[发明专利]一种硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的方法以及装置

说明书

本发明涉及硅粉制备技术领域，尤其是涉及一种硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的方法以及装置。本发明的技术方案是这样实现的：一种硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的装置，其特征在于：根据制备顺序依次包括预热釜、气相热分解箱、硅粉收集装置、过滤装置以及氢气冷却器；本发明所提出的硅粉制备方法具有步骤简单、生产高效、产品质量高等优点，本发明所提出的硅粉制备的装置具有结构简单，便于操作，生产效率高以及节能等优点。

技术领域

本发明涉及硅粉制备技术领域，尤其是涉及一种硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的方法以及装置。

背景技术

纳米硅粉是一种棕黄色粉末，用途广泛。可作为充电锂电池负极材料，提高锂电池容量和充放电循环次数，还可用在耐火涂层和耐火材料里，同时在陶瓷材料、复合材料、催化材料、光电材料以及生物材料等领域都有巨大的潜在应用前景。传统的硅粉生产方式是采用硅烷热分解的方式进行硅粉的制备的；例如专利公布号：CN 103936009 A的专利名称为一种硅烷热分解的生产纳米级高纯硅粉的装置以及方法中所提及的硅烷制备方法，经过长时间的生产、实验、统计发现专利公布号为CN 103936009 A种公布的的硅烷热分解制备设备和制备方法还存在几点不足；第一，传统的制备方法热分解时间久，生产成本较高，且生产效率较低；第二，现有的制备装置是通过硅粉过滤箱自然降尘的方式进行硅粉收集，这样的硅粉收集方式收集效率较低；第三，现有的硅粉制备设备比较复杂，需要的生产步骤较多，容易出现问题，导致产品纯度达不到具体要求；第四，现有的方式是直接用过装置收集硅粉的，由于纳米级的硅粉密度很小，因此硅粉过滤箱上过滤下来的硅粉量较大时会卡在出料口上，不能正常收集。

因此，需要对现有的硅粉制备设备和方法进行改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于一种高效的、操作简单的和节能的硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的方法和装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的方法，包括如下步骤：

S1：预热：将原料硅烷运送到预热釜中，进行预热；

S2：气相热分解：将经过预热之后的原料运输至气相热分解箱中，利用气相热分解箱带来的急热、急冷的加热方式对原料进行加热、分解以及硅粉沉淀；

S3：硅粉收集：经过急热、急冷处理的能直接沉淀的硅粉通过硅粉收集装置收集，而不能直接沉淀会跟随氢气一同跑出的硅粉通过硅粉过滤箱和硅粉收集装置收集；

S4：硅粉包装：硅粉收集装置中的硅粉通过包装机进行包装；

S5：氢气处理：制备过程中产生的氢气，首先通过冷却器冷却降温，降低氢气的流速，然后用于燃烧产热。

优选为：预热温度为30℃-60℃，内部压力维持在0.25-0.4Mpa，硅烷进入预热釜体中的流量控制在100-125kg/h。

优选为：急热处理的加热温度为800℃-1200℃；急冷处理的加热温度为30℃-100℃。

优选为：冷却器的冷却温度低于100℃。

此外，本发明还公开了一种硅烷气相热分解制备高纯度纳米级硅粉的装置，其特征在于：根据制备顺序依次包括预热釜、气相热分解箱、硅粉收集装置、硅粉过滤箱以及氢气冷却器；所述预热釜、气相热分解箱、硅粉收集装置之间依次通过第一连接管连通；所述气相热分解箱、硅粉过滤箱以及氢气冷却器依次通过第二管道连通。

优选为：所述预热釜包括设置有内腔的釜体、设置在釜体内腔的螺旋盘管、硅烷原料箱以及电热板；所述釜体上设置进料口和出料口；所述螺旋盘管的输入端沿着釜体的进料口穿出釜体外且用于运输硅烷原料，螺旋盘管的输出端与釜体上的出料口连通；所述电热板沿釜体内腔侧壁周向均匀分布。