DE2365273C3 - Verfahren zur Hydrochlorierung von elementaren Silicium - Google Patents
Verfahren zur Hydrochlorierung von elementaren SiliciumInfo
- Publication number
- DE2365273C3 DE2365273C3 DE2365273A DE2365273A DE2365273C3 DE 2365273 C3 DE2365273 C3 DE 2365273C3 DE 2365273 A DE2365273 A DE 2365273A DE 2365273 A DE2365273 A DE 2365273A DE 2365273 C3 DE2365273 C3 DE 2365273C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fluidized bed
- approx
- iron
- reaction
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/04—Hydrides of silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
20
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines SiHCU und SiCU enthaltenden Gasgemisches durch Hydrochlorierung von Silicium, bei dem
sich der Gehalt an den genannten Chlorsilanen durch gezielte Temperaturführung einstellen läßt
Die Hydrochlorierung von elementarem Silicium verläuft oberhalb 260° C Dabei finden vorwiegend zwei
Reaktionen statt:
(1) Die Hydrochlorierung zu Trichlorsilan und
(2) die Hydrochlorierung zu Tetrachlorsilan gemäß
den folgenden Gleichungen:
JO
Si + 3 HCl -> HSiClj + H2 - 56,4 kcal (1) J3
Si + 4HCl -> SiCl4 + 2H2 (2)
In Temperaturbereichen unterhalb ca. 4000C findet
vornehmlich die Reaktion (1) statt, d.h., es entsteht
hauptsächlich Trichlorsilan. Mit steigender Temperatur wird zunehmend Reaktion (2) begünstigt d.h., die
Bildungsrate an Tetrachlorsilan nimmt mit der Temperatur zu. Dabei geht der Trichlorsilan-Anteil bei
ansteigender Temperatur im Temperaturbereich zwisehen 260 und ca. 4000C von ca. 90% (bei 2600C) auf ca.
40% (bei 4000C) und im Temperaturbereich zwischen ca. 400 und 5000C von ca. 40% (bei 400° C) auf ca. 10%
(bei 5000C) zurück. Oberhalb ca. 5000C bleibt das
SiCU : HSiClj-Verhältnis von ca. 9 :1 nahezu konstant. ,0
Beide Reaktionen verlaufen rasch und sind stark exotherm, so daß sich das Reaktionssystem lokal
spontan auf mehr als 10000C selbst erwärmt; der Trichlorsilan-Anteil liegt dann bei 10% oder weniger,
während der Anteil an Tetrachlorsilan 90% oder mehr -,-, beträgt.
Die zunehmende technische und wirtschaftliche Bedeutung des Trichlorsilans, beispielsweise auf dem
Halbleitergebiet und als ein Grundstoff der Organosilanchemie, macht es notwendig, die Hydrochlorierungs- m>
reaktion von elementarem Silicium vorwiegend auf die Bildung von Trichlorsilan zu lenken. Voraussetzung
dazu ist eine lenkbare Wanneführung bei niedriger Reaktionstemperatur, alsi im Temperalurbereich der
Reaktion (1); denn es gelingt beispielsweise nicht, die h-,
Temperaturunabhängigkeit durch Gabe eines erhöhten Wasserstoffpartialdrucks auf ein höheres Temperaüirniveau zu verschieben.
Es ist daher auch schon versucht worden, sowohl im Festbett als auch im Fließbett die Reaktion durch
Beimischung von Katalysatoren, beispielsweise Kupfer, bei möglichst tiefen Temperaturen zu starten und so zu
verlangsamen, daß sich tiefere Temperaturen einstellen bzw. eine Wärmeabführung möglich wird. Diese
Bestrebungen blieben bisher jedoch ohne den gewünschten Erfolg. Die Beifügung von Metall-Katalysatoren erleichtert zwar das Anspringen der Reaktion in
Bereichen unterhalb 280° C, kann aber die spontane lokale Selbsterwärmung bis zur Weißglut nicht verhindern. Im Festbett wird sowohl mit als auch ohne
Katalysator sofort eine Glühzone ausgebildet in der die Reaktion nach Gleichung (2) zu Tetrachlcrsilan gelenkt
wird, weil die Abführung der überschüssigen Reaktionswärme nicht schnell genug erfolgen kann.
Selbst im Wirbelbett mit der für diese Verfahrensweise charakteristischen schnellen Temperaturkontrolle
gelingt die Wärmeabführung nicht sondern das Fließbett erhitzt sich lokal am Anströmboden sofort zur
Weißglut so daß auch bei Anwendung der obengenannten Bedingungen im Fließbett der Tetrachlorsilan-Anteil im Produkt überwiegt Zudem erfordern diese
extremen Verfahrensbedingungen hohen Reparaturaufwand, weil sie äußerst störanfällig sind, insbesondere
wegen der im Bereich hoher Temperatur mit Chlorwasserstoff auftretenden Korrosionsprobleme.
Es ist daher auch bereits versucht worden, die bei der Reaktion entstehende erhebliche lokale Überhitzung
beispielsweise mittels Einspeisung von Inertgasen abzuführen. Zu diesem Zweck wurden Versuche sowohl
mit Wasserstoff als auch mit Stickstoff und mit gasförmigem Tetrachlorsilan als Inertgas vorgenommen. Dabei wurde so vorgegangen, daß man das
Inertgas dem für die Reaktion vorgesehenen Chlorwasserstoff beimischte und die Hydrochlorierungsreaktion
in einer Wirbelschicht mit elementarem Silicium als fester Phase ausführte.
Es gelang zwar auf diese Weise, den angestrebten Temperaturbereich herzustellen. Diese Verfahrensweise ist jedoch für den Betrieb in der Wirbelschicht
besonders deshalb von Nachteil, weil die Inertgase wegen der starken Selbsterwärmung der Reaktion in
großer Menge zugeführt werden müssen. Das hat unvollständige Umsetzung des Chlorwasserstoffes zur
Folge, weil die Inertgase in der Wirbelschicht Anlaß zur Blasenbildung und zum Spindeln geben, so daß eine
intensive Durchmischung innerhalb der auch durch andere Parameter bestimmten Verv^ilzeitwerte nicht
mehr gewährleistet ist. Der hohe Inertgasanteil zuzüglich des nicht umgesetzten Chlorwasserstoffes
führt außerdem zu beträchtlichen Materialverlusten infolge Feststoffaustrag an Siliciumkorn aus der
Wirbelschicht, was wiederum Folgelasten in Form von ständigen Leitungsverlegungen und Nachreinigungsproblemen mit sich bringt' Schließlich reißt der
Inertgasanteil Trichlorsilan in großer Menge in das Abgas wegen seines hohen Partialdrucks (ca. 400 Torr
bei 150C, ca. 30 Torr bei -40° C), so daß ein
aufwendiges Wasch- und Destillationssystem nachgeschaltet werden muß.
Es ist aus der DE-AS 11 05 398 weiterhin bekannt, bei
der Umsetzung von metallischem Silicium mit Chlorwasserstoff im Temperaturbereich zwischen 260 und
6000C die Reaktion dadurch leichter zum Anspringen zu bringen, wenn man auf die Oberflächen des metallischen
Siliciums Eisenschlorid in katalytischen Mengen aufbringt. Diese geringen Mengen dienen dazu, die
ZQndtemperatur herabzusetzen und geben keinerlei Anhaltspunkte dafür, ob sie die bei der Reaktion
auftretende Wärme in befriedigender Weise abführen können.
Es bestand nun die Aufgabe, die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten und Nachteile bei der
Abführung der Reaktionswärme aus der Umsetzung von Silicium mit Chlorwasserstoff zu beseitigen. In
Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein Verfahren zur Herstellung eines SiCU und SiHCI3 enthaltenden Gasge- ι ο
misches durch Umsetzung von elementarem Silicium mit Chlorwasserstoff im Wirbelbett in Gegenwart von
Eisenverbindungen und bei Temperaturen zwischen 260 und 6000C in Abwesenheit von Inertgas gefunden, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Eisenverbindung in Mengen von 10 bis 43 Gew.-%, vorzugsweise 16
bis 36 Gew.-%, berechnet als Eisen und bezogen auf die Gesamtfeststoffmenge des Wirbelbettes, verwendet
Diese erfindungsgemäße Arbeitsweise ermöglicht es, die Hydrochlorier jngsreaktion von elementarem Silicium
unter Kontrolle zu bringen. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht eine sichere Wärmeführung,
indem Oberschußwärme in an sich bekannter Weise über Wärmeaustauscher abgeführt wird, so daß
jede beliebige Reaktionstemperatur zwischen ca. 260 und ca. 6000C eingestellt werden kann. Die Hydrochlorierung
von elementarem Silicium kann nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren durch Wahl der Reaktionstemperatur
sowohl direkt zu einer Ausbeute von etwa 90% Trichlorsilan gelenkt werden als auch zu
jedem erwünschte?. Mischungsverhältnis von Trichlorsilan mit Tetrachlorsilan zwischen ca. 10 und ca. 90% im
Reaktionsprodukt. Diese spezielle Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet darüber hinaus
den Vorteil, daß die Synthese dem je* eiligen Bedarf an Trichlorsilan und Tetrachlorsilan angepaßt werden
kann. Die prozentuale Rohprodukt-Zusammensetzung beruht dabei fast ausschließlich auf der angewandten
Reaktionstemperatur, die durch die vor Beginn der Reaktion eingestellte Temperatur im Reaktor gegeben
ist, während sie von der Eisenkonzentration in der Wirbelschicht innerhalb der erfindungsgemäß beanspruchten
Konzentrationsgrenzen überraschenderweise weitgehend unabhängig ist.
Die Isolierung der Produkte erfolgt in an sich bekannter Weise durch Auskondensation und Quenchen,
beispielsweise mit Hexachlordisiloxan bei —30° C,
die Aufarbeitung mit Hilfe der üblichen destillativen Methoden.
Besondere Vorteile des Verfahrens, beispielsweise hinsichtlich der Rohstoffbilanz, sind die vollständige
Absorption und Umsetzung des zugeführten Chlorwasserstoffes sowie die durch vollständige Umsetzung des
Silicium-Feinkorns erzielte Staubfreiheit des aus der nunmehr ruhig laufenden Wirbelschicht austretenden
Produktgases. Diese beiden Paktoren erfüllen außerdem wichtige Voraussetzungen für einen störungsfreien
und zuverlässigen Betriebsablauf: Vollständiger Chlorwasserstoff-Umsatz führt zu einem homogenen Fließbett
ohne Blasen- und Sprudelerscheinung, erleichtert die Isolierung der Rohprodukte und verringert die
Korrosion; das nunmehr fast staubfreie Rohproduktgas verursacht keine unkontrollierbaren Leitungsstörungen
mehr, gegen die das Fließbett äußerst empfindlich wäre, indem es wegen Änderungen der Strömungsverhältnis- e>i
se als Folge von Druckstöningen zur Hochtemperaturreaktionen neigen würde.
Diese entscheidenden Verbesserungen des Betriebsablaufes sind neben dem präzisen Wärmetransport aus
dem Zentrum der Reaktion die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, das zu einer
zuverlässigen Beherrschung der Hydrochlorierungsreaktion von elementarem Silicium führt Erreicht wird
dieses Ziel überraschenderweise durch die erfindungsgemäße Einführung von Eisenverbindungen in die als
Reaktionszone fungierende Wirbelschicht Und zwar werden Eisen-Konzentrationen von 10 bis 43%,
vorzugsweise 16 bis 36%, erfindungsgemäß angewandt Als bevorzugte Eisenverbindung wird Eisen-(II)-chlorid
eingesetzt
Die Eisenverbindungen liegen in Form eines feinteiligen Pulvers vor mit Korngrößen unterhalb 0,1 mm, die
nach unten nicht begrenzt sind. Es werden verschiedene Methoden der Zuführung angewandt:
1) Wasserfreies Eisen-(II)-chIorid wird gemahlen und
vor Reaktionsbeginn dem Silicium-Fließbett zugemischt;
2) die erfindungsgemäße Eisen-Konzentration wird vor Betriebsbeginn durch Umsetzung von eisenhaltigem
Material, beispielsweise Ferrosilicium, mit Chlorwasserstoff in der Wirbelschicht selbst
hergestellt; diese Verfahrensweise bereitet dem Durchschnittsfachmann keine Schwierigkeiten und
bringt den Vorteil mit sich, daß auch Ferrosilicium-Sorten mit einem Eisengehalt über 6% verwendet
werden können.
Im übrigen gestaltet sich der Betriebsablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den für Operationen
im Fließbett üblichen Methoden. Es wird eine erfindungsgemäße eisenhaltige Wirbelschicht benutzt,
in die das elementare Silicium nach Maßgabe des Silicium-Verbrauchs mit Korngrößen zwischen 0 und
2 mm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 1 mm, kontinuierlich oder diskontinuierlich eingespeist wird, wobei die
Schichtdecke des Fließbettes vorzugsweise zwischen 200 und 600 mm variieren kann. Das Fließbett wird von
unten so mit Chlorwasserstoff beaufschlagt, daß am Anströmboden eine Anströmgeschwindigkeit von 1 bis
8 cm/sec, vorzugsweise 2 bis 6 cm/sec, herrscht.
Die wahlweise Wärmezuführung zwischen ca. 260 und ca. 6000C geschieht mittels Thermostatisierung
über im oder am Reaktor angeordnete Wärmeaustausch-Vorrichtungen üblicher Konstruktion.
Geeignete Rohstoffe sind die im Handel erhältlichen Rein-Silicium- und Ferro-Silicium-Qualitäten. Wird
ReinSilicium (99% Si) eingesetzt, so läuft der Reaktor über längere Betriebsperioden, ohne daß sich Anreicherungen
nichtflüchtiger Nebenbestandteile wie Schlakkenbildungen verschiedenster Provenienz und beispielsweise
Quarzsand, die aus Verunreinigungen des Rein-Siliciums stammen, störend bemerkbar machen.
Werden Silicium-Qualitäten mit größeren Fremdstoff-Bestandteilen wie beispielsweise Eisen oder Aluminium
verwendet, so muß naturgemäß für die Einhaltung der erfindungsgemäß beanspruchten Eisen-Konzentration
in der Wirbelschicht und gegebenenfalls für die spezielle Behandlung eventueller Fremdbeaufschlagungen im
Produktgas, wie z. B. höhersiedende oder sublimierende Stoffe, gesorgt werden, wobei nach an sich bekannten
Methoden zu verfahren ist.
Wird beispielsweise die erfindungsgemäß beanspruchte Eisen-Konzentration wegen ständigen kontinuierlichen
Eintrags bei Verwendung von Ferrosilicium als Rohstoff durch Anreicherung überschritten, so läßt
man gegebenenfalls von Zeit zu Zeit soviel Abbrand aus
der Wirbelschicht ab, daß die Eisen-Konzentration auf konstantem Niveau gehalten wird. Nach Regenerierung,
beispielsweise durch Auswaschen des Eisen-(II)-chIorids
mit wenig Äthanol oder Absublimieren bei ca. 6000C im
HrStrom, kann der Silicium-Anteil des Abbrandes dem
Verfahren wieder zugeführt werden.
Das Verfahren kamt in kontinuierlichen Anlagen verschiedenster Größenordnung durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise lassen sich die dafür erforderlichen Apparate wie Reaktoren, Wärmeaustauscher, Kühler,
Leitungen etc. aufgrund des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten technischen Standes in
durchaus üblicher Fora und konventioneller Bauweise ausführen. Als Werkstoffe sind neben keramischem
Material wie z.B. Glas, Quarz, Porzellan, Schamotte, Emaille etc. aufgrund der drastischen Herabsetzung der
Korrcsivität durch das erfindungsgemäße Verfahren im vorliegenden Fall auch Metalle wie z. B. Stahl und
Gußeisen, die bei den bisherigen Verfahren nur bedingt verwendet werden konnten, ohne Einschränkungen
verwendbar. Somit kann im Anlagenbau auf teure Sonderwerkstoffe und Sonderanfertigungen verzichtet
werden. Dadurch reduziert sich auch der Reparaturaufwand ganz erheblich, weil gegebenenfalls notwendige
Reparaturen jetzt den in der Verfahrenstechnik üblichen Rahmen nicht mehr überschreiten.
Als kontinuierlich arbeitender Laborreaktor wird ein 800 mm hohes zylindrisches Quarzrohr mit einem
Durchmesser von 50 mm benutzt Das entspricht einem Querschnitt von 19,5 cm2. Der Anströmboden liegt
waagerecht und besitzt eine zentral angeordnete Gaseintrittsöffnung von ca. 3 mm Durchmesser. Er ist
unterlegt mit einem zweiten Boden als Sperre für bei Stillstand austretende Feststoffe, in dem der Gaseintritt
durch peripher angeordnete Löcher erfolgt Neben dem Anströmboden liegt ein etwas geneigter Stutzen von
8 mm Durchmesser, der zum Ablassen der Wirbelschicht dient und während des Reaktorbetriebes mit
einem Deckel verschlossen wird.
Der Reaktor enthält kein gesondertes Kühlsystem. Zum Ausgleich der Verlustwärme und zur Wärmesteuerung
ist er mit einer abklappbaren elektrischen geregelten Mantelheizung (3 Zonen zu je 1 kW)
umgeben. Die Temperaturmessung erfolgt durch drei in der Wirbelschicht in verschiedener Höhe angeordnete
Meßfühler.
Die Chlorwasserstoff-Zuführung erfolgt über einen Strömungsmesser zum Anströmboden. In der Zuführungsleitung
wird mit Hilfe eines Manometers der Betriebsdruck der Wirbelschicht kontrolliert. Das aus
der Wirbelschicht austretende Rohprodukt-Gas wird bei einer Temperatur von ca. 2000C über einen auf den
Reaktor aufgesetzten Rezipienten von ca. 6 Liter Rauminhalt geleitet, von dem aus eventuell mitgerissene
Feststoffpartikeln in die Wirbelschicht zurückfallen. Vom Rezipienten wird das Gas über einen auf ca. 800C
geheizten Zyklon geleitet, in dem mitsublimierte Feststoffe, z. B. AlCl3, teilweise abgeschieden werden.
Anschließend werden alle Chlorsilane durch Waschen mit Hexachlordisiloxan vollständig auskondensiert und
der Destillation zugeführt. Das aus Wasserstoff bestehende Abgas wird mittels Wärmeleitfähigkeits-Detektor
gemessen und dann in einer Lockflamme verbrannt.
Die teilkontinuierliche Beschickung mit frischem Silicium und gegebenenfalls den Eisenverbindungen
erfolgt aus einem Si/o über ein in die Wirbelschicht mündendes Fallrohr, das von oben durch den Rezipien-
<0,04 | bis 0,4 mm | = 4% |
• mm | bis 0,6 mm | = 33% |
0,04 bis 0,2 mm | bis 1,0 mm | = 34% |
0,2 | bis 2,0 mm | = 24% |
0,4 | = 3% | |
0,6 | = 2% | |
1,0 |
ten geführt wird. Die Dosierung wird nach der
Wirbelschichthöhe geregelt durch einen Geber, der auf die Temperatur am oberen Ende der Wirbelschicht
reagiert: Bei zurückweichender Wirbelschicht fällt die Temperatur an der Meßstelle des Gebers, und die
Zuführung von Silicium wird ausgelöst; umgekehrt wird sie gestoppt bei Temperaturanstieg infolge Wiedereintauchens.
Nachdem das Problem der Temperaturkontrolle im
Nachdem das Problem der Temperaturkontrolle im
ίο Reaktionszentrum durch das erfindungsgemäße Verfahren
gelöst wurde, eröffnet sich auf diese Weise die Möglichkeit, die Hydrochlorierung von elementarem
Silicium in kontrollierter Reaktion zu Trichlorsihn im größeren technischen Maßstab durchzuführen.
Folgende Beispiele demonstrieren das Verfahren, ohne es jedoch zu beschränken:
410 g elementares Silicium (>99% Si, < 1% Fe + Al,
Spuren Ti u. a.) mit der Korngröße-Verteilung
werden mit 228 g feingemahlenem, trockenen, wasserfreien,
Eisen-(II)-chlorid gründlich vermischt und als Wirbelschicht in einen der vorstehenden Beschreibung
entsprechenden Reaktor eingefüllt Die ruhende Schicht besitzt eine Füllhöhe von 320 mm.
Die Anlage wird auf 440° C vorgeheizt und mit 220 Nl/h Chlorwasserstoff (entsprechend einer An-Strömgeschwindigkeit
von 3,2 cm/sec, bezogen auf den leeren Reaktor) angefahren, wobei sich die Schicht auf
eine Füllhöhe von ca. 380 mm ausdehnt und durch Selbsterwärmung infolge der einsetzenden Härdrochlorierungsreaktion
eine homogene Temperatur von 478°C annimmt Diese Temperatur wird über ca. 70
Stunden in den Grenzen von ca. ±5°C eingehalten. Während dieser Zeit wird ständig frisches Silicium
(insgesamt 5096 g) zudosiert und das entstandene Rohprodukt durch Kondensieren und Waschen mit
Hexachlordisiloxan bei — 30° C aufgefangen.
Destillative Abtrennung vom Hexachlordisiloxan, das in den Prozeß zurückkehrt, ergibt ein aus Trichlorsilan
und Tetrachlorsilan bestehendes Rohprodukt (insgesamt 29 384 g), das gemäß gaschromatographischer
so Analyse und gasvolumetrischer Bestimmung des aktiven
Wasserstoffes ca. 14% Trichlorsilan enthält
Kolonnendestillation des Rohproduktes liefert 4341 g T: ichlorsilan und 24 790 g Tetrachlorsilan. Bezogen auf
den eingesetzten Chlorwasserstoff entspricht dieses Ergebnis einer Ausbeute von ca. 96%; bezogen auf
eingesetztes Rein-Silicium einer Ausbeute von ca. 97%.
Als Nebenprodukte werden 121g Aluminiumchlorid im Zyklon abgeschieden. Die Wirbelschicht enthält nach
dem Ende der Betriebsperiode Eisen in einer Konzentrationvon 19,4%.
Der Versuch nach Beispiel 1 wird nach ca. 70 Stunden
unterbrochen. Die Temperatur in der Wirbelschicht (,-, wird dann auf 290°C eingestellt und der Betrieb der
Anlage analog Beispiel I fortgesetzt, wobei sich in der Wirbelschicht durch Selbsterwärmung eine homogene
Temperatur von 3040C einstellt. Diese Temperatur wird
wieder über einen Versuchszeitraum von ca. 70 Stunden eingehalten.
Das entstehende Rohprodukt (insgesamt 30 720 g) enthält gemäB gasehromalographischer Analyse und
gasvolumetrischer Bestimmung des aktiven Wasserstoffes ca. 88% Trichlorsilan.
Kolonnendestillation des Rohproduktes liefert 27 163 g Trichlorsilan und 3176 g Tetrachlorsilan.
Bezogen auf Chlorwasserstoff ist die Ausbeute demnach ca. 97%; bezogen auf Silicium ca. 98%. Als Nebenprodukt werden 136 g Aluminiumchlorid erhalten.
Die Wirbelschicht enthalt nach dem Ende der Betriebsperiode Eisen in einer Konzentration von
23,8%.
Haii ilKiar iau/aÜc r*a 7Π tlAtri«»Kcctiinrf«in Diif \iarcnWn*At*. rtAträrrt ΛΊι* ÄiicKmito rlemnopli r>a Q^SO/i· Ha na
0,2 bis 0,4 mm = 38%
0,4 bis 0,6 mm = 22%
0,6 bis 1,0 mm = 5%
1,0 bis 2,0 mm = 2%
Der Reaktor wird auf ca. 3000C vorgeheizt und mit ca.
250 Nl/h Chlorwasserstoff (entsprechend einer Anströmgeschwindigkeit von 3,6 cm/sec, bezogen auf den
leeren Reaktor) belastet. Dabei stellt sich eine Betriebstemperatur von ca. 3250C ein, die konstant
weitergefahren wird.
Pro Stunde werden ca. 460 g Rohprodukt isoliert, das gemäß gaschromatographischer Analyse und gasvolumetrischer Bestimmung des aktiven Wasserstoffes zu
ca. 83% aus Trichlorsilan und zu ca. 17% aus Tetrachlorsilan besteht; die Kolonnendestillation ergibt
die gleichen Werte. Bezogen auf Chlorwasserstoff
nen Temperaturniveaus verfahren und die dabei erzielten Prozentanteile an Trichlorsilan und Tetrachlorsilan durch gaschromatographische und gasvolumetrische Analyse sowie durch Auswaage nach
Kolonnendestillation gemessen. Nach jeder Betriebsperiode wird der resultierende Eisengehalt der Wirbelschicht gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1
zusammengefaßt.
Aus der in den Beispielen 1 bis 6 über ca. 420 Stunden in Betrieb gewesenen Wirbelschicht werden ca. 50% des
Volumens (ca. 440 g) mit dem Eisenanteil ca. 34,5% (Rest-Silicium ca. 22%) abgelassen und auf die weiter
unten beschriebene Weise regeneriert.
Die Wirbelschicht wird aufgefüllt mit ca. 250 g eines Ferrosiliciums (ca. 92% Si, ca. 7% Fe, ca. 1 % Al, Spuren
Ti u. a.) mit der Korngrößen-Verteilung
< 0,04 mm = 7%
0,04 bis 0,2 mm = 26%
»η und Korngröße eingespeist werden, beträgt die auf
Silicium bezogene Ausbeute ca. 96%. Daneben werden stündlich ca. 5 g Aluminiumchlorid ausgeschieden.
Während ca. 8 Stunden kontinuierlichen Betriebes steigt der Eisen-Anteil in der Wirbelschicht von anfangs
2i ca. 24% bis auf ca. 31%. Daher werden nach jeweils
achtstündigen Betriebsperioden ca. 350 ml der Wirbelschicht abgelassen und durch ca. 350 ml frisches
Ferrosilicium ersetzt.
Das abgelassene Wirbelschicht-Material enthalt ne-
so ben FeCb noch ejnen Anteil el?mentaren Siliciums in
der Größenordnung zwischer, 20 und 40%, das
wiedergewonnen wird durch Absublimieren des FeC^
im langsamen HVStrom bei ca. 6000C.
j5 feinkörnige Struktur. Es ist nahezu frei von Fremdstoffen und wird in Mengen bis zu 12% vermischt mit
frischem Ferrosilicium wieder in die Reaktion zurückgeführt, ohne daß sich Änderungen im Betriebsablauf
zeigen.
Rate der Entstehung von Trichlorsilan und Tetrachlorsilan bei der Hydroborierung von
elementarem Silicium in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur bei Gegenwart von
erfindungsgemäß 16 bis 36% chemisch gebundenem Eisen in der Wirbelschicht
Beispiel
Nr. |
Temperatur
der Reaktion |
Ausbeuten in %
Trichlorsilan |
Tetrachlorsilan |
Fe-Gehalt nach Vers.-
Ende in der Schicht |
1
2 |
478 C
3047C |
14%
88% |
86%
12% |
19,4%
22,8% |
3 | 331 C | 80% | 20% | 25,6% |
4 | 359CC | 67% | 33% | 28,4% |
5 | 380C | 49% | 51% | 31,7% |
6 | 426C | 26% | 74% | 34,5% |
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines SiCl4 und
SiHCl3 enthaltenden Gasgemisches durch Umsetzung von elementarem Silicium mit Chlorwasserstoff im Wirbelbett in Gegenwart von Eisenverbindungen und bei Temperaturen zwischen 260 und
6000C in Abwesenheit von Inertgas, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Eisenverbindüngen in Mengen von 10 bis 43 Gew.-%,
vorzugsweise 16 bis 36 Gew.-%, berechnet als Eisen und bezogen auf die Gesamtfeststoffmenge des
Wirbelbettes, verwendet
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekerinzeichnet, daß man als Eisenverbindung Eisen-(II)-chlorid verwendet
Priority Applications (15)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2365273A DE2365273C3 (de) | 1973-12-31 | 1973-12-31 | Verfahren zur Hydrochlorierung von elementaren Silicium |
DD182714A DD114800A5 (de) | 1973-12-31 | 1974-12-02 | |
US05/533,740 US4044109A (en) | 1973-12-31 | 1974-12-17 | Process for the hydrochlorination of elemental silicon |
CH1720574A CH611250A5 (de) | 1973-12-31 | 1974-12-23 | |
FI3748/74A FI374874A (de) | 1973-12-31 | 1974-12-27 | |
JP753005A JPS614768B2 (de) | 1973-12-31 | 1974-12-27 | |
CA216,980A CA1072718A (en) | 1973-12-31 | 1974-12-27 | Process for the preparation of gaseous mixtures of trichlorosilane and tetrachlorosilane |
SU2089477A SU558637A3 (ru) | 1973-12-31 | 1974-12-27 | Способ получени трихлорсилана и тетрахлорида кремни |
FR7443244A FR2256107B1 (de) | 1973-12-31 | 1974-12-30 | |
SE7416359A SE391513B (sv) | 1973-12-31 | 1974-12-30 | Forfarande for framstellning av en sic1?71 och sihc1?3 innehallande gasblandning |
BE152030A BE823974A (fr) | 1973-12-31 | 1974-12-30 | Procede d'hydrochloration du silicium |
ES433438A ES433438A1 (es) | 1973-12-31 | 1974-12-30 | Procedimiento para la preparacion de una mezcla gaseosa quecontiene sicl4 y sihcl3 |
IT54807/74A IT1026193B (it) | 1973-12-31 | 1974-12-30 | Procedimento per la cloridratazione di silicio elementare |
NL7417029A NL7417029A (nl) | 1973-12-31 | 1974-12-31 | Werkwijze voor het hydrochloreren van elementair ium. |
GB56082/74A GB1488029A (en) | 1973-12-31 | 1974-12-31 | Preparation of trichlorosilane and tetrachlorosilane |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2365273A DE2365273C3 (de) | 1973-12-31 | 1973-12-31 | Verfahren zur Hydrochlorierung von elementaren Silicium |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2365273A1 DE2365273A1 (de) | 1975-07-10 |
DE2365273B2 DE2365273B2 (de) | 1980-01-10 |
DE2365273C3 true DE2365273C3 (de) | 1980-09-25 |
Family
ID=5902291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2365273A Expired DE2365273C3 (de) | 1973-12-31 | 1973-12-31 | Verfahren zur Hydrochlorierung von elementaren Silicium |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4044109A (de) |
JP (1) | JPS614768B2 (de) |
BE (1) | BE823974A (de) |
CA (1) | CA1072718A (de) |
CH (1) | CH611250A5 (de) |
DD (1) | DD114800A5 (de) |
DE (1) | DE2365273C3 (de) |
ES (1) | ES433438A1 (de) |
FI (1) | FI374874A (de) |
FR (1) | FR2256107B1 (de) |
GB (1) | GB1488029A (de) |
IT (1) | IT1026193B (de) |
NL (1) | NL7417029A (de) |
SE (1) | SE391513B (de) |
SU (1) | SU558637A3 (de) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4401467A (en) * | 1980-12-15 | 1983-08-30 | Jordan Robert K | Continuous titanium process |
CA1320035C (en) * | 1986-08-20 | 1993-07-13 | William Terry Strange | Process for preparing halosilanes |
DE3828344C1 (de) * | 1988-08-20 | 1989-07-06 | Huels Ag, 4370 Marl, De | |
US5176892A (en) * | 1990-12-06 | 1993-01-05 | Dow Corning Corporation | Supported metal catalyzed production of tetrachlorosilane |
US5160720A (en) * | 1990-12-12 | 1992-11-03 | Dow Corning Corporation | Metal catalyzed production of tetrachlorosilane |
US5871705A (en) * | 1996-09-19 | 1999-02-16 | Tokuyama Corporation | Process for producing trichlorosilane |
DE19847786A1 (de) * | 1998-10-16 | 2000-04-20 | Degussa | Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen und Entleeren eines mit brennbarem sowie aggressivem Gas beaufschlagten Behälters |
JP2005514312A (ja) * | 2002-01-18 | 2005-05-19 | ワツカー−ケミー ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | アモルファスシリコンおよび/またはこれから得られるオルガノハロゲンシランの製造方法 |
EP2055674B1 (de) * | 2007-10-23 | 2016-09-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Vorrichtung zur Herstellung von Trichlorosilan und Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan |
US20100264362A1 (en) * | 2008-07-01 | 2010-10-21 | Yongchae Chee | Method of producing trichlorosilane (TCS) rich Chlorosilane product stably from a fluidized gas phase reactor (FBR) and the structure of the reactor |
US9061439B2 (en) * | 2008-08-04 | 2015-06-23 | Semlux Technologies, Inc. | Recovery of silicon from kerf silicon waste |
CN101337689B (zh) * | 2008-08-26 | 2010-12-01 | 攀钢集团有限公司 | 使用低品位钛原料生产四氯化钛的方法 |
US20100124525A1 (en) * | 2008-11-19 | 2010-05-20 | Kuyen Li | ZERO-HEAT-BURDEN FLUIDIZED BED REACTOR FOR HYDRO-CHLORINATION OF SiCl4 and M.G.-Si |
KR101687833B1 (ko) * | 2009-01-20 | 2016-12-19 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 트리클로로실란 제조 장치 및 트리클로로실란 제조 방법 |
WO2010132418A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Procedyne Corporation | Fluidized bed process for synthesizing trichlorosilane and a trichlorosilane synthesizer |
DE102013212908A1 (de) | 2013-07-02 | 2015-01-08 | Wacker Chemie Ag | Analyse der Zusammensetzung eines Gases oder eines Gasstromes in einem chemischen Reaktor und ein Verfahren zur Herstellung von Chlorsilanen in einem Wirbelschichtreaktor |
KR102407612B1 (ko) * | 2017-10-05 | 2022-06-10 | 와커 헤미 아게 | 클로로실란의 제조 방법 |
JP7052570B2 (ja) * | 2018-06-01 | 2022-04-12 | 株式会社Ihi | 複合材料の製造方法 |
CN111704140B (zh) * | 2020-06-29 | 2022-01-04 | 新疆协鑫新能源材料科技有限公司 | 一种氯氢化流化床热能回收工艺 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3148035A (en) * | 1960-03-10 | 1964-09-08 | Wacker Chemie Gmbh | Apparatus for the continuous production of silicon chloroform and/or silicon tetrachloride |
-
1973
- 1973-12-31 DE DE2365273A patent/DE2365273C3/de not_active Expired
-
1974
- 1974-12-02 DD DD182714A patent/DD114800A5/xx unknown
- 1974-12-17 US US05/533,740 patent/US4044109A/en not_active Expired - Lifetime
- 1974-12-23 CH CH1720574A patent/CH611250A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1974-12-27 FI FI3748/74A patent/FI374874A/fi unknown
- 1974-12-27 CA CA216,980A patent/CA1072718A/en not_active Expired
- 1974-12-27 SU SU2089477A patent/SU558637A3/ru active
- 1974-12-27 JP JP753005A patent/JPS614768B2/ja not_active Expired
- 1974-12-30 SE SE7416359A patent/SE391513B/xx unknown
- 1974-12-30 FR FR7443244A patent/FR2256107B1/fr not_active Expired
- 1974-12-30 BE BE152030A patent/BE823974A/xx not_active IP Right Cessation
- 1974-12-30 IT IT54807/74A patent/IT1026193B/it active
- 1974-12-30 ES ES433438A patent/ES433438A1/es not_active Expired
- 1974-12-31 NL NL7417029A patent/NL7417029A/xx not_active Application Discontinuation
- 1974-12-31 GB GB56082/74A patent/GB1488029A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE391513B (sv) | 1977-02-21 |
SE7416359L (de) | 1975-07-01 |
DD114800A5 (de) | 1975-08-20 |
FR2256107B1 (de) | 1978-03-24 |
US4044109A (en) | 1977-08-23 |
ES433438A1 (es) | 1976-12-16 |
CA1072718A (en) | 1980-03-04 |
SU558637A3 (ru) | 1977-05-15 |
DE2365273B2 (de) | 1980-01-10 |
IT1026193B (it) | 1978-09-20 |
GB1488029A (en) | 1977-10-05 |
FI374874A (de) | 1975-07-01 |
CH611250A5 (de) | 1979-05-31 |
NL7417029A (nl) | 1975-07-02 |
JPS614768B2 (de) | 1986-02-13 |
BE823974A (fr) | 1975-04-16 |
DE2365273A1 (de) | 1975-07-10 |
FR2256107A1 (de) | 1975-07-25 |
JPS5098494A (de) | 1975-08-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2365273C3 (de) | Verfahren zur Hydrochlorierung von elementaren Silicium | |
DE69809117T2 (de) | Vorbereitung von Kontaktmassen für Alkylhalosilan Herstellung und Verfahren zur Herstellung von Alkylhalosilan | |
DE2630542C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan und Siliciumtetrahlorid | |
DE69819948T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Monosilanen | |
DE4111822C1 (de) | ||
DE10336545B3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Chlorsilanen | |
DE1047760B (de) | Verbessertes Verfahren zur Oxychlorierung von Kohlenwasserstoffen | |
EP0519181B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von 3-Chlorpropylsilanen | |
EP0601479A1 (de) | Verfahren zur Entfernung von wasserstoffhaltigen Silanen aus Methylchlorsilanen | |
DE3500318C2 (de) | ||
EP2467390B1 (de) | Katalysator zur hydrodechlorierung von chlorsilanen zu hydrogensilanen und verfahren zur darstellung von hydrogensilanen mit diesem katalysator | |
EP1495033B1 (de) | Verfahren zur herstellung von halosilanen unter mikrowellenenergiebeaufschlagung | |
EP0671402A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Methylchlorsilanen | |
DE3425424C2 (de) | ||
DE1667371B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Schwefeltetrafluorid | |
DE962793C (de) | Verfahren zur Herstellung von Phenyldichlorsilan | |
DE10126558C1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Silanen | |
EP0031436B1 (de) | Verfahren zur Spaltung von Siloxanen | |
EP0355593B1 (de) | Verfahren zur Steigerung des Anteils an Siliciumtetrachlorid | |
DE69104928T2 (de) | Silan-Produkte aus der Reaktion von Siliziummonoxid mit Wasserstoffhaliden. | |
EP0759438A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Dimethyldichlorsilan | |
DE3017832C2 (de) | ||
DE2921570B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid | |
DE3512402C2 (de) | ||
DE1618888B1 (de) | Verfahren zur herstellung von monomethyldichlorsilan |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |