专利名称：一种用石英砂法制备四氟化硅的方法
技术领域：
本发明涉及四氟化硅的制备方法，具体涉及一种以金属氟化物和二氧化硅为原料 用石英砂法制备四氟化硅的方法。
背景技术：
四氟化硅(SiF4)，在多晶硅行业中主要用于制备硅烷。四氟化硅也可以用来处理 干燥混凝土部件，能改进混凝土的防水性、耐腐蚀性和耐磨性。高纯的四氟化硅更是电子工 业中一种重要原料，被广泛应用于光纤、半导体和太阳能电池。制备四氟化硅的方法主要有石英砂法和氟硅酸热解法。石英砂法是以硅源(如石 英砂，主要成份为二氧化硅)和金属氟化物(如NaAlF4，CaF2等)为原料，在硫酸作用下生 成四氟化硅。如公开号为CN101544374，名称为一种制备四氟化硅的方法的发明专利申请， 就公开了以四氟化铝钠和硅源为原料，与硫酸一起在240-350°C条件下，三种成份一步法反 应得到四氟化硅，该发明专利申请的反应过程控制难，原料转化率低，四氟化硅产品中杂质 含量高，四氟化硅纯度低，混有较多的六氟二甲硅醚(SiF3)20。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种原料转化率高，产品纯度高，杂质少，反应过程 易控制的用石英砂法制备四氟化硅的方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种用石英砂法制备四氟化硅的 方法，其原料包括金属氟化物和二氧化硅，包括下述步骤1)在炉温为300 400°C条件下，将金属氟化物在煅烧炉中煅烧活化2 10分钟， 得到活化金属氟化物；2)将上述活化金属氟化物放入氟化氢反应炉中，加入重量百分浓度不低于95% 的浓硫酸，所述浓硫酸与所述金属氟化物的摩尔比为1 3 1，反应1 5分钟得到氟化 氢气体，浓度较高的浓硫酸可以降低氟化氢气体的水分；3)将上述氟化氢气体，先在洗涤塔用重量百分浓度不低于95%的浓硫酸洗涤，再 在冷凝器中冷却为_8°C的氟化氢液体，洗涤可以进一步降低氟化氢气体的水分，液态氟化 氢在四氟化硅反应中，氟化氢的浪费也较少，反应也易控；4)将二氧化硅和重量百分浓度为80 90%的硫酸，按重量比1 4 19预混， 制成二氧化硅预混浆料；该比例预混浆料可以将二氧化硅均勻分散在硫酸中，使二氧化硅 的流动性较好，可以让二氧化硅与氟化氢得到较好反应，也可以让六氟二甲硅醚等杂质生 成就少；5)将上述二氧化硅预混浆料和氟化氢液体与重量百分浓度为80 90 %的硫酸， 按重量比3 4 25的比例，放入四氟化硅反应器中，在60 90°C条件下，反应1.5 2. 5小时，得到四氟化硅气体；以较高浓度的硫酸为反应溶剂，产物四氟化硅气体中水分就 较少，流动性好的二氧化硅与液态的氟化氢接触较好，反应产物基本生成四氟化硅，该浓度
3的硫酸和配比即可以使二氧化硅较好流动，又可以让六氟二甲硅醚等杂质生成较少，上述 原料重量配比，可以使HF SiO2摩尔比不低于4 1，二氧化硅基本得到反应，原料浪费就 较少；6)将上述四氟化硅气体在洗涤塔用重量百分浓度80 90%的硫酸洗涤，洗涤后 压缩储存该四氟化硅气体，洗涤使产物四氟化硅气体中水分降低。所述的金属氟化物为氟化钙，在步骤2中，所述浓硫酸与所述氟化钙的摩尔比为 1.2 1.6 1，H2SO4 CaF2 > 1 1，就可以将氟较充分转化为氟化氢。所述的金属氟化物为四氟化铝钠，在步骤2中，所述浓硫酸与所述四氟化铝钠的 摩尔比为2. 3 2. 8 LH2SO4 NaAlF4 > 2 1，可以将氟较充分转化为氟化氢。氟化钙 和四氟化铝钠也可以为其它金属氟化物替代。在步骤4中，所述硫酸的浓度为83 86%，所述二氧化硅和所述硫酸的重量比 1 8 12，该浓度的硫酸和配比，让二氧化硅的流动性和硫酸用量都较合理。在步骤5中，所述硫酸的浓度为83 86%，反应时间为2小时，该浓度的硫酸对二 氧化硅的较好流动和六氟二甲硅醚等杂质较少生成都较合理。与现有技术相比，本发明的优点在于通过第一步是先将金属氟化物煅烧活化，活 化金属氟化物与浓硫酸反应得到氟化氢气体，氟化氢气体经洗涤和冷却得到氟化氢液体， 同时将二氧化硅与硫酸混合为二氧化硅预混浆料，第二步是将氟化氢液体、二氧化硅预混 浆料与硫酸混合反应得到四氟化硅气体；这样通过先制氟化氢液体和二氧化硅预混浆料， 再将氟化氢液体、二氧化硅预混浆料与硫酸混合进行四氟化硅反应的二步方法，由于氟化 氢是以液体与流动性好二氧化硅反应，氟化氢与二氧化硅接触较充分，由于是液固反应，反 应过程也比气固反应得到更好的控制，氟化氢的浪费就较少，反应产物也基本生成四氟化 硅，加上较高浓度的硫酸和较多配比使六氟二甲硅醚等杂质就较少生成，所以得到的四氟 化硅纯度就较高，二氧化硅预混浆料与氟化氢液体较好配比和充分接触方式可以让二氧化 硅反应较完全，所以原料转化率较高。因此本发明是一种原料转化率高，产品纯度高，杂质 少，反应过程易控制的用石英砂法制备四氟化硅的方法。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其主原料包括氟化钙和二氧化硅，由下述 二步法制备得到。第一步在炉温为300 400°C条件下，先将氟化钙在煅烧炉中煅烧活化2 10分 钟，得到活化氟化钙，再将活化氟化钙放入氟化氢反应炉中，加入重量百分浓度不低于95% 的浓硫酸，浓硫酸与氟化钙的摩尔比为1. 2 1. 6 1，反应1 5分钟得到氟化氢气体， 将氟化氢气体先在洗涤塔用重量百分浓度不低于95%的浓硫酸喷淋洗涤，再在冷凝器中冷 却为_8°C的氟化氢液体。同时将二氧化硅和重量百分浓度为83 86%的硫酸，按重量比 1 8 12预混，制成二氧化硅预混浆料。第二步将上述二氧化硅预混浆料和氟化氢液体与重量百分浓度为83 86%的 硫酸，按重量比3 4 25的比例，放入四氟化硅反应器中，在60 90°C条件下，反应2小时，得到四氟化硅气体，将四氟化硅气体在洗涤塔用重量百分浓度80 90%的硫酸喷淋洗 涤，洗涤后压缩储存该四氟化硅气体。实施例2一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其主原料包括四氟化铝钠和二氧化硅，由 下述二步法制备得到。第一步在炉温为300 400°C条件下，先将四氟化铝钠在煅烧炉中煅烧活化2 10分钟，得到活化四氟化铝钠，再将活化四氟化铝钠放入氟化氢反应炉中，加入重量百分浓 度不低于95%的浓硫酸，浓硫酸与四氟化铝钠的摩尔比为2. 3 2. 8 1，反应1 5分 钟得到氟化氢气体，将氟化氢气体先在洗涤塔用重量百分浓度不低于95%的浓硫酸喷淋洗 涤，再在冷凝器中冷却为_8°C的氟化氢液体。同时将二氧化硅和重量百分浓度为80 90% 的硫酸，按重量比1 4 8预混，制成二氧化硅预混浆料。第二步将上述二氧化硅预混浆料和氟化氢液体与重量百分浓度为80 90% 的硫酸，按重量比3 4 25的比例，放入四氟化硅反应器中，在60 90°C条件下，反应 1. 5 2. 5小时，得到四氟化硅气体，将四氟化硅气体在洗涤塔用重量百分浓度80 90% 的硫酸喷淋洗涤，洗涤后压缩储存该四氟化硅气体。上述实施例2中，二氧化硅和重量百分浓度为80 90%的硫酸，也可以按重量比 1 8 12预混或1 13 19预混，在此不——列举。上述实施例中氟化钙和四氟化铝钠也可以用其它金属氟化物替代，金属氟化物与 浓硫酸的配比以S F2为摩尔比基准配比，在此不一一列举。在实际生产中，二氧化硅预混浆料与氟化氢液体要以HF SiO2摩尔比约大于 4 1进行配比，这样二氧化硅就可以得到较好反应。
权利要求
一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其原料包括金属氟化物和二氧化硅，其特征在于包括下述步骤1)在炉温为300～400℃条件下，将金属氟化物在煅烧炉中煅烧活化2～10分钟，得到活化金属氟化物；2)将上述活化金属氟化物放入氟化氢反应炉中，加入重量百分浓度不低于95％的浓硫酸，所述浓硫酸与所述金属氟化物的摩尔比为1～3∶1，反应1～5分钟得到氟化氢气体；3)将上述氟化氢气体，先在洗涤塔用重量百分浓度不低于95％的浓硫酸洗涤，再在冷凝器中冷却为 8℃的氟化氢液体；4)将二氧化硅和重量百分浓度为80～90％的硫酸，按重量比1∶4～19预混，制成二氧化硅预混浆料；5)将上述二氧化硅预混浆料和氟化氢液体与重量百分浓度为80～90％的硫酸，按重量比3∶4∶25的比例，放入四氟化硅反应器中，在60～90℃条件下，反应1.5～2.5小时，得到四氟化硅气体；6)将上述四氟化硅气体在洗涤塔用重量百分浓度80～90％的硫酸洗涤，洗涤后压缩储存该四氟化硅气体。
2.如权利要求1所述的一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其特征在于所述的金属 氟化物为氟化钙，在步骤2中，所述浓硫酸与所述氟化钙的摩尔比为1.2 1.6 1。
3.如权利要求1所述的一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其特征在于所述的金 属氟化物为四氟化铝钠，在步骤2中，所述浓硫酸与所述四氟化铝钠的摩尔比为2. 3 2. 8 . 1o
4.如权利要求1所述的一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其特征在于在步骤4中， 所述硫酸的浓度为83 86%，所述二氧化硅和所述硫酸的重量比1 8 12。
5.如权利要求1所述的一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其特征在于在步骤5中， 所述硫酸的浓度为83 86%，反应时间为2小时。
全文摘要
本发明公开了一种用石英砂法制备四氟化硅的方法，其原料包括金属氟化物和二氧化硅，通过第一步是先将金属氟化物煅烧活化，活化金属氟化物与浓硫酸反应得到氟化氢气体，氟化氢气体经洗涤和冷却得到氟化氢液体，同时将二氧化硅与硫酸混合为二氧化硅预混浆料，第二步是将氟化氢液体、二氧化硅预混浆料与硫酸混合反应得到四氟化硅气体；本发明是一种原料转化率高，产品纯度高，杂质少，反应过程易控制的用石英砂法制备四氟化硅的方法。
文档编号C01B33/107GK101920962SQ20101023989
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者孟启贵, 李国华, 杨建松, 梁正, 沈铁孟, 陈发挥 申请人:化学工业第二设计院宁波工程有限公司