CN101948114A

CN101948114A - 硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法

Info

Publication number: CN101948114A
Application number: CN 201010504248
Authority: CN
Inventors: 张宗凡; 梁雪松; 肖勇; 杨亚斌; 吴立群
Original assignee: Yunnan Chemical Research Institute
Current assignee: Yunnan Chemical Research Institute
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2011-01-19

Abstract

硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法涉及氟化工技术领域，特别涉及一种由氟硅酸钠与硫酸反应制备四氟化硅和无水氟化氢气体的方法，本发明的步骤为：a.氟硅酸钠与过量硫酸在150℃以下搅拌反应得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中；b.步骤a产生的四氟化硅气体经除尘、冷却、干燥、精制、压缩得到高纯四氟化硅气体；c.继续升温至200℃，氟化氢气体逸出；d.步骤c逸出的氟化氢气体经除尘、冷却、干燥、精制、压缩得到无水氟化氢气体(AHF)。本发明使磷肥企业特有的氟、硅资源得到了充分、高效的利用。

Description

硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法

技术领域

本发明涉及氟化工技术领域，特别涉及一种由氟硅酸钠与硫酸反应制备四氟化硅和无水氟化氢气体的方法。

背景技术

四氟化硅是半导体与光纤加工应用中所使用的一种电子专用气体，是硅基半导体器件制造采用的离子注入法中的一种重要成份。四氟化硅在微电子行业将有广阔的应用前景。无水氟化氢（AHF）广泛应用于原子能、化工、石油等行业，是强氧化剂，还是制取元素氟、各种氟致冷剂、无机氟化物和有机氟化物的基本原料。

目前，世界上氢氟酸生产方法几乎都是成本高，能耗大，工艺复杂的萤石法生产工艺，且消耗的萤石资源极为有限。国内尚未见以磷复肥工业副产的氟硅酸及其钠盐为原料制取氢氟酸的研究及工业性试验报导；一些发达国家已开展这方面的研究，具体是：一是美国矿务局开发的合成人造氟化钙（萤石），然后按传统萤石法工艺生产氢氟酸，该技术的关键条件尚未成熟。二是爱尔兰都柏林化学公司和英国ISC化学公司开发，并进行了工业性试验的氟氢化钠热分解法，此工艺较为繁杂，尚未工业应用。三是瑞士巴斯公司处于试验研究阶段的氟硅酸热分解法，此法对氟硅酸浓度要求较高，湿法磷肥（酸）副产氟硅酸浓度难以达到。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种利用磷肥企业低价值副产物氟硅酸钠制备高附加值的四氟化硅和无水氟化氢产品，且过程中不会产生难以处理的废弃物，高效地利用磷肥企业中副产的氟硅酸钠，采用硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法。

本发明所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，包括以下步骤：

a. 氟硅酸钠与过量硫酸在150℃以下搅拌反应得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中；

b. 步骤a产生的四氟化硅气体经除尘、冷却、干燥、精制、压缩得到高纯四氟化硅气体；

c. 继续升温至200℃，氟化氢气体逸出；

d. 步骤c逸出的氟化氢气体经除尘、冷却、干燥、精制、压缩得到无水氟化氢气体（AHF）。

所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，硫酸的质量浓度为95-98%。

步骤a反应温度为100-150℃。步骤c反应温度为150-200℃。

步骤a反应时间为1-2h。步骤c反应时间为0.5h。

所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，硫酸过量0-100%。所述的搅拌速率为200-400rpm。

步骤b和步骤d中的除尘、冷却、干燥、精制、压缩全部采用耐氟设备、采用传统的技术方案来实现。

本发明所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，在反应釜中加入一定量的氟硅酸钠与过量的硫酸，硫酸浓度控制在95-98%，过量0-100%，搅拌速率控制在200-400rpm，先升温至100-150℃反应1-2h，产物为四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中，然后升温至200℃，氟化氢气体逸出。两种气体均严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集。

本发明所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，是利用氟硅酸钠与硫酸反应，控制不同的反应温度，分别得到四氟化硅和氟化氢气体、两种气体严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集即可得到符合使用要求的四氟化硅和氟化氢气体。

本发明的原理可根据下列反应方程式进行描述和说明：

氟硅酸钠与硫酸反应：

反应温度为100-150℃。

反应温度为150-200℃。

本发明具有极大的创新性，其突出优点就是它的经济和环境价值。本发明的经济价值在于延伸了磷肥企业低价值副产物氟硅酸钠的产业链，将氟硅酸钠与硫酸反应得到两种高附加值产品四氟化硅和无水氟化氢（AHF）气体，使磷肥企业特有的氟、硅资源得到了充分、高效的利用。

本发明的环境价值在于为磷肥企业提供了一种有别于传统氟、硅资源利用的环境友好型创新工艺方法，氟硅酸钠与硫酸反应、控制不同的反应温度，先后制备高附加值四氟化硅和无水氟化氢（AHF）产品，避免了传统工艺路线产生的大量废水废渣和高能耗等问题，环境负荷较小，环境效益较高。

本发明的创新工艺方法可采用现有的技术、并且经过大规模工业生产验证的单元设备来实施和实现。

附图说明

图1为本发明所述方法的技术路线图。

具体实施方式

本发明所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法将在下述实施例中加以详细说明，但不限于实施例。

实施例1

在100℃温度条件下，将100kg氟硅酸钠与过量20%的硫酸加入反应釜中搅拌反应1h，搅拌速率控制在200rpm、硫酸浓度95%，得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中，分解率49.7%，逸入气相中的氟占氟硅酸钠含量的33.1%。然后升温至160℃，氟化氢气体逸出。两种气体严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集。

实施例2

在120℃温度条件下，将120kg氟硅酸钠与过量30%的硫酸加入反应釜中反应1.2h，搅拌速率控制在240rpm、硫酸浓度97%，得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中，分解率56.9%，逸入气相中的氟占氟硅酸钠含量的39.4%。然后升温至170℃，氟化氢气体逸出。两种气体严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集。

实施例3

在140℃温度条件下，将150kg氟硅酸钠与过量50%的硫酸加入反应釜中反应1.5h，搅拌速率控制在300rpm、硫酸浓度98%，得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中，分解率77.5%，逸入气相中的氟占氟硅酸钠含量的51.2%。然后升温至180℃，氟化氢气体逸出。两种气体严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集。

实施例4

在150℃温度条件下，将200kg氟硅酸钠与过量80%的硫酸加入反应釜中反应1.5h，搅拌速率控制在350rpm、硫酸浓度98%，得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中，分解率85.4%，逸入气相中的氟占氟硅酸钠含量的63.3%。然后升温至180℃，氟化氢气体逸出。两种气体严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集。

实施例5

在150℃温度条件下，将200kg氟硅酸钠与过量100%的硫酸加入反应釜中反应2h，搅拌速率控制在400rpm、硫酸浓度98%，得到四氟化硅气体，氟化氢留在固体残渣中，分解率98.1%，逸入气相中的氟占氟硅酸钠含量的65.4%。然后升温至200℃，氟化氢气体逸出。两种气体严格除尘、冷却、干燥、精制、压缩后收集。

Claims

1.硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，其步骤为：

c. 继续升温至200℃，氟化氢气体逸出；

2.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，硫酸的质量浓度为95-98%。

3.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，步骤a反应温度为100-150℃。

4.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，步骤c反应温度为150-200℃。

5.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，步骤a反应时间为1-2h。

6.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，步骤c反应时间为0.5h。

7.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，硫酸过量0-100%。

8.如权利要求1所述的硫酸酸化氟硅酸钠制备四氟化硅和无水氟化氢的方法，其特征在于，搅拌速率为200-400rpm。