CN101481113A - 一种四氟化硅的制备方法 - Google Patents

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皇甫根利
闫春生
贾雪枫
马小芬
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Abstract

本发明公开了一种四氟化硅的制备方法，以氟硅酸和氧化镁为原料，具体包括以下步骤：(1)将氟硅酸溶液和氧化镁反应10～60分钟，过滤得到氟硅酸镁溶液，浓缩结晶得到六水氟硅酸镁晶体；(2)将得到的六水氟硅酸镁晶体用25～55℃气流鼓动1～3小时，脱去附着水和结晶水；(3)脱去附着水和结晶水的氟硅酸镁在200～300℃的温度下煅烧1～2小时，得到四氟化硅气体和氟化镁；(4)四氟化硅气体经纯化，得到高纯四氟化硅气体。本发明生产成本低，所制备的四氟化硅质量优，无三废排放，另外联产的氟化镁可做为电解铝工业的添加剂，不产生含氟废渣，具有很好的经济价值和社会价值，易于推广应用。

Description

一种四氟化硅的制备方法
技术领域
本发明涉及一种四氟化硅的制备方法，尤其涉及一种以氟硅酸和氧化镁为原料制备四氟化硅的方法。
背景技术
四氟化硅在电子和半导体行业中主要用于氮化硅、硅化钽等的蚀刻剂、P型掺杂剂及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，它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，水泥及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。目前，四氟化硅的制造方法主要有以下几种：(1)硫酸法，由浓硫酸与氟化钙、二氧化硅强热而得；(2)氟硅酸法，由氟硅酸和浓硫酸反应而得；(3)氢氟酸法，由二氧化硅和氢氟酸或用氟硅酸代替氢氟酸反应而得；(4)副产回收法，回收磷肥及磷酸盐生产中的四氟化硅；(5)氟硅酸钠法，在二氧化硅存在下，氟硅酸钠和浓硫酸反应，或将氟硅酸钠加热至900℃分解而得。
工业生产中主要采用硫酸法或氟硅酸钠法。氢氟酸法成本高，副产回收法工艺复杂，不易实现工业化；氟硅酸法使用浓硫酸腐蚀严重，对设备要求极高还副产含氟废液；硫酸法使用硫酸、萤石、二氧化硅加强热，腐蚀严重、能耗高，生产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，还副产含氟废渣；氟硅酸钠法虽可减少产生硅氧烷等杂质，但还存在煅烧温度高，设备腐蚀严重，能耗高的缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种四氟化硅的制备方法，以降低成本，减轻对设备的腐蚀。
为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种四氟化硅的制备方法，以氟硅酸和氧化镁为原料，具体包括以下步骤：
(1)将氟硅酸溶液和氧化镁反应10～60分钟，过滤得到氟硅酸镁溶液，浓缩结晶得到六水氟硅酸镁晶体；
(2)将得到的六水氟硅酸镁晶体用25～55℃气流鼓动1～3小时，脱去附着水和结晶水；
(3)脱去附着水和结晶水的氟硅酸镁在200～300℃的温度下煅烧1～2小时，得到四氟化硅气体和氟化镁；
(4)步骤(4)中的纯化为将四氟化硅气体通过液氮冷冻纯化，得到高纯四氟化硅气体。
所述的氟硅酸溶液的浓度为10～40％。
所述的氧化镁为固体或浓度为10～30％的料浆。
步骤(1)中的氟硅酸溶液为磷肥行业的副产物。
步骤(2)中的六水氟硅酸镁晶体在流化床中用25～55℃气流鼓动1～3小时。
步骤(3)所制得的氟化镁做为电解铝工业添加剂。
本发明的反应式为：
Figure A200910064291D00041
Figure A200910064291D00042
Figure A200910064291D00043
本发明采用氟硅酸和氧化镁为原料进行反应，经浓缩结晶得到氟硅酸镁，再将氟硅酸镁在低于300℃下煅烧可得四氟化硅和氟化镁。本发明是以磷肥行业副产物——氟硅酸为原料代替了传统方法中的氢氟酸，降低了生产成本，减轻了磷肥行业副产氟硅酸对环境的污染；四氟化硅生产温度都不大于300℃，使能耗大为降低；同时，因反应所需要温度低，对设备的腐蚀也大为降低，还减少了硅氧烷等杂质的产生，有利于简化四氟化硅纯化工序。本发明中联产的氟化镁可做为电解铝工业的添加剂，即不产生含氟废渣，又降低了生产成本。本发明生产成本低，所制备的四氟化硅质量优，无三废排放，具有很好的经济价值和社会价值，易于推广应用。
下表使用本发明生产的四氟化硅和氟化镁质量指标
四氟化硅质量指标
 
项目 指标(本方法纯化处理后)
纯度(SiF4)，％重量比≥ 99.99
惰性气体，％重量比≤ 0.003
二氧化碳(CO2)，％重量比≤ 0.002
二氧化硫(SO2)，％重量比≤ 0.001
盐酸(HCl)，％重量比≤ 0.002
氢氟酸(HF)，％重量比≤ 0.0005
水份(H2O)，％重量比≤ 0.0005
氧(O2)，PPm重量比≤ 0.001
氟化镁质量指标
Figure A200910064291D00051
具体实施方法
实施例1
本发明的四氟化硅的制备方法是以氟硅酸和氧化镁为原料，具体包括以下步骤：
(1)将浓度为15％氟硅酸溶液和氧化镁固体反应40分钟，过滤得到氟硅酸镁溶液，浓缩结晶得到六水氟硅酸镁晶体；
(2)将得到的六水氟硅酸镁晶体在流化床中用30℃气流鼓动3小时，脱去附着水和结晶水；
(3)脱去附着水和结晶水的氟硅酸镁用转炉在200℃的温度下煅烧2小时，得到四氟化硅气体和氟化镁；
(4)将四氟化硅气体通过液氮冷冻纯化，得到高纯四氟化硅气体。
步骤(3)煅烧所得氟化镁做为电解铝工业添加剂。
实施例2
本发明的四氟化硅的制备方法，以氟硅酸和氧化镁为原料，具体包括以下步骤：
(1)将浓度为25％氟硅酸溶液和浓度为20％的氧化镁料浆反应30分钟，过滤得到氟硅酸镁溶液，浓缩结晶得到六水氟硅酸镁晶体；
(2)将得到的六水氟硅酸镁晶体在流化床中用40℃气流鼓动2小时，脱去附着水和结晶水；
(3)脱去附着水和结晶水的氟硅酸镁用转炉在200℃的温度下煅烧2小时，得到四氟化硅气体和氟化镁；
(4)将四氟化硅气体通过液氮冷冻纯化，得到高纯四氟化硅气体。
实施例3
本发明的四氟化硅的制备方法，以氟硅酸和氧化镁为原料，具体包括以下步骤；
(1)将浓度为35％氟硅酸溶液和浓度为30％的氧化镁料浆反应20分钟，过滤得到氟硅酸镁溶液，浓缩结晶得到六水氟硅酸镁晶体；
(2)将得到的六水氟硅酸镁晶体在流化床中用55℃气流鼓动1小时，脱去附着水和结晶水；
(3)脱去附着水和结晶水的氟硅酸镁用转炉在300℃的温度下煅烧1小时，得到四氟化硅气体和氟化镁；
(4)将四氟化硅气体通过液氮冷冻纯化，得到高纯四氟化硅气体。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明，而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1、一种四氟化硅的制备方法，其特征在于：以氟硅酸和氧化镁为原料，具体包括以下步骤：
(1)将氟硅酸溶液和氧化镁反应10～60分钟，过滤得到氟硅酸镁溶液，浓缩结晶得到六水氟硅酸镁晶体；
(2)将得到的六水氟硅酸镁晶体用25～55℃气流鼓动1～3小时，脱去附着水和结晶水；
(3)脱去附着水和结晶水的氟硅酸镁在200～300℃的温度下煅烧1～2小时，得到四氟化硅气体和氟化镁；
(4)四氟化硅气体经纯化，得到高纯四氟化硅气体。
2、根据权利要求1所述的四氟化硅的制备方法，其特征在于：所述的氟硅酸溶液的浓度为10～40％。
3、根据权利要求1所述的四氟化硅的制备方法，其特征在于：所述的氧化镁为固体或浓度为10～30％的料浆。
4、根据权利要求1所述的四氟化硅的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的氟硅酸溶液为磷肥行业的副产物。
5、根据权利要求1所述的四氟化硅的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的六水氟硅酸镁晶体在流化床中用25～55℃气流鼓动1～3小时。
6、根据权利要求1所述的四氟化硅的制备方法，其特征在于：步骤(3)所制得的氟化镁做为电解铝工业添加剂。
7、根据权利要求1—6中任一条所述的四氟化硅的制备方法，其特征在于：步骤(4)中的纯化为将四氟化硅气体通过液氮冷冻纯化，以制得高纯四氟化硅气体。
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