[发明专利]离子液体中四氯化硅和三氯氢硅的温控转相分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用离子液体分离液体混合物的方法，特别是采用离子液体分离氯硅烷液体混合物的方法，属于化工分离技术领域。

背景技术

目前，国内外多晶硅生产企业所采用的生产工艺绝大多数为改良西门子法，即以冶金级硅粉与氯化氢反应制得混合氯硅烷（四氯化硅、三氯氢硅），经过粗馏和精馏，分离出三氯氢硅，再将三氯氢硅与高纯氢气在高温下发生还原，产物中的硅蒸汽经过化学气相沉积而获得高纯多晶硅棒。该工艺的反应过程中产生大量副产物，即每产出1吨多晶硅将伴生10吨以上的四氯化硅和1～5吨氯化氢。四氯化硅常压下为液体，沸点较低，极易气化和水（潮）解，具有很强的腐蚀性和毒性，难以批量储藏和运输。因此，对副产物四氯化硅进行科学、高效的循环利用已成为多晶硅产业的发展瓶颈。

四氯化硅的利用，目前主要有两种途径。一是以四氯化硅为原料生产下游产品，如气相白炭黑、有机硅、光纤预制棒和硅酸乙酯等，二是将四氯化硅加氢还原转制三氯氢硅，循环用于多晶硅生产。尤以第二种途径更为可取，原因在于此法可以将四氯化硅就地转化为多晶硅生产原料，有效减轻四氯化硅造成的贮运和潜在污染压力。无论是多晶硅生产还是在四氯化硅加氢转化过程中，均会遇到四氯化硅与其它氯硅烷（如三氯氢硅、二氯氢硅）的共生共存及其分离问题，因而将四氯化硅与三氯氢硅实现高效、便捷的分离，具有重要的现实应用价值。除了目前通用的精馏方法外，对于四氯化硅与三氯氢硅的高效分离，目前尚未找到更好的解决途径。主要原因在于，四氯化硅与三氯氢硅的沸点都较低，常压下分别为57.6℃和31.8℃，相差不大，易于造成相互夹带；更重要的是，二者均极易水解，且具强腐蚀性，对分离工艺和设备提出了较高要求。

室温离子液体(RTILs)是在室温附近呈液态、由有机阳离子和无机（或有机）阴离子构成的常温熔融盐液。组成和结构的独特性赋予RTILs许多特殊的物理化学性质，如：不挥发，不燃烧，毒性小；液程宽，热能存储密度大，稳定性强；电导率高，电化学窗口宽；溶解能力强，可溶解许多无机和有机物；极性可调，能够形成均相或多相，适宜用作分离溶剂或构成反应-分离耦合体系；界面张力较低，易形成氢键等有序超分子结构，可起到模板剂作用。借助于RTILs这些独特的物化性能，在较低温度下实现混合氯硅烷的高效快速分离，具有其它分离方法不可比拟的优越性。

发明内容

为了解决现有技术中氯硅烷混合物各组分分离困难、分离效率不高等技术问题，本发明基于离子液体独特的物化性质，采用离子液体作为溶剂介质，根据四氯化硅和三氯氢硅在离子液体中溶解度的差异，借助于温控转相操作，从而实现两种氯硅烷的有效分离。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：离子液体中四氯化硅和三氯氢硅的温控转相分离方法，其特征在于：在隔绝空气条件下，将四氯化硅和三氯氢硅组成的氯硅烷混合物加入到离子液体中，通过降温和搅拌操作，使氯硅烷混合物各组分在离子液体中溶解分配。停止搅拌，静置后，溶液体系分为上下两层；根据分层两相的明晰界面将上层液和下层液分离开，将分离出的下层液加热到四氯化硅沸点温度以上进行蒸馏，收集馏出液即得到四氯化硅；将分离出的上层液加热到三氯氢硅沸点温度以上进行蒸馏，收集馏出液即得到三氯氢硅，将分别蒸馏出四氯化硅及三氯氢硅后的液相收集合并，主要成分为离子液体，可返回分离系统，重复利用。

所述的氯硅烷混合物加入离子液体中进行溶解分配、静置分层过程中，应保持混合溶液体系的温度在5 ~ 15℃之间。

所述四氯化硅和三氯氢硅组成的氯硅烷混合物与离子液体的质量比为（1.5 ~ 2）: 1。

所述的氯硅烷中，四氯化硅和三氯氢硅总的质量含量不低于99%，且四氯化硅和三氯氢硅的质量比为(70 ~ 80) : (30~20)。

所述的溶解分配过程中，搅拌速度为200 ~ 300 rpm，搅拌时间为5 ~ 8 h，所述的静置时间为2 ~ 4 h。

所述的下层液在蒸馏四氯化硅过程中，蒸馏温度为45~65℃，蒸馏时间为0.5~1h。

所述的上层液在蒸馏三氯氢硅过程中，蒸馏温度为25~40℃，蒸馏时间为0.5~1h。 

所述的蒸馏过程均在搅拌条件下进行，搅拌速度为300~500 rpm。

所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的任意一种。

静置分层并分离得到的上层液在蒸馏三氯氢硅的步骤之前，重复进行多次加入氯硅烷混合物，并经过降温、搅拌和静置分层后，分离出下层液的步骤。