DE112014006778T5

DE112014006778T5 - Rückgewinnung von Hydrohalogensilanen aus Reaktionsrückständen

Info

Publication number: DE112014006778T5
Application number: DE112014006778.4T
Authority: DE
Inventors: Pei Yoong Koh; Anthony D. Thompson
Original assignee: Rec Silicon Inc
Current assignee: Rec Silicon Inc
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2017-03-23
Also published as: WO2016003478A1; US20160002053A1; TW201601999A; JP6353088B2; JP2017526598A; US9695052B2; CN106170325A; KR102248271B1; TWI630175B; KR20170026471A; CN106170325B; MY176233A

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Hydrohalogensilanen aus Reaktionsrückständen. Eine anorganische Halogensilanaufschlämmung, die (i) Tetrahalogensilane, Trihalogensilane, Dihalogensilane, oder irgendeine Kombination davon, (ii) Siliziumpartikel, und (iii) Schwerteile aufweist, wird durch ein Dünnschichttrockner geleitet, um Halogensilane zu entfernen und um ein festen Rückstand zu bilden, der Siliziumpartikel aufweist. Auch Schwerteile können durch das Durchleiten der Aufschlämmung durch den Dünnschichttrockner entfernt werden.

Description

Querverweis zu einer verwandten Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht den Vorzug des früheren Anmeldedatums der US-Anmeldung Nr. 14/321 700, eingereicht am 1. Juli 2014, deren Inhalt hiermit durch Inbezugnahme vollständig aufgenommen ist.
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Rückgewinnung von anorganischen Halogensilanen aus verbrauchten Reaktionsrückständen.
Hintergrund
Bei der Herstellung von Halogensilanen, und insbesondere von Trihalogensilanen, durch die Hydrohalogenierung von Silizium metallurgischer Reinheit oder durch Hydrierung von Tetrahalogensilanen in Gegenwart von Wasserstoff und Silizium metallurgischer Reinheit, kann ein resultierender Prozessstrom eine Aufschlämmung umfassen. Die Aufschlämmung weist typischerweise die gewünschten Halogensilane zusammen mit nicht umgesetzten Siliziumpartikeln und anderen Polyhalogensilanen/Polyhalogenoxisilan Produkten (z. B. Si₂X₆, Si₂OX₆, mit X = F, Cl, Br oder I) und Metallhalogenide (z. B., AlX₃) auf. Es ist wünschenswert, die Flüssigkeiten der Aufschlämmung zurückzugewinnen, wobei ein fester, hoch chloridhaltiger Rückstand erzeugt wird. Der feste Rückstand kann weiterverarbeitet werden, um den Chloridgehalt mit geringem Verlust an höherwertigen Hydrochlorsilanen zurückzugewinnen (siehe z. B. US 2006/0183958 A ).
Ein Chargentrockner ist effektiv um Halogensilane aus der Aufschlämmung zu entfernen, dieser hat jedoch Nachteile. Zum Beispiel kann es mehr als 10 Stunden dauern, aufgrund unzureichender Heizleistung und/oder der Anwesenheit von Schwerteilen (z. B. Polyhalogensilane, Polyhalogenoxisilane, Metallhalogenide), welche im Vergleich zu Tetrahalogensilane (SiX₄) hohe Siedepunkte besitzen. In manchen Fällen ist der Siedepunkt 100°C höher als der Siedepunkt von SiX₄. Darüber hinaus bewirken abrasive Feststoffe in der Aufschlämmung Erosionen an den Trocknerwänden. Während der Lebensdauer einer Halogensilaneinheit muss der Chargentrockner aufgrund der extensiven Abnutzung typischerweise mehrmals ausgetauscht werden, bspw. alle 4–5 Jahre. Demzufolge besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren, um die Aufschlämmungs-Flüssigkeiten und -Feststoffe zu trennen.
Zusammenfassende Darstellung
Offenbart ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Hydrohalogensilanen aus Reaktionsrückständen. Das Verfahren umfasst eine Trocknung einer anorganischen Halogensilanaufschlämmung, die bei der Herstellung von Halogensilanen anfällt. Das Verfahren umfasst das Durchfließen einer anorganischen Halogensilanaufschlämmung, die (i) flüchtige Halogensilane (Tetrahalogensilane, Trihalogensilane, Dihalogensilane, oder eine beliebige Kombination davon), (ii) Siliziumpartikel und (iii) Schwerteile (z. B. hochsiedende oligomere oder polymere Silizium-basierte Spezien und/oder Metallhalogenide) aufweist, durch eine Verdampfungszone eines Dünnschichttrockners, um die flüchtigen Halogensilane zu verdampfen, wobei die Verdampfungszone einen Innendruck von oder über atmosphärischen Druck aufweist und eine Innentemperatur T₁, die größer ist als das obere Ende eines Siedepunktbereichs der flüchtigen Halogensilane bei dem Innendruck; Rückgewinnung von verdampften flüchtigen Halogensilanen aus der Verdampfungszone; und Rückgewinnung eines festen Rückstands, der die Siliziumpartikel und – in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen – hochsiedende Verbindungen (Schwerteile) aufweist, aus einem Auslass des Dünnschichttrockners. Die hochsiedenden Verbindungen können Metallhalogenide, Polyhalogensilane, Polyhalogenoxisilane, und Kombination davon sein. Geeignete Dünnschichttrockner umfassen einen Rotor innerhalb der Verdampfungszone, wobei der Rotor eine Vielzahl an Rotorblättern aufweist, die sich entlang einer Innenwandoberfläche des Dünnschchttrockners erstrecken. Bevorzugt kann T₁ niedriger sein als das obere Ende eines Siedepunkt- oder Sublimationspunktbereichs der Schwerteile, und das Produkt weist ferner mindestens einen Teil der Schwerteile auf. In bestimmten Beispielen ist der Dampf, der aus der Verdampfungszone rückgewonnen wird, im Wesentlichen frei von Schwerteilen.
In manchen Ausführungsbeispielen weist der Dünnschichttrockner eine zweite Verdampfungszone auf, die zwischen der Verdampfungszone und dem Auslass angeordnet ist und die eine Innentemperatur T₂ aufweist, wobei T₂ > T₁, und das Verfahren weist ferner das aufeinanderfolgende Durchfließen der Aufschlämmung durch die erste und zweite Verdampfungszone auf. Wenn T₂ größer ist als ein Siedepunkt oder ein Sublimationspunkt von zumindest einer Spezies der Schwerteile bei dem Innendruck, schließt das Verfahren ferner die Verdampfung von zumindest einem Teil der Schwerteile in der zweiten Verdampfungszone mit ein, um einen Schwerteile-Dampf zu erzeugen, sowie die Rückgewinnung des Schwerteile-Dampfes.
Der rückgewonnene Dampf kann eingeschlossene Feinstoffe umfassen. In manchen Ausführungsbeispielen wird der rückgewonnene Dampf behandelt, um die eingeschlossenen Feinstoffe von den flüchtigen Halogensilanen zu trennen. Der von dem Dünnschichttrockner rückgewonnene feste Rückstand kann reaktiv sein, sobald dieser der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. In manchen Ausführungsbeispielen wird der feste Rückstand behandelt, um ein festes Material zu erzeugen, das nicht reaktiv ist sobald dieses der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. Zum Beispiel kann der feste Rückstand mit einem basischen Hydrat umgesetzt werden, um ein stabilen, neutralen Feststoff zu erhalten.
Die vorgenannten und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detallierten Beschreibung weiter ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren erfolgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines vertikalen Dünnschichttrockners.
2 zeigt eine Grafikdarstellung des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts von SiCl₄-Si₂Cl₆O bei einem Druck von 1 bar (100 kPa).
Detaillierte Beschreibung
Offenbart ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen einer anorganischen Halogensilanaufschlämmung. Die Aufschlämmung weist typischerweise Halogensilane, Schwerteile (z. B. Polyhalogensilane/Polyhalogenoxisilane wie Si₂X₆ oder Si₂OX₆, und/oder Metallhalogenide wie AlX₃), eingeschlossene Metallpartikel, und/oder Siliziumpartikel auf. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Aufschlämmung eine anorganische Chlorsilanaufschlämmung. Um Halogensilane rückzugewinnen und um ein trockenes Produkt aus der Aufschlämmung zu bilden, wie zum Beispiel ein fließfähiges Pulver, wird ein Dünnschichttrockner eingesetzt. Auch Schwerteile können aus der Aufschlämmung rückgewonnen werden, oder zumindest ein Teil der Schwerteile kann im Produkt enthalten sein.
I. Definition und Abkürzungen
Die folgenden Erläuterungen der Begriffe und Abkürzungen werden vorgenommen, um die vorliegende Offenbarung besser zu beschreiben und um dem Fachmann bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Offenbarung anzuleiten. Im Rahmen dieser Offenbarung bedeutet ”aufweisend” ”einschließend” und die singuläre Formen ”ein” oder ”eine” oder ”der/die/das” schließen die Pluralformen mit ein, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Der Begriff ”oder” bezieht sich auf ein einzelnes Element der genannten alternativen Elemente oder auf eine Kombination aus zwei oder mehr Elementen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorgibt.
Wenn nicht anders ausgeführt, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe für einen Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, dieselbe Bedeutung wie sie üblicherweise verstanden wird. Obwohl Verfahren und Materialien, die den hier Beschriebenen ähnlich oder äquivalent sind, zur Durchführung oder zum Test der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, werden nachstehend geeignete Verfahren und Materialien beschrieben. Die Materialien, Verfahren und Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen.
Sofern nicht anderweitig angegeben, sind sämtliche Zahlen, die die Mengen von Bestandteilen, Prozentsätze, Temperaturen, Zeiten und dergleichen ausdrücken wie sie in der Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, so zu verstehen, dass sie durch den Begriff ”etwa” modifiziert werden. Dementsprechend sind, sofern nicht anders angegeben, implizit oder explizit die angegebenen nummerischen Parameter und/oder die nicht nummerischen Eigenschaften Näherungen, die von den gesuchten gewünschten Eigenschaften, der Grenzen der Detektion unter Standard-Testbedingungen/-Verfahren, den Einschränkungen des Verarbeitungsverfahrens und/oder der Art des Parameters oder der Eigenschaft abhängen können.

Blasenbildungspunkt:: In Bezug zum Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht ist der Blasenbildungspunkt die Temperatur, bei der ein flüssiges Gemisch zu verdampfen beginnt.
DCS:: Dichiorsilan (SiH₂Cl₂)
Kondensationspunkt:: In Bezug zum Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht ist der Kondensationspunkt die Temperatur bei der ein gasförmiges Gemisch zu kondensieren beginnt.
Feinstoffe:: Der hier verwendete Begriff ”Feinstoffe” bezieht sich auf Partikel, die einen mittleren Durchmesser von 10–250 μm haben.
Schwerteile:: Der hier verwendete Begriff ”Schwerteile” schließt Reaktionsprodukte mit ein, deren Siede- oder Sublimationspunkt höher ist als der von Tetrahalogensilan bei Standard-Temperaturen und -Drücken. Bei einem Verfahren zur Herstellung von Chlorsilanen sind Schwerteile Reaktionsprodukte, deren Siede- oder Sublimationspunkt höher ist als 58°C bei STP (z. B. höher als der Siedepunkt von Tetrachlorsilan bei STP). Schwerteile umfassen Metallhalogenide (z. B. Aluminiumchloride wie AlCl₃), Polyhalogensilane und/oder Polyhalogenoxisilane (z. B. Si₂Cl₆, Si₂OCl₆) und Kombinationen hieraus.
Massenstrom:: Massendurchsatz pro Oberflächeneinheit; typischerweise gemessen in Einheiten von kg s^–1m^–2.
Aufschlämmung:: Eine halbflüssige, fließfähige Mischung von feinen Stoffen und einer Flüssigkeit.
STC:: Siliziumtetrachlorid oder Tetrachlorsilan
TCS:: Trichlorsilan (SiHCl₃).
VLE:: Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht
Flüchtige: Halogensilane: Tetrahalogensilane, Trihalogensilane, Dihalogensilane, Monohalogensilane und Kombinationen davon.

II. Überblick von beispielhaften Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Rückgewinnung oder Extraktion von anorganischen Halogensilanen aus Reaktionsrückständen umfassen (a) das Durchfließen einer anorganischen Halogensilanaufschlämmung, die (i) flüchtige Halogensilane, (ii) Siliziumpartikel und (iii) Schwerteile aufweist, durch eine Verdampfungszone eines Dünnschichttrockners, um die flüchtigen Halogensilane zu verdampfen, wobei die Verdampfungszone einen Innendruck von oder über atmosphärischen Druck aufweist und eine Innentemperatur T₁, die höher ist als das obere Ende eines Siedepunktbereichs der flüchtigen Halogensilane bei dem Innendruck der Verdampfungszone; die Rückgewinnung von verdampften flüchtigen Halogensilanen aus der Verdampfungszone; und Rückgewinnung eines festen Rückstands, wobei dieser die Siliziumpartikel aufweist, aus einem Auslass des Dünnschichttrockners.
In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann die Aufschlämmung anfangs mehr als 50 Gew.-% flüchtige Halogensilane aufweisen. In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele können die Schwerteile Metallhalogenide, Polyhalogensilane, Polyhalogenoxisilane und Kombinationen daraus aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen weist die Aufschlämmung anfangs bis zu 50 Gew.-% Schwerteile auf. In jedem beliebigen oder allen obigen Ausführungsbeispiele kann der feste Rückstand eine Trockenheit von mindestens 70% haben.
In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann das Verfahren ferner das Fließen der anorganischen Halogensilanaufschlämmung bei einer Flussrate aufweisen, um ein Aufschlämmungmassenstrom von 0,001 kg s^–1m^–2 bis 0,1 kg s^–1m^–2 aufrechtzuerhalten. In einem oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann das Verfahren ferner eine Aufrechterhaltung des Innendrucks im Bereich von 101–170 kPa aufweisen.
In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann der Dünnschichttrockner einen Rotor innerhalb der Verdampfungszone umfassen, wobei der Rotor eine Vielzahl an Rotorblättern aufweist, die sich zu einer Innenwandoberfläche des Dünnschichttrockners erstrecken, und das Verfahren kann ferner eine Drehung des Rotors aufweisen, um ein Aufschlämmungsfilm mit einer durchschnittlichen Dicke von ≤ 2 mm auf der Innenwandoberfläche zu bilden.
In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann das Verfahren ferner eine Behandlung des festen Rückstands aufweisen, um ein festes Material zu erzeugen, das nicht reaktiv ist sobald es der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. In einigen Ausführungsbeispielen weist die Behandlung des festen Rückstands ein Umsetzen des festen Rückstands mit einem alkalischen Hydrat auf. In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele können die verdampften, flüchtigen Halogensilane, die von der Verdampfungszone rückgewonnen wurden, ferner eingeschlossene Feinstoffe aufweisen, und das Verfahren kann ferner ein Abtrennen der eingeschlossenen Feinstoffe der flüchtigen Halogensilanen umfassen.
In jedem beliebigen oder alle der obigen Ausführungsbeispiele kann die Temperatur T₁ kleiner sein als das obere Ende eines Siedepunkts- oder Sublimationspunkt-Bereichs der Schwerteile bei dem Innendruck, und der feste Rückstand weist ferner mindestens einen Teil der Schwerteile auf. In einigen dieser Ausführungsbeispiele ist der rückgewonnene Dampf aus der Verdampfungszone im Wesentlichen frei von Schwerteilen.
In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann die Temperatur T₁ zwischen 80°C bis 200°C liegen, wenn die anorganische Halogensilanaufschlämmung eine anorganische Chlorsilanaufschlämmung ist, die (i) Siliziumtetrachlorid, Trichlorsilan, Dichlorsilan oder eine beliebige Kombination davon, (ii) Siliziumpartikel, und (iii) Schwerteile aufweist. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Temperatur T₁ im Bereich von 80°C bis 115°C aufrechterhalten. In derartigen Ausführungsbeispielen kann der feste Rückstand ferner mindestens einen Teil der Schwerteile aufweisen.
In jedem beliebigen oder allen der obigen Ausführungsbeispiele kann der Dünnschichttrockner eine zweite Verdampfungszone enthalten, die zwischen der Verdampfungszone und dem Auslass angeordnet ist, und das Verfahren kann ferner die Aufrechterhaltung einer Innentemperatur T₂ in der zweiten Verdampfungszone umfassen, wobei T₂ > T₁, und ein aufeinanderfolgendes Durchfließen der Aufschlämmung durch die erste Verdampfungszone und die zweite Verdampfungszone. In einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner die Aufrechterhaltung der Temperatur T₂ bei einer Temperatur, die höher ist als ein Siedepunkt oder Sublimationspunkt von mindestens einer Spezies der Schwerteile bei einem Innendruck, die Verdampfung von mindestens einem Teil der Schwerteile in der zweiten Verdampfungszone, um einen Schwerteile-Dampf zu erzeugen und eine Rückgewinnung des Schwerteile-Dampfes. In einigen Ausführungsbeispielen hat der feste Rückstand eine Trockenheit von mindestens 70%. In einigen Ausführungsbeispielen ist die anorganische Halogensilanaufschlämmung eine anorganische Chlorsilanaufschlämmung, und das Verfahren weist ferner die Aufrechterhaltung der Temperatur T₁ bei 80°C bis 115°C und der Temperatur T₂ in einem Temperaturbereich von 115°C bis 200°C auf.
III. Verfahren zur Rückgewinnung anorganischer Halogensilane aus Reaktionsrückständen
Eine Aufschlämmung, erhalten aus der Herstellung anorganischer Halogensilane, weist Feststoffe und verdampfbare Halogensilane auf. Die Aufschlämmung kann flüchtige Halogensilane, Schwerteile (z. B. Polyhalogensilane/Polyhalogenoxisilane wie Si₂X₆ oder Si₂OX₆ und/oder Metallhalogenide wie AlX₃), eingeschlossene Metallpartikel und/oder Siliziumpartikel aufweisen. In einigen gewerblichen Ausführungsbeispielen produziert eine Halogensilananlage, wie zum Beispiel eine Chlorsilananlage, bis zu 30 Liter einer Aufschlämmung pro Minute. Die Aufschlämmung kann 50–95 Gew.-% Flüssigkeiten enthalten, wie zum Beispiel 60–92,5 Gew.-% oder 80–90 Gew.-% Flüssigkeit, und kann bis zu 50 Gew.-% Schwerteile enthalten, wie zum Beispiel von 1–40 Gew.-%, 1–30 Gew.-% oder 2–15 Gew.-% Schwerteile, oder von 1–40 mol-% Schwerteile, 1–30 mol-% Schwerteile, oder 1–20 mol-% Schwerteile. Es ist wünschenswert, Halogensilane von der Aufschlämmung rückzugewinnen oder zu extrahieren. In manchen Fällen werden auch Schwerteile aus der Aufschlämmung rückgewonnen. Die Schwerteile können gleichzeitig mit den Halogensilanen extrahiert und/oder nach der Entfernung der Halogensilane entfernt werden.
Rückgewonnene Halogensilane können gelagert und/oder zur Herstellung von elektronischen Bauelementen auf der Basis von hochreinem kristallinem Silizium verwendet werden. Silizium-enthaltenden Gase können thermisch zersetzt werden, um hochreines Silizium zu bilden. Tetrahalogensilane können mit Wasserstoff umgesetzt werden, um andere Halogensilane und/oder Silane zu erzeugen. Rückgewonnene Schwerteile können gelagert und/oder für andere Verfahren verwendet werden. Beispielsweise können Polyhalogensilane und/oder Polyhalogenoxisilane zur Herstellung von Halogensilanen verwendet werden, bspw. durch thermisches Cracken. Polyhalogensilane und/oder Polyhalogenoxisilane können auch pyrolisiert werden um amorphes und/oder kristallines Silizium zu erhalten. Aus der Aufschlämmung rückgewonnene Metallhalogenide können gelagert und/oder in anderen Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann Aluminiumchlorid bei der Herstellung von Aluminiummetall und/oder Halogenwasserstoffen bei der Erdölraffination oder in Herstellung von Farben, synthetischem Kautschuk, Holzschutzmitteln oder Antitranspiranten verwendet werden.
In einigen Ausführungsbeispielen werden die Flüssigkeiten der Aufschlämmung in einem einzigen Durchgang, unter Verwendung eines Dünnschichttrockners, von den Feststoffen getrennt, um ein im Wesentlichen trockenen festen Rückstand zu erzeugen. Andere Bestandteile, die bei den Betriebsbedingungen der Dünnschichttrockners verdampft werden können (z. B. AlCl₃), können ebenfalls von den Feststoffen getrennt werden. ”Im Wesentlichen trocken” bedeutet, dass das Produkt eine Trockenheit von mindestens 70%, wie zum Beispiel eine Trockenheit von mindestens 75%, mindestens 80% oder mindestens 85% aufweist. Umgekehrt bedeutet ”im Wesentlichen trocken”, dass der feste Rückstand 30 Gew.-% oder weniger zurückgewinnbare Halogensilane (d. h. flüchtige Halogensilane) wie etwa < 25 Gew.-%, < 20 Gew.-%, oder < 15 Gew.-% rückgewinnbare Halogensilane enthält. Die Trockenheit wird bestimmt durch Wiegen einer Probe des festen Rückstands und anschließendem Trocknen bis zu einem konstanten Gewicht, zum Beispiel mit einer Heizplatte. Die prozentuale Trockenheit wird berechnet durch (Endgewicht/Anfangsgewicht) × 100%. Die prozentuale Trockenheit beruht auf der rückgewinnbaren Flüssigkeit (z. B. flüchtigen Halogensilane); der feste Rückstand kann etwas eingeschlossene Flüssigkeit innerhalb der festen Partikel enthalten. Der feste Rückstand kann im Bereich von pastösem bis feuchtem Pulver liegen. Wünschenswerterweise ist der feste Rückstand ein fließfähiges Pulver. Der feste Rückstand weist Siliziumpartikel auf und kann ferner Metallteilchen (z. B. von dem Katalysator und/oder Halogensilan Prozessanlagen) enthalten. In Abhängigkeit der Trockner-Bedingungen (z. B. Temperatur, Aufenthaltszeit) kann der feste Rückstand auch Schwerteile enthalten.
Geeignete Dünnschichttrockner sind im Handel erhältlich (z. B. Modell Nr. CP-0500 (ein 5 m² Trockner), LCI Corporation, Charlotte, North Carolina) und können mit oder ohne weitere Modifikation verwendet werden. Dünnschichttrockner können eine vertikale oder horizontale Ausrichtung haben. 1 zeigt einen bespielhaften vertikalen Dünnschichttrockner 10. Der Dünnschichttrockner 10 enthält einen beheizbaren Behälter 12, der eine Kammer 13 definiert, welche mindestens eine Verdampfungszone und ein Rotor 14 enthält, der eine oder mehrere Rotorblätter 16 innerhalb der Kammer 13 aufweist. Der beheizbare Behälter 12 der 1 enthält eine Innenwand 12a und eine Außenwand 12b, die die Innenwand 12a umgibt und einen ringförmigen Raum 12c zwischen der Innen- und der Außenwand definiert. Der beheizbare Behälter 12 kann durch jedes geeignete Mittel erwärmt werden, beispielsweise durch Zirkulieren eines erhitzten Fluids innerhalb des Raums 12c. Geeignete erhitzte Fluide schließen Dampf und Öl ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die Größe des geeigneten Schichttrockners kann zumindest teilweise durch die Anlagenkapazität und/oder die Geschwindigkeit der Aufschlämmungs-Produktion bestimmt werden. In einigen Anordnungen kann der Dünnschichttrockner einen Innenwandoberflächenbereich von 5–20 m², zum Beispiel etwa einen Innenwandoberflächenbereich von 5–10 m², aufweisen.
Die Temperatur innerhalb der Kammer 13 kann durch Einstellen der Temperatur des erhitzten Fluids gesteuert werden, das im Raum 12c zirkuliert. In einigen Beispielen können zwei Ölzuführungen unterschiedlicher Temperaturen (z. B. ~90°C und ~200°C) in variierenden Anteilen gemischt werden, um ein Heizfluid mit der gewünschten Temperatur bereitzustellen.
Wenn eine Aufschlämmungszufuhr 17, die durch den Einlass 18 in den Trockner eingeführt wird, durch den Trockner fließt und sich der Rotor 14 dreht, wird durch den Einsatz der Rotorblätter 16 ein dünner Aufschlämmungsfilm auf einer inneren Oberfläche der Innenwand 12a gebildet. Wenn der Trockner vertikal ausgerichtet ist befindet sich der Einlass 18 in einem oberen Teil des Trockners und die Aufschlämmungszufuhr fließt nach unten durch den Trockner. Ein Dünnschichttrockner kann im kontinuierlichen Betrieb betrieben werden. Die Dämpfe 21, 23 können den Dünnschichttrockner in einer Gegenstromrichtung durch einen oberen Auslass 20 und/oder in einer Gleichstromrichtung durch einen unteren Auslass 22 austreten. Gegebenenfalls können die Dämpfe 21, 23 gesammelt werden und durch jedes geeignete Mittel kondensiert werden. Ein fester Rückstand 24, der Feststoffe, einschließlich Siliziumpartikel, aufweist, wird durch den unteren Auslass 22 rückgewonnen.
In einigen Ausführungsbeispielen bilden die Rotorblätter 16 einen dünnen Aufschlämmungsfilm mit einer durchschnittlichen Dicke von < 2 mm. Dieser dünne Film erzeugt eine große Oberfläche für die Wärmeübertragung, wodurch der Dünnschichttrockner die Aufschlämmung trocknen und ein festes Produkt in einem einzigen Durchlauf erzeugen kann. Wenn ein fließfähiger fester Rückstand 24 gebildet wird, schaben die Rotorblätter 16 das Pulver 24 von der Innenwand 12a ab. In einigen Beispielen wird keine weitere Trocknung durchgeführt, nachdem das Pulver von der Wand abgeschabt worden ist.
Die Innentemperatur des Dünnschichttrockners kann zumindest teilweise basierend auf die Aufschlämmungszusammensetzung ausgewählt werden. Die Temperatur kann eingestellt werden, um beispielsweise Aufschlämmungen von unterschiedlichen Konzentrationen an Schwerteilen aufzunehmen und/oder um die festen Rückstandszusammensetzungen anzupassen. Vorteilhafterweise ist die Temperatur in der Aufschlämmung bei Betriebsdruck in der Kammer 13 höher als der Siedepunktbereich der flüchtigen Halogensilane (z. B. Tetrahalogensilane, Trihalogensilane und/oder Dihalogensilane). Es kann wünschenswert sein, nur die flüchtigen Halogensilane aus der Aufschlämmung zu entfernen und die Schwerteile in dem festen Rückstand zurückzuhalten. Wenn die Schwerteile in dem festen Rückstand zurück behalten werden sollen, dann wird die Temperatur so gewählt, dass diese kleiner ist als der Siedepunkt von mindestens einem der Schwerteile bei dem Druck innerhalb des Dünnschichttrockners. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Temperatur so gewählt, dass der aus der Verdampfungszone rückgewonnene Dampf im Wesentlichen frei von Schwerteilen ist. ”Im Wesentlichen frei” bedeutet, dass der Dampf weniger als 5 Gew.-% Schwerteile aufweist, wie bspw. weniger als 2 Gew.-% Schwerteile oder weniger als 1 Gew.-% Schwerteile.
In einigen Beispielen ist die Aufschlämmung eine Chlorsilanaufschlämmung und die Temperatur innerhalb der Kammer 13 des Dünnschichttrockners wird in einem Bereich von 80°C bis 200°C aufrechterhalten. In einer Anordnung in der die Halogensilane Chlorsilane sind, liegt die Temperatur bei 80°C bis 115°C (d. h. größer als der Siedepunkt von STC bei dem Betriebsdruck in der Kammer 13 und niedriger als das obere Ende des Siede-/Sublimationstemperaturbereichs der Schwerteile) und der feste Rückstand weist mindestens einen Teil der Schwerteile auf. Der feste Rückstand kann im Wesentlichen alle der Schwerteile aufweisen, z. B. mindestens 95% der Schwerteile, wie zum Beispiel mindestens 98% der Schwerteile oder wie zum Beispiel 99% der Schwerteile. Wenn ein fester Rückstand ohne Schwerteile erwünscht ist, kann die Temperatur bei einer Temperatur gehalten werden, die höher ist als das obere Ende des Siede-/Sublimationstemperaturbereichs der Schwerteile bei Betriebsdruck in der Kammer 13, z. B. mindestens 115°C, wie zum Beispiel eine Temperatur im Bereich von 115°C bis 200°C.
In einigen Ausführungsbeispielen weist die Kammer 13 des beheizbaren Behälters 12 eine erste (z. B. obere) Verdampfungszone Z1 und eine zweite (z. B. untere) Verdampfungszone Z2 auf. In dieser Anordnung ist der ringförmige Raum zwischen den Innen- und Außenwänden des Trockners so konfiguriert oder geteilt, dass ein erstes erhitztes Fluid bei einer ersten Temperatur durch den ringförmigen Raum, der der ersten Zone Z1 entspricht, zirkuliert werden kann, und dass ein zweites erhitztes Fluid bei einer zweiten Temperatur durch den ringförmigen Raum, der der zweiten Zone Z2 entspricht, zirkuliert werden kann. Die erste Temperatur ist kleiner oder gleich der zweiten Temperatur. In einigen Anordnungen ist die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur, sodass flüchtige Bestandteile (z. B. DCS, TCS und/oder STC) in der ersten Verdampfungszone des Trockners verdunstet und rückgewonnen werden können und weniger flüchtige Komponenten (z. B. Schwerteile, wie zum Beispiel Polychlorsilane) können in der zweiten Verdampfungszone des Trockners verdunstet und rückgewonnen werden. Ein Teil der Schwerteile kann den Trockner auch durch den oberen Auslass des Trockners verlassen. Eine Zwei-Temperaturanordnung minimiert vorteilhafterweise ein Filmsieden am Einlass des Trockners, wodurch die Trocknungseffizienz verringert und die selektive Rückgewinnung der flüchtigen Spezies aus der ersten Verdampfungszone Z1 erleichtert wird. In einem Ausführungsbeispiel ist die Aufschlämmung eine Chlorsilanaufschlämmung, die erste Zone Z1 wird bei einer Innentemperatur T₁ von 80°C bis 115°C aufrechterhalten, und die zweite Zone Z2 wird bei einer Innentemperatur T₂ im Bereich 115°C bis 200°C aufrechterhalten. In einigen Fällen, in denen ein fließfähiges Pulver in der ersten Zone Z1 erhalten wird, wird keine weitere Trocknung in der zweiten Zone Z2 ausgeführt.
Der Trockner kann mit einem Druck in der Kammer 13 betrieben werden, der von atmosphärischem Druck bis zu einem leichten positiven Druck reicht, wie beispielsweise einem Druck im Bereich von 101 kPa bis 170 kPa, oder von 105 kPa bis 170 kPa. In einigen Fällen wird der Trockner bei atmosphärischem Druck betrieben, d. h. ungefähr 101 kPa.
Eine Flussrate der Aufschlämmung in dem Trockner kann – teilweise – basierend auf der Aufschlämmungszusammensetzung, der gewünschten Trockenhei des Rückstandes, der Innenwandoberfläche des Trockners und/oder den Trocknerbedingungen ausgewählt werden. Die Flussrate kann beispielsweise durch die Konzentration von Feststoffen in der Aufschlämmung, die Konzentration der Schwerteile, die Innentemperatur(en) des Trockners, die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, die Innenwandoberfläche des Trockners, die Dünnfilm-Schichtdicke, die Trockenheit des gewünschten Rückstandes oder durch eine beliebige Kombination davon beeinflusst werden. Im Allgemeinen erzeugt eine geringere Durchflussrate einen trockneren festen Rückstand, wenn andere Variablen konstant gehalten werden. In einem Ausführungsbeispiel hat die Aufschlämmung einen Massendurchsatz pro Flächeneinheit (Massenstrom) von 0,001–0,1 kg s^–1m^–2 (3,6–360 kg s^–1m^–2 oder 0,74–74 lb h^–1 ft^–2) wie zum Beispiel ein Massenstrom von 0,002–0,1 kg s^–1m^–2, 0,002–0,07 kg s^–1m^–2, 0,002–0,05 kg s^–1m^–2, 0,005–0,05 kg s^–1m^–2, 0,007–0,05 kg s^–1m^–2, 0,01–0,05 kg s^–1m^–2, 0,02–0,05 kg s^–1m^–2, oder 0,02–0,04 kg s^–1m^–2.
Die Verweilzeit (RT) kann aus der Volumenflussrate der Innenwandoberfläche und der Filmdicke bestimmt werden: RT = (Innenwandoberfläche × Schichtdicke)/Flussrate (Liter pro Minute).
Dadurch würde eine Aufschlämmung mit einer ein Durchflussrate von 24 Liter (24,000 cm³) pro Minute durch einen Trockner, der eine Innenwandoberfläche von 10 m² (100,000 cm²) besitzt und einen Film mit einer Dicke von 2 mm (0,2 cm) produziert, eine Verweilzeit von 0,83 Minuten oder 50 Sekunden aufweisen.
In einigen Ausführungsbeispielen (z. B. mit einem Trockner mit einer Innenwandoberfläche von 10 m²) kann das offenbarte Verfahren 100–150 kg/Stunde festen Rückstand mit eine Trockenheit von 80% produzieren, was zu einer Flüssigkeitsabtragungsleistung von 25–40 kg/Stunde führt.
Der aus dem oberen Auslass des Dünnschichttrockners rückgewonnene Dampf weist flüchtige Halogensilane auf, die aus der Aufschlämmung extrahiert wurden. Der rückgewonnene Dampf kann auch Feinstoffe enthalten, die feste Teilchen sind, die in dem Dampfstrom eingeschlossen sind. Vorteilhafterweise werden die Feinstoffe von dem rückgewonnenen Dampfstrom getrennt. Feinstoffe können durch das Durchleiten des Dampfstroms durch einen Kondensator und anschließendem Strömen des kondensierten Dampfes und der Feinstoffe in einem Absetzbehälter getrennt werden, in dem sich die eingeschlossenen Feststoffe durch Schwerkraft in dem kondensierten Dampf absetzen. In einigen Ausführungsbeispielen wird ein Teil des kondensierten Dampfs zurückgeführt und mit dem Dampfstrom vereinigt, wenn dieser in den Kondensator eintritt. Die rückgeführte Flüssigkeit erleichtert die Kondensation des Dampfes und wäscht die Kondensatorwände ab, um die Verschmutzung durch die Feinstoffe zu reduzieren.
Der feste Rückstand, der aus dem Dünnschichttrockner entfernt wird, enthält typischerweise Metallhalogenidfeststoffe und bleibt reaktiv sobald dieser der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. Wenn es der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird kann der feste Rückstand korrosives Halogenwasserstoffgas und/oder Hydrohalogenidsäuren bilden und kann entzündbar sein. Wenn zum Beispiel die Halogensilanaufschlämmung Chlorsilane aufweist, kann der feste Rückstand Metallchloride enthalten, die Chlorwasserstoffgas und/oder Salzsäure erzeugen können, wenn sie der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt werden. Demgemäß kann der feste Rückstand weiterbehandelt werden, um diesen gegenüber der Umgebungsatmosphäre unreaktiv zu machen.
Geeignete Verfahren zur Behandlung des festen Rückstands sind im Stand der Technik beschrieben, z. B. US 2006/0183958 A , deren Inhalt hiermit durch Inbezugnahme vollständig aufgenommen ist. In manchen Ausführungsbeispielen wird der feste Rückstand mit einem alkalischen Hydrat behandelt, um ein stabilen, neutralen Feststoff zu erhalten, der beseitigt werden kann oder für die Edelmetallrückgewinnung geeignet ist. Der feste Rückstand kann mit alkalischen Hydraten bei einer Temperatur von mehr als 70°C (z. B. bei einer Temperatur von 70–150°C, 70–100°C, 80–100°C oder 80–90°C) behandelt werden. Im Allgemeinen wird ausreichend alkalisches Hydrat zugegeben, um einen pH-Wert ≥ 7 im behandelten festen Rückstand zu erhalten. Beispiele für geeignete alkalische Hydrate, die in dem Verfahren verwendet werden, sind Natrium- oder Kaliumsesquicarbonate, Natriumaluminiumsulfatdodecahydrat, Natriumacetattrihydrat, Natriumammoniumphosphattetrahydrat, Natriumcarbonatdecahydrat, Natriumcitratdihydrat, Natriumdihydrogenphosphatdihydrat und Mischungen aus Calciumcarbonat oder Natriumarbonat, Natriumbicarbonat und/oder anderen basischen Salzen. Zusätzlich können inerte hydratisierte Mineralien wie Aluminite, Apophyllite, Blödite, Chabasite, Gaylussite, Gmelinite, Heulandite, Kainite, Kieserite, Laumontit, Levyne, Mesolith, Mirabilite, Montmorillonit, Mordenite, Natrolith, Newberyite, Phillipsite, Skolezit, Stilbite, Struvite und feuchter Boden, verwendet werden. Im Fall von feuchtem Boden kann ein zu hoher Wassergehalt zu Verarbeitungschwierigkeiten führen; ein Wassergehalt von etwa 5% (w/w) ist für die meisten Zwecke geeignet. Der Boden kann mit Kalk (Calciumcarbonat), Trona (einem natürlichen Mineral aufweisend Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat und Wasser) oder einem anderen alkalischen Feststoff gemischt werden, um eine ausreichende Neutralisierungsstärke zu liefern. Um die Anforderungen für die Beseitigung von ungefährlichen Mülldeponien zu erfüllen, ist das/die basische(n) Anion(en) im Allgemeinen auf Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium beschränkt, und Lithium, Rubidium, Barium, Strontium und dergleichen sind ausgeschlossen.
In einem beispielhaften Verfahren wird der feste Rückstand mit Wasser gemischt um eine Aufschlämmung zu bilden. Ausreichend wässriges Calciumcarbonat wird zur Aufschlämmung zugegeben, um die Aufschlämmung zu neutralisieren und ein pH ≥ 7 zu erhalten. Die Aufschlämmung wird dann zentrifugiert und die rückgewonnenen Feststoffe (hauptsächlich Calciumchlorid) werden gesammelt und verworfen oder in einigen Fällen für die Edelmetallrückgewinnung weiterbehandelt.
Andere Verfahren zur Behandlung fester Rückstände, die während der Herstellung von Halogensilanen erzeugt werden, sind in Patentveröffentlichungen beschrieben, z. B. in US 5,182,095 , US 5,246,682 , US 8,119,086 und DE 4116925 A1 .
IV. Beispiele
Aufschlämmungen wurden in einem Dünnschichttrockner im Pilotmaßstab mit einer 3 ft² (0,28 m2) Heizoberfläche getrocknet. Der Dünnschichttrockner wurde mit heißem Öl mit einer Temperatur von 390°F (199°C) erhitzt. Der Rotor besaß eine variable Drehzahlregelung, die typischerweise bei einer Drehzahl von 600–1000 U/min gehalten wurde. Der Rotor umfasste ein Zuführverteilungsring, Pendelschwung-Rotorblätter und einen Bodenwellenstumpf. Die Aufschlämmung wurde tangential über der erhitzen Zone in die Einheit eingeführt und durch den Rotor gleichmäßig über den Innenumfang der Körperwand verteilt. Nach Eintritt in den Trockner floss die Aufschlämmung die erhitzten Innenwände herunter, wobei sie ständig durch die Rotorblätter umgerührt wurde. An einem gewissen Punkt im Trockner begannen sich die Feststoffe zu trennen und wurden von den Rotorblättern mit ”Nullabstand” von der Wand abgeschabt. Das gebildete Pulver wurde an die Unterseite des Trockners abgeführt und fiel in einen tragbaren Sammelbehälter, der periodisch entleert wurde. Dämpfe wurden zur Aufschlämmung im Gegenstrom zugeführt und an der Oberseite des Trockners zu einem Sammelbehälter abgeführt.
Um ein Filmsieden auf der Heizfläche zu verhindern, wurde die Aufschlämmung 1–2 Minuten vor dem Beginn des Heißölstroms in den Trockner eingeführt. Die Flussrate der Aufschlämmung in dem Trockner wurde durch Einstellen eines Strömungsmessventils gesteuert. Aufgrund der hohen Variabilität der Flusssrate (d. h. vom Feststoff-Absinken in der Zuführleitung) wurde das Durchflussmessgerät auf manuell angepasst und die Ventilstellung wurde eingestellt, um die gewünschte Flusssrate aufrechtzuerhalten.
In anfänglichen Durchlaufen betrug die Zuführgeschwindigkeit der Aufschlämmung 150–250 lb/hr (68–113 kg/hr). Die Ergebnisse zeigten eine vollständige Rückgewinnung von STC und TCS mit experimentellen Dampftemperaturen von bis zu 236°F/113°C (Siedepunkt von STC = 135°F/57°C, Siedepunkt von TCS = 89°F/32°C) und mit einer Pulvertemperatur von bis zu 275°F/135°C. Der feste Rückstand reichte von pastösem bis feuchtem Pulver.
Zusätzliche Durchlaufe wurden mit variierenden Zuführgeschwindigkeiten und Aufschlämmungszusammensetzungen durchgeführt. Aufschlämmung, Pulver und Dampfproben wurden von jedem Durchlauf nach Erreichen des Fließgleichgewichts gesammelt. Die flüssigen und verdampften Zusammensetzungen der Aufschlämmung wurden gaschromatografisch bestimmt. Der Feststoffgehalt der Aufschlämmung wurde durch Trocknen einer bekannten Menge an Aufschlämmungsprobe in einem kleinen Aluminiumschiffchen über einer Heizplatte bestimmt. Das Gewicht des festen Rückstands wurde nach dem Trocknen bestimmt und zur Berechnung des Prozentsatzes an Feststoffen in der Aufschlämmung verwendet. S% = (Endgewicht der getrockneten Aufschlämmung/Anfangsgewicht der Aufschlämmung) × 100%
Die Trockenheit wurde durch Wiegen einer Probe des festen Rückstands und anschließendem Trocknen bis zu einem konstanten Gewicht, zum Beispiel auf einer Heizplatte, bestimmt. % des Trockengehalts = (Endgewicht des getrockneten Rückstands/Anfangsgewicht des Rückstands) × 100%
Der Prozentsatz an Rückgewinnung eines flüchtigen Silan (z. B. STC, TCS, und/oder DCS) wurde wie folgt berechnet: W_S = S% × F W_LS = (100% – % Trockenheit) × W_S % der Rückgewinnung = (((F – W_S) – W_LS)/(F – W_S)) × 100% wobei W_S = Gewicht des Feststoffes in der Zufuhr (kg/hr), W_LS = Gewicht der im Trockenpulver verbleibenden Flüssigkeit (kg/hr); F = Zuführgeschwindigkeit (kg/hr) und S = Feststoff in Gewichtsprozent.
Insgesamt enthielt die Aufschlämmung 60 Gew.-% flüchtige Bestandteile (STC und TCS) und 40 Gew.-% Schwerteile (Si₂Cl₆ und Si₂OCl₆). Die Siedepunkte dieser Schwerteile liegen zwischen 135–145°C. Die Aufschlämmung enthielt typischerweise 20–36 Gew.-% Feststoff. Bei 25°C reichte die Dichte der Aufschlämmung von 1665–1810 kg/m³ (104–113 lb/ft³) abhängig vom Feststoffgehalt. Zusammensetzungen der Flüssigkeiten der Aufschlämmung sind in Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1

Läufe: 1–2 5–6 7–9

DCS (Gew.-%) 0.2 0.23 0.23

TCS (Gew.-%) 10.5 11.74 11.34

STC (Gew.-%) 47.8 46.96 45.43

Si₂OCl₆ (Gew.-%) 6.4 6.48 6.79

Si₂Cl₆ (Gew.-%) 32.18 34.15 35.66

Eine Zusammenfassung der Versuchsergebnisse ist in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt. Elf Datensätze wurden aus fünf Durchlaufen gesammelt. Es wurde festgestellt, dass eine Mindest-Zuführgeschwindigkeit von ungefähr 135 kg/hr erforderlich war, um einen gleichmäßigen Strom in der Zuleitung ohne Verstopfen aufrechtzuerhalten. Bei 136 kg/hr betrug der volumetrische Durchsatz der Aufschlämmung 1,44 L/min, was einer Aufschlämmungsgeschwindigkeit von etwa 0,05 m/s in einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 25,4 mm entspricht. Niedrigere Zuführgeschwindigkeiten korrelierten mit einer größeren Trockenheit und erzeugten ein fließfähiges Pulver mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen Halogensilanen. Wenn die Zuführgeschwindigkeit einen Bereich darstellte, wurde das höhere Ende des Bereichs verwendet, um die prozentuale Flüssigkeitsrückgewinnung pro Einheitsstunde zu berechnen. Tabelle 2

Lauf	Zuführgeschwindigkeit (kg/hr)	Rotor U/min	Zugeführter Feststoff Gew.-%	Trockenheit in %	Flüssigkeitsrückgewinnung in %
1	408	600	21	46	86
2	340	600	21	63	90
3	308	800	30	70	87
4	136	800	30	76	90
5	68–91	800	36	76	87
6	136–159	800	36	76	87
7	0–45	1000	30	84	93
8	113	1000	30	76	90
9	23–181	1000	30	68	86
10	143	200	19	76	94
11	143	800	19	76	94

Aus den Ergebnissen der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die getrockneten Rückstandproben, die bei einer Zuführgeschwindigkeit von ungefähr 135 kg/hr erhalten wurden, eine Trockenheit von 76% aufwiesen, und der Prozentsatz der Rückgewinnung der Flüssigkeiten im Bereich von 87–94% lag. Die Trockenheit war unabhängig vom Prozentsatz an Feststoff in der Aufschlämmung und der Rotorgeschwindigkeit. Wenn die Rückstände zu fließfähigem Pulver wurden, wurden sie durch die Rotorblätter von der erhitzten Wand abgekratzt und es wurde keine weitere Trocknung durchgeführt. Wenn die Aufschlämmung 19 Gew.-% Feststoff enthielt, wurde bis zu 94% der Flüssigkeit (d. h. flüchtige Halogensilane) rückgewonnen. Wenn der Feststoffprozentsatz verdoppelt wurde, wurde die Flüssigkeitsrückgewinnung auf 87% reduziert. Obwohl die Trockenheit des Rückstands unabhängig vom Feststoffgehalt der Aufschlämmung war, verursachte eine Erhöhung der Feststofffraktion mehr Flüssigkeitseinschlüsse in den Feststoffen und verringerte die Menge an rückgewonnener Flüssigkeit. Die Rotorgeschwindigkeit hatte keinen signifikanten Einfluss auf den Prozentsatz der Flüssigkeitsverdampfung.
2 ist eine Grafikdarstellung, die das vorausberechnete Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht (VLE) von STC und Si₂Cl₆O bei 1 bar zeigt. Die obere Kurve (durchgezogene Linie) der Grafikdarstellung stellt den Kondensationspunkt dar und die untere Kurve (strichpunktierte Linie) stellt den Blasenpunkt dar. Diese vorausberechneten Messungen setzten voraus, dass sich die Temperatursonde 7 Fuß (2,1 m) vom Trockner entfernt befindet, gemessen am oberen Dampfauslass.
Der flüssige Teil der Aufschlämmung von Lauf 5 und 6 enthielt 0,23 Gew.-% DCS, 11,74 Gew.-% TCS, 46,96 Gew.-% STC, 6,48 Gew.-% Si₂OCl₆ und 34,15 Gew.-% Si₂Cl₆.
Diese flüssige Zusammensetzung stimmte mit den für die Läufe 5 und 6 vorhergesagten Dampftemperaturprofilen überein.
Angesichts der vielen möglichen Ausführungsbeispiele auf die die Prinzipien der offenbarten Erfindung angewendet werden können, sollte klar sein, dass die dargestellten Ausführungsbeispiele nur Beispiele sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend angesehen werden sollten. Vielmehr ist der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von anorganischen Halogensilanen aus Reaktionsrückständen, welches Folgendes aufweist: Durchfließen einer anorganischen Halogensilanaufschlämmung, die (i) flüchtige Halogensilane, (ii) Siliziumpartikel und (iii) Schwerteile aufweist, durch eine Verdampfungszone eines Dünnschichttrockners, um die flüchtigen Halogensilane zu verdampfen, wobei die Verdampfungszone einen Innendruck von oder über atmosphärischen Druck und eine Innentemperatur T₁ aufweist, die höher ist als das obere Ende eines Siedepunktbereichs der flüchtigen Halogensilane bei dem Innendruck der Verdampfungszone; Rückgewinnen der verdampften flüchtigen Halogensilanen aus der Verdampfungszone; und Rückgewinnen eines festen Rückstands, der die Siliziumpartikel aufweist, aus einem Auslass des Dünnschichttrockners.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung anfangs mehr als 50 Gew.-% flüchtige Halogensilane aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwerteile Metallhalogenide, Polyhalogensilane, Polyhalogenoxisilane oder eine Kombination davon sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung anfangs bis zu 50 Gew.-% Schwerteile aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der feste Rückstand eine Trockenheit von mindestens 70% hat.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Durchfließen der anorganischen Halogensilanaufschlämmung mit einer Flussrate aufweist, um einen Aufschlämmungsmassenstrom von 0,001 kg s^–1m^–2 bis 0,1 kg s^–1m^–2 aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Aufrechterhalten des Innendrucks im Bereich von 101–170 kPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Dünnschichttrockner einen Rotor innerhalb der Verdampfungszone aufweist, wobei der Rotor eine Vielzahl an Rotorblättern aufweist die sich entlang einer Innenwandoberfläche des Dünnschichttrockners erstrecken; und wobei das Verfahren ferner ein Drehen des Rotors aufweist, um ein Aufschlämmungsfilm mit einer durchschnittlichen Dicke von ≤ 2 mm auf der Innenwandoberfläche zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Behandeln des festen Rückstands aufweist, um ein festes Material zu erzeugen, das nicht reaktiv ist, sobald es der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Behandeln des festen Rückstandes ein Umsetzen des festen Rückstands mit einem alkalischen Hydrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die verdampften, flüchtigen Halogensilane, welche von der Verdampfungszone rückgewonnen wurden, ferner eingeschlossene Feinstoffe aufweisen; und das Verfahren ferner ein Abtrennen der eingeschlossenen Feinstoffe aus den flüchtigen Halogensilanen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei: die Temperatur T₁ niedriger ist als das obere Ende eines Siedepunkt- oder Sublimationspunkt-Bereichs der Schwerteile bei dem Innendruck; und der feste Rückstand ferner mindestens einen Teil der Schwerteile aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der rückgewonnene Dampf aus der Verdampfungszone im Wesentlichen frei von Schwerteilen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei: die anorganische Halogensilanaufschlämmung eine anorganische Chlorsilanaufschlämmung ist, die (i) Silizium-Tetrachlorid, Trichlorsilan, Dichlorsilan, oder irgendeine Kombination davon, (ii) Siliziumpartikel und (iii) Schwerteile aufweist; und die Temperatur T₁ zwischen 80°C bis 200°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner ein Aufrechterhalten der Temperatur T₁ bei 80°C bis 115°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der feste Rückstand ferner mindestens einen Teil der Schwerteile aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Dünnschichttrockner eine zweite Verdampfungszone enthält, angeordnet zwischen der Verdampfungszone und dem Auslass, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: Aufrechterhalten einer Innentemperatur T₂ in der zweiten Verdampfungszone, wobei T₂ > T₁; und aufeinanderfolgendes Durchfließen der Aufschlämmung durch die erste Verdampfungszone und die zweite Verdampfungszone.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes aufweist: Aufrechterhalten der Temperatur T₂, bei einer Temperatur, die höher ist als ein Siedepunkt oder Sublimationspunkt von mindestens einer Spezies der Schwerteile bei dem Innendruck; Verdampfen von zumindest einem Teil der Schwerteile in der zweiten Verdampfungszone, um einen Schwerteile-Dampf zu erzeugen; und Rückgewinnen des Schwerteile-Dampfes.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der feste Rückstand eine Trockenheit von mindestens 70% hat.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: die anorganische Halogensilanaufschlämmung eine anorganische Chlorsilanaufschlämmung ist; und das Verfahren ferner ein Aufrechterhalten der Temperatur T₁ bei 80°C bis 115°C und der Temperatur T₂ in einem Temperaturbereich von 115°C bis 200°C aufweist.