本发明涉及电子和光伏技术领域，具体而言，涉及一种光纤级四氯化硅及其制备方法。
背景技术：
光纤是一种通信电缆，由两个或多个玻璃或塑料光纤芯组成，这些光纤芯位于保护性的覆层内，由塑料PVC外部套管覆盖。光纤通信是现代信息传输的重要方式之一，它具有容量大、中继距离长、保密性好、不受电磁干扰和节省铜材等优点。作为最重要的信息传输介质，光纤是实现国民经济信息化不可替代的重要产品，对于保证我国的国家安全具有重要的战略意义。
多晶硅是一种以金属硅为原料，经一系列的物理化学反应过程提纯后达到9N～11N的超高纯电子材料。在多晶硅生产过程中会副产大量的四氯化硅，其既可以用来制备三氯氢硅返回多晶系统，也可以制备很多高附加值的硅产业链产品，如气相白炭黑、硅酸乙酯和光纤等。四氯化硅作为光纤的主要原料，必须经过严格提纯，以除去有害的金属离子和含氢有机硅杂质，才能满足光纤的生产。按国外相关公司对于光纤级四氯化硅的产品质量要求，光纤级四氯化硅中杂质含量要达到μg/g级甚至ng/g级。目前光纤级四氯化硅的制备办法有精馏法、吸附法、部分水解法、等离子法等。其中精馏法和吸附法由于操作简单且不引入其他杂质，因此适用于大规模工业化生产。
专利CN200910068887报道了光纤级高纯SiCl4的连续共沸脱轻精馏方法，专利CN200310122893也报道了光纤用高纯SiCl4的生产方法，但上述办法只采用了精馏提纯手段，且对光纤四氯化硅原料的品质要求较高，具有一定的局限性。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种光纤级四氯化硅及其制备方法，以更好的利用粗四氯化硅，可成功制备出光纤级四氯化硅。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光纤级四氯化硅的制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，将粗四氯化硅原料送入第一四氯化硅粗馏塔，低沸物通过塔顶物流管线进行脱除，得到的第一塔釜液输送至第二四氯化硅粗馏塔；S2，第一塔釜液经过第二四氯化硅粗馏塔分离后，塔釜金属杂质通过第二四氯化硅粗馏塔的塔底物流管道进行脱除，塔顶采出初级纯化的四氯化硅；S3，将初级纯化的四氯化硅送入吸附装置，去除初级纯化的四氯化硅中残留的B、P以及金属杂质，得到次级纯化的四氯化硅；以及S4，将次级纯化的四氯化硅送入第一四氯化硅精馏塔，低沸物通过塔顶物流管线进行脱除，得到的第二塔釜液输送至第二四氯化硅精馏塔，从第二四氯化硅精馏塔的塔顶采出光纤级四氯化硅。
进一步地，第一四氯化硅粗馏塔和第二四氯化硅粗馏塔为常压塔，塔理论板数为100，塔顶温度为75～90℃，塔釜温度为85～95℃，回流比为10～50:1。
进一步地，第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔为常压塔，塔理论板数为120，塔顶温度为70～75℃，塔釜温度为75～80℃，回流比为20～100:1。
进一步地，第一四氯化硅粗馏塔、第二四氯化硅粗馏塔、第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔为填料塔或板式塔，优选填料塔。
进一步地，填料塔的填料包括金属丝网波纹填料BX、金属丝网波纹填料CY和金属板波纹填料中的一种或多种。
进一步地，吸附装置内装填有弱碱性聚合树脂催化剂，粒径范围为0.4～0.7mm，吸附装置内的工作压力0.2～0.6MPaG，工作温度为20～50℃。
进一步地，粗四氯化硅原料为四氯化硅质量百分比浓度为90～98％的氯硅烷混合液。
进一步地，粗四氯化硅原料为多晶硅生产过程中还原工序和冷氢化工序产生的氯硅烷混合液。
进一步地，S1中，粗四氯化硅原料通过屏蔽泵送入第一四氯化硅粗馏塔。
根据本发明的另一方面，提供了一种光纤级四氯化硅。该光纤级四氯化硅由上述任一种制备方法制备得到。
应用本发明的技术方案，即精馏联合吸附的工艺，用于制备光纤级四氯化硅，产品质量可达到99.9999％以上。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例1的光纤级四氯化硅的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种光纤级四氯化硅的制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，将粗四氯化硅原料送入第一四氯化硅粗馏塔，低沸物通过塔顶物流管线进行脱除，得到的第一塔釜液输送至第二四氯化硅粗馏塔；S2，第一塔釜液经过第二四氯化硅粗馏塔分离后，塔釜金属杂质通过第二四氯化硅粗馏塔的塔底物流管道进行脱除，塔顶采出初级纯化的四氯化硅；S3，将初级纯化的四氯化硅送入吸附装置，去除初级纯化的四氯化硅中残留的B、P以及金属杂质，得到次级纯化的四氯化硅；以及S4，将次级纯化的四氯化硅送入第一四氯化硅精馏塔，低沸物通过塔顶物流管线进行脱除，得到的第二塔釜液输送至第二四氯化硅精馏塔，从第二四氯化硅精馏塔的塔顶采出光纤级四氯化硅。
其中，S1中低沸物以SiHCl3和SiH2Cl2为主，第一塔釜液以SiCl4为主。S2中，初级纯化的四氯化硅质量浓度可达99％左右。S4中得到的光纤级四氯化硅质量浓度99.9999％以上，该光纤级四氯化硅从塔顶管线采出可进入光纤四氯化硅产品储罐存放。
本发明的技术方案特别适用于多晶硅还原工序和冷氢化工序产生的氯硅烷混合液，能够有效得将SiCl4和SiHCl3和SiH2Cl2进行分离，从而生产光纤级四氯化硅；对原料四氯化硅纯度要求比较广泛，四氯化硅浓度为90～98％的氯硅烷混合液均可以利用本发明进行提纯；另外，本发明的光纤级四氯化硅的制备方法是一种连续化生产工艺，适合大规模生产，并能有效降低系统能耗。
根据本发明一种典型的实施方式，第一四氯化硅粗馏塔和第二四氯化硅粗馏塔为常压塔，塔理论板数为100，塔顶温度为75～90℃，塔釜温度为85～95℃，回流比为10～50:1，由此可显著提高第一四氯化硅粗镏塔和第二四氯化硅粗镏塔的处理效率。
根据本发明一种典型的实施方式，第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔为常压塔，塔理论板数为120，塔顶温度为70～75℃，塔釜温度为75～80℃，回流比为20～100:1，由此可显著提高第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔的处理效率。
第一四氯化硅粗馏塔、第二四氯化硅粗馏塔、第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔可以为填料塔或板式塔，优选填料塔。根据本发明一种典型的实施方式，第一四氯化硅粗馏塔、第二四氯化硅粗馏塔、第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔为填料塔，填料塔具有生产能力大、塔效率高的优点。优选的，填料包括金属丝网波纹填料BX、金属丝网波纹填料CY和金属板波纹填料中的一种或多种。
优选的，吸附装置内装填有弱碱性聚合树脂催化剂，粒径范围为0.4～0.7mm，吸附装置内的工作压力0.2～0.6MPaG，工作温度为20～50℃，由此可显著提高吸附剂的吸附能力。
本发明的制备方法，粗四氯化硅原料可以为四氯化硅质量百分比浓度为90～98％的氯硅烷混合液。
根据本发明一种典型的实施方式，粗四氯化硅原料为多晶硅生产过程中还原工序和冷氢化工序产生的氯硅烷混合液。
优选的，S1中，粗四氯化硅原料通过屏蔽泵送入第一四氯化硅粗馏塔。屏蔽泵的全封闭特点，尤其适用于输送四氯化硅。根据本发明一种典型的实施方式，提供一种光纤级四氯化硅。该光纤级四氯化硅由上述任一种制备方法制备得到。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
本发明的制备方法可采用精馏联合吸附制备光纤四氯化硅的生产系统，其包括第一四氯化硅粗馏塔、第二四氯化硅粗馏塔、吸附装置以及第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔，其中涉及的管道及阀门均为316L不锈钢材质。
下述实施例中：第一四氯化硅粗馏塔、第二四氯化硅粗馏塔为常压塔，塔理论板数为100，塔顶温度75～90℃，塔釜温度85～95℃，回流比为10～50:1；第一四氯化硅精馏塔和第二四氯化硅精馏塔为常压塔，塔理论板数为120，塔顶温度70～75℃，塔釜温度75～80℃，回流比为20～100:1；所述粗镏塔及精馏塔可采用填料塔，填料包括但不限于金属丝网波纹填料BX、金属丝网波纹填料CY和金属板波纹填料中的一种或多种。
吸附装置内装填弱碱性聚合树脂催化剂，粒径范围0.4～0.7mm，吸附装置内的工作压力0.2～0.6MPaG，工作温度20～50℃。
实施例1
按照图1的工艺流程，将某多晶硅企业氢化工序副产的SiCl4原料，含SiCl4为95％，按照1400kg/h的流量进入第一四氯化硅粗馏塔，脱除低沸物，将塔釜采出物按照1200kg/h的流量进入第二四氯化硅粗馏塔，脱除高沸物，将塔顶采出物即99％以上的四氯化硅按照1000kg/h的流量进入吸附装置。吸附后的产品进入第一四氯化硅精馏塔，脱除低沸物，将塔釜采出物按照900kg/h的流量进入第二四氯化硅精馏塔，脱除高沸物后，塔顶采出物按照800kg/h的流量进入光纤四氯化硅产品储罐内。
如此稳定运行15天后，对产品储罐内产品进行取样分析。
分析方法：采用傅里叶红外仪分析含氢杂质基团的红外透过率，分析结果见表1。将分析结果与德国Merck公司的标准进行对比后可得，储罐内产品可满足光纤级SiCl4质量要求。
实施例2
按照图1的工艺流程，将某多晶硅企业还原工序副产的SiCl4原料，含SiCl4为98％，按照1400kg/h的流量进入第一四氯化硅粗馏塔，脱除低沸物，将塔釜采出物按照1300kg/h的流量进入第二四氯化硅粗馏塔，脱除高沸物，将塔顶采出物即99％以上的四氯化硅按照1200kg/h的流量进入吸附装置。吸附后的产品进入第一四氯化硅精馏塔，脱除低沸物，将塔釜采出物按照1100kg/h的流量进入第二四氯化硅精馏塔，脱除高沸物后，塔顶采出物按照1000kg/h的流量进入光纤四氯化硅产品储罐内。
如此稳定运行15天后，对产品储罐内产品进行取样分析。
分析方法：采用傅里叶红外仪分析含氢杂质基团的红外透过率，分析结果见表1。将分析结果与德国Merck公司的标准进行对比后可得，储罐内产品可满足光纤级SiCl4质量要求。
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)本发明特别适用于多晶硅还原工序和冷氢化工序产生的氯硅烷混合液，能够有效得将SiCl4和SiHCl3和SiH2Cl2进行分离，从而生产光纤级四氯化硅。
(2)本发明对原料四氯化硅纯度要求比较广泛，四氯化硅浓度为90～98％的氯硅烷混合液均可以利用本发明进行提纯。
(3)本发明的光纤级四氯化硅的制备方法是一种连续化生产工艺，适合大规模生产，并能有效降低系统能耗。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。