[发明专利]一种以氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氟化工技术领域，尤其是涉及一种以氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法。

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分。四氟化硅在微电子行业将有广泛的应用前景。无水氟化氢（AHF）广泛应用于原子能、化工、石油等行业，是强氧化剂，是制取元素氟、各种氟制冷剂、无机氟化物和有机氟化物的基本原料。

中国专利名称为硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法（申请号为201010504248.3）公开了一种由氟硅酸钠与硫酸反应制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，该工艺步骤为a. 氟硅酸钠与过量硫酸在150℃以下搅拌反应得到四氟化硅气体氟化氢留在固体残渣中；b.步骤a产生的四氟化硅气体经除尘、冷却、干燥、精制、压缩得到高纯四氟化硅气体；c.继续升温至200℃，氟化氢气体逸出；d.步骤c逸出的氟化氢气体经除尘、冷却、干燥、精制、压缩得到无水氟化氢气体氟硅酸钠，具有使磷肥行业副产的低附加值、为了处理废物而生成的氟硅酸钠得到了综合利用，使氟、硅元素转化成具有高附加值、用途广泛的四氟化硅和无水氟化氢，但是上述工艺过程存在如下缺点：

（1）步骤a中反应后的过量硫酸易对设备造成腐蚀；（2）四氟化硅气体与氟化氢气体通过控制反应温度来实现分别逸出达到分离，由于反应过程存在复杂的吸放热过程，温度精确控制难度很大，因此仅靠控制反应温度来实现分离，纯度不高；（3）氟硅酸钠与过量硫酸反应理论上生成SiHF₅，再由SiHF₅易受热分解为SiF₄和HF，因此仅靠控制反应温度来实现分离，难度较大；（4）上述过程并未详细公开四氟化硅与氟化氢的除尘、冷却、干燥、精制、压缩的具体过程。

发明内容

  本发明所要解决的技术问题是提供一种可大幅度减少对设备的腐蚀，得到的四氟化硅与氟化氢产品纯度高，节能环保的以氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种以氟硅酸钠为原料制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，包括如下步骤：

（1）将氟硅酸钠固体经过干燥器干燥除水，直至氟硅酸钠固体中水分的质量百分数低于1wt%，将干燥出来的水蒸汽送入碱洗塔用30wt%的氢氧化钠溶液冷却吸收；

（2）将干燥后的氟硅酸钠固体与100～104wt%的硫酸中的硫酸按摩尔比1：1加入转窑反应器中，所述的转窑反应器内的氟硅酸钠和硫酸混合物料在温度为160～220℃的条件下，反应30～180min后，生成硫酸钠固体及四氟化硅和氟化氢混合气体；

（3）将四氟化硅和氟化氢混合气体从转窑反应器顶部排出送入混合气洗涤塔除去固体粉尘和水蒸汽后，送入压缩机加压到0.5～1.5MPaG，再经冷凝器预冷到-20～-30℃，其中混合气洗涤塔的洗涤液为98wt%的硫酸；

（4）将预冷后的四氟化硅和氟化氢混合气体先通过精馏塔的塔顶产品换热器冷却到-25～-35℃后，送入精馏塔进行分离，控制所述的精馏塔操作压力为0.6～0.75MPaG，控制所述的精馏塔的塔顶冷凝器温度为-80～-70℃，精馏塔的塔底采出纯度为99.95wt%的无水氟化氢，经过冷冷却器冷却至10～15℃后送至无水氟化氢储罐储存；

（5）所述的四氟化硅从精馏塔的塔顶以液相形式采出，采出的液体四氟化硅经精馏塔的塔顶产品换热器回收冷量后减压汽化，送入四氟化硅洗涤塔，吸收四氟化硅气体中存在的微量氟化氢和水后，得到纯度为99.5wt%的四氟化硅气体，再经加压冷却后，送入四氟化硅储罐，其中四氟化硅洗涤塔的洗涤液为98wt%的硫酸。

所述的转窑反应器的外壁设置有夹套，所述的夹套内设置有300～500℃用于加热的烟道气。

所述的混合气洗涤塔和所述的四氟化硅洗涤塔排出的硫酸加入适量的三氧化硫配置成浓度为100-104wt%的硫酸后，送入转窑反应器作为反应原料。

本发明的化学反应式如下：

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）固体氟硅酸钠和液体硫酸反应过程采用转窑反应器，可实现液、固两相的充分混合，使反应更加充分，反应效率高，同时转窑反应器为外套加热式，外套采用300～500℃烟道气加热，加热效率高，节能效果显著；