CN102107855A - 一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，是将气化后的四氯化硅通入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器中吸收反应，所述反应载体为具有至少一个光滑连续凸曲面的刚性物体，四氯化硅与反应载体相互接触的表面上粘附的水反应生成二氧化硅同时放出氯化氢用于制备盐酸。本发明的生产方法反应过程较为简单，生产效率高，能耗低，对设备的要求较低，操作简便，适用于工业化生产，而且在生产盐酸的同时产生二氧化硅提高了该方法的附加值，产生较高的经济效益，具有良好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，属于无机化工技术领域。
背景技术
四氯化硅是一种透明液体，易挥发，有毒，在潮湿的空气中水解成硅酸和氯化氢，对皮肤有腐蚀性，是多晶硅生产中的副产物。目前，对副产物四氯化硅普遍的回收方法是将其转化为氯化氢和二氧化硅，二氧化硅具有耐酸、耐高温，化学性质稳定的特性，是一种重要的无机化工原料，多用作补强填料，还具有良好的电气绝缘性、吸湿性的分散性等特殊性能，在橡胶、涂料、塑料、造纸、油墨、日用化工等各项领域中有着广泛的用途。
目前对四氯化硅的处理主要包括气相法和沉淀法。气相法是将四氯化硅、氢气和空气在高温条件下反应，得到白炭黑和氯化氢气体，该方法存在一次投入高、生产能耗大、对设备要求高、生产成本高等问题。沉淀法是将四氯化硅加入去离子水中生成硅酸和盐酸，然后经沉降水洗净后脱水产出二氧化硅粉末，但由于去离子水的加入量较大，四氯化硅容易生成硅酸溶胶，沉降过程较为漫长，而且需要经过多次的洗涤，工艺较为复杂；而且产生的盐酸浓度非常低，利用价值不高，原料的利用率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，提高原料利用率和反应效率，降低生产的成本。
为了实现以上目的，本发明生产方法所采用的第一技术方案是：一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，将气化后的四氯化硅通入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器中吸收反应，所述反应载体为具有至少一个光滑连续凸曲面的刚性物体，四氯化硅与反应载体相互接触的表面上粘附的水反应生成二氧化硅同时放出氯化氢用于制备盐酸。
所述反应载体的形状为球形、圆柱形或橄榄形，材料为陶瓷、塑料或硬质合金。
反应后从反应载体的表面剥离二氧化硅得到二氧化硅产品。
本发明生产方法的第一技术方案，反应载体堆积在反应容器中，一个反应载体与其它多个反应载体有相互接触，用水将所有反应载体淋湿，主要在反应载体相互接触部分粘附有水。当四氯化硅气体进入反应容器时，四氯化硅与这些附粘附的水发生水解反应，由于是在局部反应载体周围四氯化硅为过量存在，水解反应较为充分，生成的二氧化硅直接附着在反应载体上，生成的氯化氢气被吹出。氯化氢气体用纯水吸收即可得到盐酸，得到的盐酸较为纯净，产品的质量较高，将二氧化硅从反应载体表面剥离即可得到二氧化硅产品。本发明的第一技术方案采用的反应载体采用具有至少一个光滑连续凸曲面的刚性物体，避免使用含有大量平面的反应载体，因为平面之间的粘附水的存量较大，容易导致反应不充分，而且反应后容易发生粘连，不易将二氧化硅剥离，也要避免使用楞、角较多的反应载体，因为这些楞、角接触的地方不容易存有粘附水，使得生产效率较低。本发明的第一技术方案反应载体优选陶瓷球。
本发明生产方法的第二技术方案是：一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，将气化后的四氯化硅通入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器中吸收反应，所述反应载体为具有储水结构的耐水物质，四氯化硅与耐水物质中储存的水反应生成二氧化硅同时放出氯化氢用于制备盐酸。
所述反应载体为珍珠岩、硬质海绵或大孔吸附树脂。
所述四氯化硅是由下向上通入反应容器中。
在所述气化后的四氯化硅进入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器之前或同时向气化后的四氯化硅气中通入低于反应量的水蒸气。
本发明生产方法的第二技术方案，反应载体采用具有储水孔隙的耐水物质，这类物质本身存在疏松的大孔或微孔结构，能够储存一定量的水分，同时在水淋洗后不易变形且不溶解，例如珍珠岩、硬质海绵或大孔吸附树脂等物质。这类反应载体堆积在反应容器中用水淋湿，水被吸附在这些物质的储水孔隙中，当四氯化硅气体进入反应容器时，在反应载体的外表面与水发生水解反应生成二氧化硅同时放出氯化氢，随着反应的进行处于反应载体储水孔隙中的水逐渐的由内部渗到外表继续与四氯化硅反应，直至储存的水分全部反应为止。由于水解反应是在反应载体外表面局部进行，四氯化硅为过量存在，水解反应较为充分，生成的二氧化硅处于反应载体外表面，生成的氯化氢气体被吹出，用纯水吸收即可得到盐酸，得到的盐酸较为纯净，产品的质量较高，同时只需要对反应载体采用相应的处理，可以得到相应的二氧化硅产品。
反应载体可以选自珍珠岩、硬质海绵或大孔吸附树脂，采用不同材料的反应载体最终生成的二氧化硅具有不同的处理方法，例如采用珍珠岩为反应载体，反应后将带有二氧化硅的珍珠岩粉碎，直接作为填料产品；采用海绵为反应载体，反应后将带有二氧化硅的海绵高温灼烧，得到二氧化硅产品；采用大孔吸附树脂为反应载体，反应后将带有二氧化硅的大孔吸附树脂粉碎直接作为填料产品，或者高温灼烧得到二氧化硅产品。
本发明的生产方法反应过程较为简单，生产效率高，能耗低，对设备的要求较低，操作简便，适用于工业化生产，而且在生产盐酸的同时产生二氧化硅提高了该方法的附加值，产生较高的经济效益，具有良好的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明二氧化硅的反应容器的结构示意图；
图2为本发明反应载体淋湿后的放大示意图；
图3为本发明实施例2的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明二氧化硅的生产方法作详细的说明。
实施例1
本实施例以陶瓷球为反应载体生产盐酸联产二氧化硅的方法，具体如下步骤：
（1）如图1所示，在反应容器2中堆积直径为10mm左右的陶瓷球3，堆积的质量为20kg，在反应容器的底部和顶部分别开设有进、出气口4、1；
（2）用水将反应容器中堆积的陶瓷球3淋湿，多余的水从底部的进气口排出，淋湿后如图2所示，在陶瓷球之间接触部分存有粘附水5；
（3）取3kg的四氯化硅，加热使其气化并从底部的进气口通入反应容器中，与陶瓷球之间接触部分的粘附水5反应生成二氧化硅，同时放出的氯化氢气从反应容器顶部的出气口排出，通过水吸收瓶吸收，得到盐酸6.5kg（按照质量百分浓度31%的工业浓盐酸计），反应经历了2个小时，
（4）反应完毕后，将反应容器中的陶瓷球取出，置入球磨机中进行处理，将附着在陶瓷球表面的二氧化硅剥离下来，得到产物二氧化硅0.8kg，陶瓷球可继续作为反应载体使用。
本实施例从用水吸收瓶吸收出气口排出的气体，得到澄清的盐酸溶液，由于四氯化硅与大量的水生成胶体是液体浑浊，因此可以认为通过反应容器中的四氯化硅反应完全，得到的浓盐酸质量较好；另外在吸收盐酸时，控制水的用量以生产不同浓度的盐酸，也可以生产浓盐酸，因此本发明的方法具有较高的附加值。
实施例2
本实施例的二氧化硅生产方法同实施例1，区别在于如图3所示，在反应容器的底部开设有水蒸气入口6，在通入四氯化硅的同时通入低于反应量的水蒸气，确保四氯化硅为过量，四氯化硅在进入反应容器时与水蒸气反应，随着四氯化硅与粘附水的反应，最终所有生成的二氧化硅均附着在反应载体上，再通过后续处理得到二氧化硅，可以提高四氯化硅的反应速度，提高盐酸和二氧化硅的生产效率。
本实施例的反应时间为1小时，共通入水蒸气0.3kg，最终得到盐酸6.5kg（按照质量百分浓度31%的工业浓盐酸计）和二氧化硅0.85kg。
实施例3
本实施例以珍珠岩为反应载体生产盐酸联产二氧化硅的方法，具体如下步骤：
（1）在反应容器中堆积10kg平均粒度为3-5mm的珍珠岩；
（2）用水将反应容器中堆积的珍珠岩淋湿，多余的水从底部的进气口排出，淋湿后在珍珠岩的大孔结构中储存有水；
（3）取70kg的四氯化硅，加热使其气化并从底部的进气口通入反应容器中，与珍珠岩中储存的水反应生成二氧化硅，同时放出的氯化氢气从反应容器顶部的出气口排出，通过带有喷淋装置的容器吸收，反应经历了6个小时，得到盐酸140kg（按照质量百分浓度31%的工业浓盐酸计）；
（4）反应完毕后，将反应容器中的珍珠岩取出进行粉碎，干燥，得到含有珍珠岩粉末的二氧化硅填料32kg，可以直接作为补强填料。
实施例4
本实施例以珍珠岩为反应载体生产盐酸联产二氧化硅的方法，具体如下步骤：
（1）将硬质海绵切成10-20mm左右的海绵块，堆积在反应容器中共5kg，保证堆积后各海绵块之间形成气体通过的孔隙；
（2）用水将反应容器中堆积的海绵块淋湿，多余的水从底部的进气口排出，淋湿后在海绵的大孔结构中储存有水；
（3）取70kg的四氯化硅，加热使其气化并从底部的进气口通入反应容器中，与海绵碎块中储存的水反应生成二氧化硅，同时放出的氯化氢气从反应容器顶部的出气口排出，通过带有喷淋装置的容器吸收，反应经历了6个小时，得到浓盐酸160kg；
（4）反应完毕后，将反应容器中的海绵碎块取出，在700℃的高温下灼烧去除海绵，得到二氧化硅25.5kg（含有少量海绵碳化物）。
本实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，其中反应载体可以采用圆柱形、椭球形、或橄榄形等具有至少一个光滑连续凸曲面的物体，材料可以采用塑料等耐酸腐蚀的材料；反应载体还可以采用大孔吸附树脂或其它具有储水孔隙的耐水物质，同样能够实现本发明的目的，应当落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，其特征在于：将气化后的四氯化硅通入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器中吸收反应，所述反应载体为具有至少一个光滑连续凸曲面的刚性物体，四氯化硅与反应载体相互接触的表面上粘附的水反应生成二氧化硅同时放出氯化氢用于制备盐酸。
2.根据权利要求1所述的生产盐酸联产二氧化硅的方法，其特征在于：所述反应载体的形状为球形、圆柱形或橄榄形，材料为陶瓷、塑料或硬质合金。
3.根据权利要求1所述的生产盐酸联产二氧化硅的方法，其特征在于：反应后从反应载体的表面剥离二氧化硅得到二氧化硅产品。
4.一种以四氯化硅为原料生产盐酸联产二氧化硅的方法，其特征在于：将气化后的四氯化硅通入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器中吸收反应，所述反应载体为具有储水孔隙的耐水物质，四氯化硅与耐水物质中储存的水反应生成二氧化硅同时放出氯化氢用于制备盐酸。
5.根据权利要求4所述的生产盐酸联产二氧化硅产品的方法，其特征在于：所述反应载体为珍珠岩、硬质海绵或大孔吸附树脂。
6.根据权利要求1-5任一所述的生产盐酸联产二氧化硅产品的方法，其特征在于：所述四氯化硅是由下向上通入反应容器中。
7.根据权利要求1-5任一所述的生产盐酸联产二氧化硅产品的方法，其特征在于：在所述气化后的四氯化硅进入堆积有用水淋湿的反应载体的反应容器之前或同时向气化后的四氯化硅气中通入低于反应量的水蒸气。
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