本发明涉及一种多晶硅副产物四氯化硅的资源化利用方法。
背景技术：
近年来，随着多晶硅产业的发展，其副产物四氯化硅的处理问题日益突出。据统计，每生产1吨多晶硅副产四氯化硅约10～15吨。四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害的液体，对安全和环保的危害极大，如何有效的解决多晶硅行业的副产物四氯化硅处理问题，对于促进光伏产业的发展和实施可持续发展战略有着重要的意义。
目前，对多晶硅副产物四氯化硅的处理主要有两条途径：一是将多晶硅副产物四氯化硅制成硅酸乙酯、有机硅等产品，但这些方法对四氯化硅的消化量太小，且往往在消耗废物的同时又产生新的环境污染；另一种途径是将多晶硅副产物四氯化硅氢化为三氯氢硅，返回到合成工序进行再利用，这种处理方式存在投资大、能耗高、转化率低、工序复杂等缺点。国际上处理四氯化硅主要也有两种方法：方法之一是在高温高压下利用氢气将其还原为多晶硅的主要原料三氯氢硅，方法之二是利用四氯化硅生产高附加值的气相白炭黑。国外主要的多晶硅公司如德国瓦克、日本德山等采用的是后一种方法，既生产多晶硅又生产白炭黑，把气相白炭黑和多晶硅生产紧密结合，形成一个资源互相利用的循环经济链，实现资源循环利用。
国内以四氯化硅为原料生产气相白炭黑的工艺处于起步阶段，某些关键工艺掌握在国外少数大公司手中。且该法设备投资大，产品生产成本较高，制约了其产品推广。因此，寻找一种生产工艺简单、设备投资小、产品成本低的新方法来解决四氯化硅的资源化利用问题已势在必行。
近年来沉淀白炭黑由于生产工艺简单、设备投资小、产品成本低和对环境没有污染等特点被认为是解决四氯化硅资源化利用问题的新途径。沉淀法制备白炭黑是以工业水玻璃和硫酸(或盐酸)为原料来制备白炭黑。如中国发明专利ZL 200910227609.1将四氯化硅缓慢加入水中，进行水解反应，同时加入适量分散剂，制备得到沉淀白炭黑，反应过程中产生的氯化氢进行气相回收后可用于生产聚氯乙烯或三氯氢硅；中国发明专利CN 101712476A将四氯化硅滴加于与水或碱性溶液中进行反应，制备得到沉淀白炭黑；中国发明专利ZL201110086493.1将四氯化硅与溶剂油和水混合，反应生成沉淀白炭黑；中国发明专利CN 102659118A将四氯化硅滴加于稀释后的水玻璃溶液中，反应生成沉淀白炭黑。上述专利虽然都能够制备沉淀白炭黑，但是均存在反应过激不易控制、制备得到的白炭黑粒径大，活性差等缺点，如何使反应温和、白炭黑粒径小且活性大一直是制备沉淀白炭黑的难题。
本发明采用文丘里管式法，通过将四氯化硅同去离子水混合反应制备得到沉淀白炭黑，具有反应温和可控，制得的白炭黑粒径小，比表面积大、活性大等特点。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种多晶硅副产物四氯化硅的资源化利用方法。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种多晶硅副产物四氯化硅的资源化利用方法，包括以下步骤：
(1)在室温下，将分散剂加入去离子水中，搅拌混合均匀，备用；
(2)将四氯化硅储罐内的四氯化硅液体通过机械泵加入文丘里管入口圆筒段的入口，将去离子水和分散剂的混合溶液从文丘里管圆筒形喉部引入，使四氯化硅和去离子水在文丘里管中发生反应，文丘里管圆锥扩散段开口排出的混合物回流到四氯化硅储罐中，进行循环反应，四氯化硅和去离子水的化学反应方程式为：SiCl4+2H2O＝SiO2+4HCl；
(3)直至去离子水和分散剂的混合溶液全部加完，混合物在四氯化硅储罐内陈化，得到固液混合物；
(4)将步骤(3)得到的固液混合物送至储料罐，经过厢式过滤机过滤、去离子水洗涤，得到滤饼和残液；
(5)将步骤(4)得到的滤饼加入去离子水，配成浆料，浆料通过泵送至喷雾干燥塔，经热风干燥后，通过布袋除尘器过滤收集，得到白炭黑。
进一步地，步骤(1)和步骤(2)中分散剂为无水乙醇、聚乙二醇两者中的一种或者两种，无水乙醇用量为四氯化硅体积的200～1000％，聚乙二醇用量为四氯化硅体积的0～100％，去离子水和四氯化硅的体积比是15～30：1。
进一步地，步骤(1)和步骤(2)中无水乙醇用量为四氯化硅体积的400～750％，聚乙二醇用量为四氯化硅体积的60～80％，去离子水和四氯化硅的体积比是20～25：1。
进一步地，步骤(2)中去离子水和分散剂的混合溶液的流速为四氯化硅液体流速的0.05～0.5，四氯化硅液体的流速为3～5L/min。
进一步地，步骤(2)中去离子水和分散剂的混合溶液的流速为四氯化硅液体流速的0.08～0.12。
进一步地，步骤(3)中陈化时间为0.5～3小时。
进一步地，步骤(3)中陈化时间为1～1.5小时。
进一步地，步骤(5)中热风干燥的温度为110～200℃。
进一步地，步骤(5)中热风干燥的温度为150～160℃。
本发明的有益效果是：(1)直接采用去离子水作为原料，而不是传统的碱产生水，反应能耗降低，安全性大大提高；(2)反应条件温和、安全可控，可通过控制四氧化硅流速和去离子水流速比、分散剂用量和喷雾干燥温度等参数来控制产品性能，得到不同聚集粒径和比表面积的二氧化硅产品；(3)采用多晶硅生产中的副产物四氧化硅作为生产原料制备沉淀白炭黑，有效地解决了多晶硅行业中副产物四氧化硅难以处理、资源化利用低、污染大的问题，促进了多晶硅行业的健康迅速发展，减少了环境污染、节能减排。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明采用的设备的结构框图；
其中：1.四氯化硅储罐，2.去离子水分散剂储罐，3.文丘里管，3-1.入口圆筒段，3-2.圆锥收缩段，3-3.圆筒形喉部，3-4.圆锥扩散段，4.圆锥扩散段，5.厢式过滤机，6.喷雾干燥塔，7.布袋除尘器，8.控制阀。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
如图1示的一种多晶硅副产物四氯化硅的资源化利用设备，包括反应设备和后处理设备，反应设备包括四氯化硅储罐1、去离子水分散剂储罐2、文丘里管3，文丘里管3包括依次连接的入口圆筒段3-1、圆锥收缩段3-2、圆筒形喉部3-3和圆锥扩散段3-4，四氯化硅储罐1的输出端与入口圆筒段3-1的输入端管路连通，去离子水分散剂储罐2的输出端与圆筒形喉部3-3的输入端管路连接，圆锥扩散段3-4的输出端与四氯化硅储罐1的输入端管路连接，四氯化硅储罐1的输出端和输入端之间的管路上安装有控制其流速的机械泵4，后处理设备包括厢式过滤机5、喷雾干燥塔6和布袋除尘器7。
去离子水分散剂储罐2内装有去离子水和分散剂的混合溶液，去离子水分散剂储罐2和圆筒形喉部3-3之间的管路上设有控制阀8。
实施例1
将聚乙二醇：无水乙醇：去离子水按照体积比0.8：6：20配成混合溶液，搅拌均匀，备用。将四氯化硅液体在机械泵的作用下以5L/min的速率通过文丘里管循环，进入文丘里管入口圆筒段的入口，去离子水和四氯化硅的体积比是20：1。控制阀控制混合溶液流速为四氯化硅液体流速的0.1，缓慢加入，使四氯化硅与水反应。待混合溶液全部加完后，关闭控制阀，继续在四氯化硅储罐陈化反应1小时。将四氯化硅储罐内的混合物放入储料罐后经过厢式过滤机过滤和洗涤，得到滤饼。将滤饼加入去离子水形成浆料，将浆料通过机械泵输送至喷雾干燥塔内干燥，控制进风口温度为155℃，干燥后的粉体通过布袋除尘器过滤收集，得到沉淀白炭黑。测得其比表面积为507m2/g，粒径为326±3nm，其成份分析检测如表1所示，符合中华人民共和国轻工行业食品白炭黑QB/T2346-2007标准。
实施例2
将聚乙二醇：无水乙醇：去离子水按照体积比0.6：5：25配成混合溶液，搅拌均匀，备用。将四氯化硅液体在机械泵的作用下以以4L/min的速率通过文丘里管循环，进入文丘里管入口圆筒段的入口，去离子水和四氯化硅的体积比是25：1。控制阀控制混合溶液流速为四氯化硅液体流速的0.12，缓慢加入，使四氯化硅与水反应。待混合溶液全部加完后，关闭控制阀，继续在四氯化硅储罐陈化反应1.5小时。将四氯化硅储罐内的混合物放入储料罐后经过厢式过滤机过滤和洗涤，得到滤饼。将滤饼加入去离子水形成浆料，将浆料通过机械泵输送至喷雾干燥塔内干燥，控制进风口温度为160℃，干燥后的粉体通过布袋除尘器过滤收集，得到沉淀白炭黑。测得其比表面积为752m2/g，粒径为202±5nm，其成份分析检测如下表所示，符合中华人民共和国轻工行业食品白炭黑QB/T2346-2007标准。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。