专利名称：一种用氟硅酸钙制备四氟化硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备四氟化硅的方法，尤其是涉及一种以水合氟硅酸钙为原料制备四氟化硅的方法。
背景技术：
四氟化硅，分子式为SiF4,在电子和半导体行业中应用广泛。主要用于氮化硅、硅化鉬等的蚀刻剂、P型掺杂剂、外延沉积扩散硅源等，还可用于制备电子级硅烷或硅。四氟化硅还可用作光导纤维用高纯石英玻璃的原料，其在高温火焰中水解可产生具有高比表面积的热沉二氧化硅。此外，四氟化硅还广泛用于制备太阳能电池，氟硅酸和氟化铝，化学分析用氟化剂，油井钻探、镁合金浇铸用催化剂、蒸熏剂、水泥和人造大理石的硬化剂以及有机硅化合物的合成材料等方面。现有的四氟化硅的制备方法主要有硫酸法、氟硅酸法、氢氟酸法、氟硅酸钠法。硫酸法采用硫酸、萤石、二氧化硅高温反应，腐蚀严重、能耗高，生产的四氟化硅气体中易含硅氧烷等杂质，在精制四氟化硅过程中不易除去，同时还副产含氟废渣；氟硅酸法由氟硅酸和浓硫酸反应而得，使用硫酸对设备腐蚀严重，还副产含氟废液；中国发明专利名称为一种四氟化硅的制备方法(公开号为CN101481113)，公开了用氟硅酸与氧化镁反应10-60分钟，再在25-55°C下气鼓动1-3小时，最后在200-300°C下煅烧1_2小时得到四氟化硅，减轻了对设备的腐蚀，但是该方法中氧化镁较稀缺，较贵，用氧化镁制备四氟化硅成本较高，且四氟化硅收率相对较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生产工艺简单、节能、环保、低成本、产品纯度高的四氟化硅的制备方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种四氟化硅的制备方法，以水合氟硅酸钙为原料，包括以下步骤
(1)脱水将水合氟硅酸钙预热后送入脱水反应器，在压力为0.05 0. 5MPaG，温度为 100-220°C的条件下，干燥60 150min，得到水份含量低于1. 5wt%的固体粉末状的六氟硅酸钙；
(2)热解将步骤(1)得到的六氟硅酸钙送入中间储罐，将四氟化硅气体充入中间储罐除去六氟硅酸钙固体粉末中的空气和少量水蒸气，然后送入裂解反应器，在压力为0. 05 0. 5MPaG，温度为220-400°C的条件下，热解60 150min，得到四氟化硅粗产品和氟化钙；
(3)纯化将步骤(2)得到的四氟化硅粗产品冷却到50 100°C后，送入洗涤塔，通过浓硫酸洗涤除去四氟化硅中所含的水分，得到纯度大于99%的四氟化硅产品。步骤(1)中将所述的预热温度为60°C 100°C。步骤(1)中水合氟硅酸钙脱水最佳操作条件为温度170°C，干燥时间90min。步骤(2)中六氟硅酸钙热解热解最佳操作条件为温度380°C，热解时间80min。
将步骤(2)得到的氟化钙送入氟化钙冷却器并将氟化钙冷却释放的热量回收用于预热原料水合氟硅酸钙，将氟化钙冷却到50°C后得到氟化钙产品。本发明的反应式为CaSiFi,· ^ILO^CaSii·,, +L'iLO CaSiF6 ι；；；；；......;·ρ· SiF4 +CaF2 0与现有技术相比，本发明的优点在于本发明采用水合氟硅酸钙为原料， 经100-220 V干燥脱水60 150min，得到含水量低于1. 5wt%的六氟硅酸钙，然后在 220-4000C的条件下，热解60 150min后经提纯得到四氟化硅，此方法工艺过程简单，节能、环保、设备腐蚀轻，生产成本降低，而且生产得到的氟化硅产品纯度高。将氟化钙送入氟化钙冷却器并将氟化钙冷却释放的热量回收用于预热原料水合氟硅酸钙，将氟化钙冷却到50°C后得到氟化钙产品，可提高能量利用效率，实现产品的综合利用。
图1为本发明实施例3的工艺流程图。
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
本发明一种四氟化硅的制备方法，以水合氟硅酸钙为原料，包括以下步骤
(1)脱水将水合氟硅酸钙预热后送入脱水反应器，在压力为0.05 MPaG，温度为100°C 的条件下，干燥150min，得到水份含量为1. 5wt%的固体粉末状的六氟硅酸钙，该六氟硅酸钙从脱水反应器底部排出，脱水反应器顶部排出分解产生的水蒸气和少量固体颗粒，经旋风除尘器除尘后冷却得到冷凝水；
(2)热解将步骤(1)得到的六氟硅酸钙送入中间储罐，将四氟化硅气体充入中间储罐除去六氟硅酸钙固体粉末中的空气和少量水蒸气(其中四氟化硅充入量为保证所述的六氟硅酸钙的空气含量低于lOOppm，)，然后送入裂解反应器，然后送入裂解反应器，在压力为 0. 05 MPaG，温度为220°C的条件下，热解150min，得到四氟化硅粗产品和氟化钙；
(3)纯化将步骤(2)得到的四氟化硅粗产品冷却到50°C后，送入洗涤塔，通过浓硫酸洗涤除去四氟化硅中所含的水分，得到纯度大于99%的四氟化硅产品。实施例2
本发明一种四氟化硅的制备方法，以水合氟硅酸钙为原料，包括以下步骤
(1)脱水将水合氟硅酸钙预热到60°C后送入脱水反应器，在压力为0.2 MPaG，温度为 170°C的条件下，干燥90min，得到水份含量为1. 5wt%的固体粉末状的六氟硅酸钙，该六氟硅酸钙从脱水反应器底部排出，脱水反应器顶部排出分解产生的水蒸气和少量固体颗粒， 经旋风除尘器除尘后冷却得到冷凝水；
(2)热解将步骤(1)得到的六氟硅酸钙送入中间储罐，将四氟化硅气体充入中间储罐除去六氟硅酸钙固体粉末中的空气和少量水蒸气，然后送入裂解反应器，然后送入裂解反应器，在压力为0. 2 MPaG，温度为380°C的条件下，热解80min，得到四氟化硅粗产品和氟化钙；(3)纯化将步骤(2)得到的四氟化硅粗产品冷却到50°C后，送入洗涤塔，通过浓硫酸洗涤除去四氟化硅中所含的水分，得到纯度大于99%的四氟化硅产品。
实施例3
本发明一种四氟化硅的制备方法，以水合氟硅酸钙为原料，包括以下步骤(如图3所
示)
(1)脱水将水合氟硅酸钙经氟化钙冷却器预热到100°c后送入脱水反应器，在压力为 0. 5MPaG,温度为220°C的条件下，干燥60min，得到水份含量为1. 5wt%的固体粉末状的六氟硅酸钙，该六氟硅酸钙从脱水反应器底部排出，脱水反应器顶部排出分解产生的水蒸气和少量固体颗粒；
(2)热解将步骤(1)得到的六氟硅酸钙送入中间储罐，将四氟化硅气体充入中间储罐除去六氟硅酸钙固体粉末中的空气和少量水蒸气，然后送入裂解反应器，然后送入裂解反应器，在压力为0. 5MPaG，温度为400°C的条件下，热解60min，得到四氟化硅粗产品和氟化钙；
(3)纯化将步骤(2)得到的四氟化硅粗产品冷却到50°C后，送入洗涤塔，通过浓硫酸洗涤除去四氟化硅中所含的水分，得到纯度大于99%的四氟化硅产品；
(4)将步骤(2)得到的氟化钙送入氟化钙冷却器并将氟化钙冷却释放的热量回收用于预热原料水合氟硅酸钙，将氟化钙冷却到50°C后得到氟化钙产品。
权利要求
1.一种四氟化硅的制备方法，以水合氟硅酸钙为原料，其特征在于包括以下步骤(1)脱水将水合氟硅酸钙预热后送入脱水反应器，在压力为0.05 0. 5MPaG，温度为 100-220°C的条件下，干燥60 150min，得到水份含量低于1. 5wt%的固体粉末状的六氟硅酸钙；(2)热解将步骤(1)得到的六氟硅酸钙送入中间储罐，将四氟化硅气体充入中间储罐除去六氟硅酸钙固体粉末中的空气和少量水蒸气，然后送入裂解反应器，在压力为0. 05 0. 5MPaG，温度为220-400°C的条件下，热解60 150min，得到四氟化硅粗产品和氟化钙；(3)四氟化硅提纯将步骤(2)得到的四氟化硅粗产品冷却到50 100°C后，送入洗涤塔，通过浓硫酸洗涤除去水分，得到纯度大于99%的四氟化硅产品。
2.根据权利要求1所述的一种四氟化硅的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的预热温度为60°C 100°C。
3.根据权利要求1所述的一种四氟化硅的制备方法，其特征在于步骤(1)中水合氟硅酸钙干燥脱水最佳条件为温度170°C，干燥时间90min。
4.根据权利要求1所述的一种四氟化硅的制备方法，其特征在于步骤(2)中六氟硅酸钙热解热解最佳条件为温度为380°C，热解时间80min。
5.根据权利要求1所述的一种四氟化硅的制备方法，其特征在于将步骤(2)得到的氟化钙送入氟化钙冷却器，将所述的氟化钙冷却释放的热量回收用于预热原料水合氟硅酸钙，将所述的氟化钙冷却到50°C后得到氟化钙产品。
全文摘要
本发明一种四氟化硅的制备方法，以水合氟硅酸钙为原料，特点是包括以下步骤将水合氟硅酸钙预热到60～100℃后，在压力为0.05～0.5MPaG，温度为100～220℃的条件下，干燥60～150min得到水份含量低于1.5wt%的固体粉末状的氟硅酸钙的步骤；将氟硅酸钙送入中间储罐，然后送入裂解反应器，在压力为0.05～0.5MPaG，温度为220-420℃的条件下，热解60～150min，得到四氟化硅粗产品的步骤；将四氟化硅粗产品送入硫酸洗涤塔，洗涤除去水分得到纯度可达99%的四氟化硅产品的步骤，其优点是，工艺过程简单，减轻了对设备的腐蚀，节能、环保、低成本，提高了四氟化硅的纯度。
文档编号C01B33/107GK102390835SQ20111023700
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者王宇光, 苗延军, 谷新春, 陈岩, 马文华 申请人:化学工业第二设计院宁波工程有限公司