[发明专利]硅粉及其生产方法

说明书

本发明涉及一种新的硅粉产品以及生产该种硅粉产品的连续方法。

硅主要是在电炉中用碳热还原法来生产。通常把熔融的硅从电炉中排出，将其浇铸为较大的块状，例如将其浇于铸铁模中。在硅的诸多用途中，很大一部分都是以粉末形式使用。在此情况下，必须将硅块或硅粒进行机械破碎，并接着将其研磨成预定颗粒度并具有所需化学分析组成的硅粉。然而该方法有很多缺点。由于在熔融硅的铸锭过程中其冷却速度必然是较慢的，因此，加到熔融硅中的合金化元素和熔融硅中本身所含的杂质在铸锭过程中就具有强烈的偏析倾向，并且固体硅的晶粒也必将是较粗的。由于这种偏析作用和较粗的原生晶粒，使得在铸锭硅块的机械破碎和研磨过程中获得的是一种质地不均匀的粉末产品，这种产品对很多用途来说都是不利的。

在硅的铸锭过程中还会生成氧化物、碳化物、氮化物和碳氮化物。这些化合物，即使有很少量也是不希望的。

在破碎和研磨过程中，由于破碎和研磨设备的磨损也会使硅被铁沾污。

在将硅块破碎和研磨时，硅粒的断裂面将发生氧化，因此在所获的硅粉中每一个硅粒的表面都将带有不希望的氧化层。

最后，破碎和研磨过程还产生噪音和粉尘形式的环保问题并要产生热应力。

因此，需要提供一种可以连续地把从电熔炼炉中流出的熔融硅直接制成硅粉的方法。

已知有很多用来生产一般金属粉末的方法，例如惰性气体雾化法，液体雾化法以及高速旋转盘雾化法等等。然而，这些用来生产金属粉末的已知方法皆是批式的，都是取一定量的金属进行熔融和雾化，因此是不经济的，这是由于这些方法都必须经过常规的浇铸过程和再熔化过程，因此不可能连续地把从熔化炉中流出来的熔融金属直接制成硅粉。据发明人所知，尚没有一种可用于使硅进行气体雾化的方法。

本发明的一个目的是提供一种这样的硅粉，这种硅粉不具有由铸锭硅制得的硅粉所带有的上述缺点，另外一个目的是提供一种用于生产硅粉的连续方法。

本发明的第一方面涉及一种硅粉，其特征在于，这种硅粉是用熔融硅的气体雾化法来生产，硅粉的粒径在0.1至1000μm之间，其比表面积在0.001至1m²/g之间，基化学组成如下（重量百分）：

0.1-1%    Fe

0.01-1%    Al

0-8%    Cu

0-1%    Ca

0-1%    Zn

0-1%    Sn

0-0.5%    B

0-0.5%    P

0-0.5%    Na

0-0.5%    Li

0-0.5%    K

0-0.5%    Mg

0-0.5%    Sr

0-0.5%    Ba

0-0.5%    Be

余量为硅和少于0.3%的杂质，如Ti、V、Cr、Mo、W和Zr等。

根据一个较佳实施方案，此硅粉的组成如下（重量百分）：

0.25-0.55%Fe，0.05-0.45%Al，

0.005-0.20%Ca，余量为硅和正常量的杂质。

根据另一个较佳实施方案，此硅粉的组成如下（重量百分）：

0.25-0.55%Fe，0.05-0.45%Al，

0.005-0.20%Ca，1-6%Cu，余量为硅和正常量的杂质。

本发明的硅粉特别适合于生产有机硅烷，其方法是将硅粉与烷基氯或芳基氯反应以生成氯代硅烷。

在生产有机硅烷时，用铜作催化剂和用锌和锡作促进剂，使硅粉与烷基氯或芳基氯反应。已经发现，在生产硅烷时，使用本发明的硅粉可以明显地提高生产速率。在生产有机硅烷时，使用本发明的硅粉的一个特殊优点是可利用硅粉本身所含的铜作催化剂和所含的锌和锡作促进剂。

本发明的硅粉的其他一些优点是可用于陶瓷与耐火材料并可采用将硅粉喷入熔融铝的方法来使铝合金化。

本发明的另一方面涉及一种连续生产硅粉的方法，该方法的特征是包含如下步骤：

a）在一个电熔炼炉中连续地生产硅，

b）在一个金属处理容器中将熔融硅精炼并使其合金化，

c）将熔融硅从金属处理容器连续地转移入一个保温炉，

d）将保温炉中的熔融硅连续地加入一个密封的雾化设备内，在其中借助于来自一个压容器或压缩机的惰性气体使熔融硅雾化，

e）从雾化设备中连续地排出雾化的硅粉和惰性气体，

f）在一个固/气分离器中将雾化的硅粉和惰性气体分离，

g）将硅粉过筛，使其分为预定粒径的各个筛分，