专利名称：一种四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的联合制备法的制作方法
技术领域：
本发明属于四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的制备技术领域，具体地说，它涉及以上三种产品的联合制备方法。
四氯化硅、多晶硅和石英玻璃都是社会急需的热门产品，尤其是多晶硅和石英玻璃，它们是当今世界电子工业和光电子工业不可缺少的热门基础材料。这些产品虽然热门，但目前生产它们都要放出大量的有毒尾气，也就是说，目前，要获取四氯化硅、多晶硅和石英玻璃都是要以我们舍弃美好环境为代价的。现今有一种生产石英玻璃的方法可以减少毒气放出，那就是用天然的石英料来生产石英玻璃。这种方法虽没有毒气放出，可它需要消耗大量的能源，很显然，用这种方法生产石英玻璃同样需要我们付出极大的代价。我们知道，代价过大，必然会阻碍这些产品的发展。
本发明的目的是提供一种四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的联合制备法，以此减少废料和废气的排放，减少反复升降温的次数，从而达到减轻对环境的污染和节能的目的。
本发明的目的是这样达到的现有的四氯化硅、多晶硅和石英玻璃三种产品的单项制备法是，以氯和硅石为原料，在合成炉里合成为四氯化硅；以四氯化硅和氢为原料，在还原炉里还原为多晶硅；以氢、氧和四氯化硅为原料，用氢氧火焰直烧四氯化硅，通过打砣机制备成石英玻璃；为达到上述目的，本发明将上述三种产品按下面的方法联合制备合成四氯化硅所用的原料氯是由电解槽电解氯化氢水溶液获得的；还原多晶硅所用的四氯化硅是由合成炉供给的，但要经过提纯系统提纯，使其纯度达到99.9999％以上方使用；还原多晶硅所用的氢是由电解槽电解氯化氢水溶液获得的，但要经过净化系统净化，使其纯度达到99.999％以上，含氧在20PPM以下，露点在-40℃以下，然后再与合格的四氯化硅混合后再通入还原炉；以还原炉的尾气为原料，经加氧燃烧，在1650-1850℃的高温下，通过打砣机制成石英玻璃；将打砣机的尾气通入淋洗塔，经过水淋洗使尾气中的四氯化硅水解，生成二氧化硅粉和氯化氢水溶液，同时将尾气中气态的二氧化硅冷却成固态的粉末；淋洗塔排出的尾液再经固液分离器将二氧化硅粉粒去除，剩下的氯化氢水溶液送入电解槽电解为氢和氯；之后，再将氯用于合成四氯化硅，而氢将进入净化系统，为再次在还原炉里制备多晶硅使用。
本发明的方法是联合制备法，其生产过程是连续的，不象单项生产那样，生产一种产品升一次温，生产完一种产品降一次温，也就是说，本发明的方法没有反复升降温的现象，因此可以节能。还有，多晶硅和石英玻璃二种产品在生产时都要使用经过净化处理的氢和经过提纯的四氯化硅，因此需要各自有一台四氯化硅合成炉，一套四氯化硅提纯系统和一套氢净化系统。本发明的方法是联合制备，多晶硅和石英玻璃二种产品所用的四氯化硅合成炉、四氯化硅提纯系统和氢净化系统都可以合一，无需各一套。这样一来，四氯化硅合成炉、四氯化硅提纯系统和氢净化系统的数量就各减少了一倍，从而不仅节约了投资，而且还减轻了操作人员的劳动强度。再有，本发明的方法是将上一个产品的尾气或尾液作为下一个产品的原料，使本来作为废气和废液排出的尾气和尾液得到了综合利用，因此，不仅可以减少废气和废液的排放量，而且还可以减轻对环境的污染。
图1是本发明的工艺流程方框示意图。
图中，生产的产品用黑底白字表示；原料用椭圆框黑字表示；排出物用无框黑字表示。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的工艺分如下五个部分A为四氯化硅合成部分；B为多晶硅的氢还原部分；C为石英打砣部分；D为淋洗部分；E为电解部分。
A为四氯化硅合成部分。该部分是以氯和96-99％纯度的硅石为原料通入合成炉，在合成炉里400-500℃的温度条件下，氯就会与硅石发生反应，合成为四氯化硅了。该部分生产的四氯化硅一部分供C部分使用，剩余的可以直接作为商品买出。该部分使用的原料氯是由E部分供给的。
B为多晶硅的氢还原部分。该部分是以四氯化硅和氢为原料，在还原炉里，部分原料以1100-1200℃的高温还原成为多晶硅。该部分使用的四氯化硅是由A部分供给的，原料氢是由为部分供给。多晶硅的质量与其原料的质量密切相关，为保证质量，还原时所用的四氯化硅纯度要达到99.9999％以上，氢的纯度达要到99.999％以上，含氧在20PPM以下，露点在-40℃以下。为此，由A部分供给的四氯化硅要首先进入提纯系统提纯，由E部分供给的氢要进入净化系统净化，合格后再与合格的四氯化硅混合后通入还原炉。
在还原炉里发生的化学反应是复杂的，除了还原反应，还有热分解反应，这样，对产品的产量和质量都有很大的影响。由经验得知，氢过量可以抑制热分解反应，当氢与四氯化硅的体积比值在5以上，热分解反应就可以得到抑制，而使还原反应在还原炉里占得优势，为此，要将还原多晶硅时使用的氢与四氯化硅的体积比值控制在5-30之间。
C为石英打砣部分。该部分是以B部分的尾气为原料，经加氧燃烧，在1650-1850℃的高温下，通过打砣机制成石英玻璃。B部分的尾气中主要是由氢、四氯化硅、氯化氢组成，其中氢的体积约占75-85％、四氯化硅约占10-20％、氯化氢约占5-15％。这一比例正好适合制备石英玻璃使用，只要将这一混合气送入石英打砣机并点燃，再加氧助燃就可以得到1650-1850℃的高温，混合气在此高温条件下，就可以在石英打砣机上制备出石英玻璃。
D为淋洗部分。该部分的原料是C部分的尾气。C部分的尾气中主要是由氯化氢、气态的二氧化硅和少量四氯化硅组成。这一尾气进入淋洗塔后，经水淋洗，使尾气中的四氯化硅水解生成二氧化硅粉和氯化氢水溶液，同时将尾气中气态的二氧化硅冷却成固态的粉末。淋洗塔排出的尾液再经固液分离器将二氧化硅粉粒去除，剩下尾液送E部分。
E为电解部分。该部分的原料有二个来源，一个是外购的氯化氢(盐酸)水溶液，另一个是D部分的尾液。D部分的尾液主要是氯化氢水溶液。氯化氢水溶液被送入电解槽后，在电解槽里被电解为氢和氯；之后，再将氯送入A部分，用于合成四氯化硅，而氢将进入B部分，经净化系统净化后，为再次在还原炉里制备多晶硅使用。
权利要求
1.一种四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的联合制备法，以氯和硅石为原料，在合成炉里合成为四氯化硅；以四氯化硅和氢为原料，在还原炉里还原为多晶硅；以氢、氧和四氯化硅为原料，用氢氧火焰直烧四氯化硅，通过打砣机制备成石英玻璃；其特征在于合成四氯化硅所用的原料氯是由电解槽电解氯化氢水溶液获得的；还原多晶硅所用的四氯化硅是由合成炉供给的，但要经过提纯系统提纯，使其纯度达到99.9999％以上方使用；还原多晶硅所用的氢是由电解槽电解氯化氢水溶液获得的，但要经过净化系统净化，使其纯度达到99.999％以上，含氧在20PPM以下，露点在-40℃以下，然后再与合格的四氯化硅混合后再通入还原炉；以还原炉的尾气为原料，经加氧燃烧，在1650-1850℃的高温下，通过打砣机制成石英玻璃；将打砣机的尾气通入淋洗塔，经过水淋洗使尾气中的四氯化硅水解，生成二氧化硅粉和氯化氢水溶液，同时将尾气中气态的二氧化硅冷却成固态的粉末；淋洗塔排出的尾液再经固液分离器将二氧化硅粉去除，剩下的氯化氢水溶液送入电解槽电解为氢和氯；之后，再将氯用于合成四氯化硅，而氢将进入净化系统，为再次在还原炉里制备多晶硅使用。
2.根据权利要求1所述的一种四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的联合制备法，其特征在于还原多晶硅时使用的氢与四氯化硅的体积比值为5-30之间。
全文摘要
本发明公开了一种四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的联合制备法，它是以电解氯化氢水溶液获得的氯合成四氯化硅，获得的氢制备多晶硅；以还原炉的尾气制备石英玻璃；淋洗石英玻璃打砣机的尾气，淋洗后排出的尾液送入电解槽电解为氢和氯；氢和氯再次用于制备四氯化硅和多晶硅。本发明的最大优点是使本来作为废气和废液排出的尾气和尾液得到了综合利用，因此，不仅可以减少废气和废液的排放量，而且还可以减轻对环境的污染。
文档编号C01B33/10GK1509984SQ0215861
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月25日 优先权日2002年12月25日
发明者刘寄声 申请人:刘寄声