向后三段分为反应区、干燥区、二次干燥区，分别控制温度在160～190℃、191～220℃、221～250℃；

3)分离：将在回转窑中反应产生的混合气体进行分离。

在步骤“2)”中，控制回转窑转速2～3转/min，回转窑斜度0.04～0.05，物料总停留时间控制为2～3h。

该方法中所述的硫酸的浓度优选为99.5％～100％。

在预反应之前，在温度100～130℃的条件下，将氟硅酸钠原料干燥至含水量≤0.5％，能相对减少消耗的发烟酸用量；另外，预反应控制原料氟硅酸钠的转化率在30～50％之间后再向回转窑中输送使得总能耗显著降低。

反应后得到的含四氟化硅的混合气体再经除尘、压缩、冷凝后送深冷塔进行分离，分离后所得四氟化硅依次经95％硫酸、98％硫酸两级净化。

本发明采用的回转窑在窑体内侧或外侧由前向后分三段设置可分别控温的保温夹套。回转窑反应区的前端内侧衬有25～30mm厚的奥氏体钢，钢长度为1.5～2m。回转窑体内还可以设有内返料装置，可以减少腐蚀，增加停留时间。

本发明采用的基本原理是：

Na₂SiF₆+H₂SO₄→Na₂SO₄+H₂SiF₆

H₂SiF₆→2HF+SiF₄

与现有技术比较本发明的有益效果：

1)本发明采用回转窑作为反应设备进行氟硅酸钠与硫酸进行反应，原料可采用的磷肥厂的副产物氟硅酸钠，且装置主要固废硫酸钠仍可被磷肥厂回收用来生产氟硅酸钠；

2)由于工艺过程无水产生，本发明对材质的要求不苛刻，整个分离系统使用碳钢材质即可，无需废酸浓缩装置，大大节省了装置投置。

3)本发明方法无难处理的三废。仅产生的少量酸性水，用弱碱中和后可送废水处理装置进行处理，主要副产品硫酸钠由磷肥厂回收。