JP5658763B2 - 四フッ化ケイ素の製造方法 - Google Patents
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Description
MxAlyF(2x/p+3y)+(2x/p)HCl→yAlF3+(2x/p)HF+xMCl2/p (i)
Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属である。Mがアルカリ金属である際、pは2である。Mがアルカリ土類金属である際、pは1である。例えば、アルミニウムのフッ化物塩がNaAlF4である場合、反応は次のとおり進行する。
NaAlF4+HCl→AlF3+HF+NaCl (ii)
Na5Al3F14+5HCl→3AlF3+5HF+5NaCl (iii)
Na3AlF6+3HCl→AlF3+3HF+3NaCl (iv)
Ba3Al2F12+6HCl→2AlF3+6HF+3BaCl2 (v)
MxAlyF(2x/p+3y)+(x/2p+3y/4)SiO2+(2x/p+3y)HCl→
(x/2p+3y/4)SiF4+(x/p+3y/2)H2O+xMCl2/p+yAlCl3 (vi)
Mおよびpは上記のとおり規定されている。例えば、アルミニウムのフッ化物塩がNaAlF4である場合、反応は反応式(vii)に従い進行する。
NaAlF4+SiO2+4HCl→SiF4+2H2O+NaCl+AlCl3 (vii)
Na5Al3F14+3.5SiO2+14HCl→
3.5SiF4+7H2O+5NaCl+3AlCl3 (viii)
Na3AlF6+1.5SiO2+6HCl→
1.5SiF4+3H2O+3NaCl+AlCl3 (ix)
Ba3Al2F12+3SiO2+12HCl→
13SiF4+6H2O+3BaCl 2 +2AlCl3 (x)
様々な態様では、フルオロアルミン酸塩供給物質(同義的に「フルオロアルミン酸塩原料」、「フルオロアルミン酸塩流出液」又は単に「流出液」)は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属フルオロアルミン酸塩を含んで成る。適当なアルカリ金属又はアルカリ土類金属フルオロアルミン酸塩は、フルオロアルミン酸塩リチウム、フルオロアルミン酸塩ナトリウム、フルオロアルミン酸塩カリウム、フルオロアルミン酸塩マグネシウム、フルオロアルミン酸塩バリウム、フルオロアルミン酸塩カルシウムおよびこれらの混合物を含んで成る。ナトリウム原料の幅広い有用性を踏まえて、苛性ソーダやカリウム等は、経済的に反応させて水素化アルミニウム・ナトリウムを生成させてよく、四フッ化ケイ素と反応させてシランを生成させてよく、フルオロアルミン酸塩は、シラン生成物の副産物として生成されるフルオロアルミン酸塩ナトリウムであってもよい。1つよりも多いフッ化アルミン酸は、本発明の範囲から逸脱することなく、フルオロアルミン酸塩原料に含まれていてもよい。フルオロアルミン酸塩原料は、NaAlF4、Na5Al3F14およびNa3AlF6の少なくとも1つを含んで成ってよく、ある態様では、NaAlF4、Na5Al3F14およびNa3AlF6の混合物を含んで成る。
一般的に、本発明の反応により反応器中でフルオロアルミン酸塩原料と酸性の原料とが接触して、反応混合物が適当に形成される。この反応は、下記により詳細に説明するように、水溶性又は無水環境で生じてもよい。
ある態様では、酸性の水溶溶液が反応システムで使用される。酸はフルオロアルミン酸塩が供給される反応器にある。酸は連続式工程等で反応器に連続的に供給されてもよく、又は少ない量の酸がバッチ工程等で供給されてもよい。酸は、反応器中にある水溶溶液に溶解している酸性の水溶溶液又はガスとして供給されてもよい。
ある態様では、フルオロアルミン酸塩と接触する酸は、実質的には無水ガス・ストリームである。例えば、流動床反応器等のフルオロアルミン酸塩と任意にケイ素源とが懸濁される反応器に実質的に無水の酸(実質的に無水のHCl又は硫酸)を供給してもよい。
本発明の方法は、一般的に1つ又はそれよりも多い副産物を有した(例えば、三フッ化アルミニウムおよび/又は四フッ化ケイ素等の)フッ化生成物の準備を含んで成る。上記に記載する様々な反応生成物と副産物とを表1に示し、下記により詳細に説明する。(例えば、三フッ化アルミニウムおよび/又は四フッ化ケイ素等の)フッ化生成物を分離し、精製するための装置および方法は、制限されることなく当業者に周知で、利用可能な装置および方法から選択されてもよい。無水システムがスラリー処理操作を含んでいない場合、無水システムは一般的に水性システムより操作し易い。しかしながら、無水システムは、フルオロアルミン酸塩原料(および、あるならばケイ素源)の制御された粒子径分布の影響を受け、より高い処理温度の影響を受けるかもしれない。
上記で説明するフッ化物の生成方法は、一般的にシラン生成の工程に組み入れられることで、シラン生成の副産物を使用して価値のある追加の生成物を生じさせてもよい。1つ又はそれよりも多い典型的な態様では、四フッ化ケイ素を四水素化アルミニウムのアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩と接触させて、1つ又はそれよりも多いフルオロアルミン酸塩を含んで成るシランと流出液とを生成させる。上記に示すように、フルオロアルミン酸塩を酸と接触させて、(ケイ素が存在しない時)三フッ化アルミニウム又は(ケイ素存在下で)四フッ化ケイ素およびフッ化生成物から分離されてもよい少なくとも1種の副産物が生成されてもよい。
フッ化アルミニウム(NaAlF4)ナトリウム、チオライト(Na5Al3F14)およびクリオライト(Na3AlF6)(「フルオロアルミン酸塩混合物」)の固体状の混合物(15.7g)をシリカ(8g)と共に混合した。次いで、水性塩酸(36重量%で243g)を含んで成るテフロン(登録商標)ビーカーに固体状の混合物を混合した。塩酸とフルオロアルミン酸塩混合物との初期のモル比は20:1であった。混合物を機械的に攪拌するため磁気スターラーをビーカーの底に配置した。ビーカーは1バールの大気圧にあり、20℃の大気温度にあった。フルオロアルミン酸塩粉末は水性塩酸と激しく反応して、連続的に排出されるガス(SiF4)を生成した。フルオロアルミン酸塩混合物と水性の塩酸の灰色がかったスラリーが完全に白っぽいスラリーに変わるまで混合物を45分間攪拌した。スラリー中の液体を注ぎ出して、得られた固体混合物をランプで乾燥して、27.3gの固体を得た。乾燥させた固体物の分析により、重量ベースで塩素モル中のゲインと同等であるフッ素モルの11%が消失したことがわかった。化学量論に基づき、フルオロアルミン酸塩から三フッ化アルミニウム半水和物とフッ化水素への転化は約60%であると考えられる。
テフロン(登録商標)の密閉分解容器でフルオロアルミン酸塩混合物(24.7g)と36重量%の塩酸とを混合した。容器と内容物とを150℃に加熱して、容器上に安全弁を設けて、約690kpaで開放した。30分の加熱後、容器の内容物を大気温度まで冷やし、安全弁を開放した。容器の重量損失、すなわち、開放されたガスは0.11gであった。分解容器中の液体を注ぎ出して、固体混合物をランプで乾燥させた。乾燥での固体物の収率は28%であった。得られた固体物を水で洗浄して、再度乾燥させた。二次乾燥物における固体物の収率は64%であった。化学量論に基づき、フルオロアルミン酸塩の三フッ化アルミニウム半水和物への転化は93%であった。
なお、本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
(態様1)
四フッ化ケイ素を生成する方法であって、
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を少なくとも約30重量%含んで成るフルオロアルミン酸塩原料、酸およびケイ素源を接触させて、四フッ化ケイ素と少なくとも1種の副産物とを生成することを含んで成る、方法。
(態様2)
フルオロアルミン酸塩原料がシラン生成物の副産物である、態様1に記載の方法。
(態様3)
四フッ化ケイ素を副産物から分離して、生成物として四フッ化ケイ素を回収する、態様1又は2に記載の方法。
(態様4)
ケイ素源が、砂、石英、フリント、珪藻岩、ケイ酸塩、冶金級ケイ素、ヒュームド・シリカ、フルオロケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様1〜3のいずれかに記載の方法。
(態様5)
フルオロアルミン酸塩原料が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を少なくとも約50重量%、少なくとも約70重量%、少なくとも約80重量%、少なくとも約90重量%、約30重量%〜約95重量%又は約70重量%〜約95重量%を含んで成る、態様1〜4のいずれかに記載の方法。
(態様6)
酸が塩酸、硫酸およびこれらの混合物から選択される、態様1〜5のいずれかに記載の方法。
(態様7)
酸が塩酸である、態様1〜5のいずれかに記載の方法。
(態様8)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属が、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、バリウム、カルシウムおよびこれらの混合物から選択される、態様1〜7のいずれかに記載の方法。
(態様9)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩がNaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 、Na 3 AlF 6 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様1〜7のいずれかに記載の方法。
(態様10)
フルオロアルミン酸塩原料が、NaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 、Na 3 AlF 6 を含んで成る、態様1〜7のいずれかに記載の方法。
(態様11)
又、フルオロアルミン酸塩原料がフッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムを含んで成る、態様10に記載の方法。
(態様12)
フッ化水素とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩とが、副産物として生成される、態様1〜11のいずれかに記載の方法。
(態様13)
塩化物塩が副産物として生成され、塩化物塩がLiCl、NaCl、KCl、MgCl 2 、BaCl 2 、CaCl 2 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様12に記載の方法。
(態様14)
塩化物塩がNaClである、態様13に記載の方法。
(態様15)
フッ化水素をケイ素源と接触させて、四フッ化ケイ素を生成する、態様12に記載の方法。
(態様16)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を水性酸と接触させる、態様1〜15のいずれかに記載の方法。
(態様17)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を反応器に導いて、四フッ化ケイ素を含む生成ガスと副産物を含むスラリーとを生成する、態様16に記載の方法。
(態様18)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを連続的に反応器に供給して、スラリーと生成ガスとを連続的に反応器から除去する、態様17に記載の方法。
(態様19)
生成ガスが四フッ化ケイ素とフッ化水素とを含んで成る、態様17又は18に記載の方法。
(態様20)
蒸留塔でフッ化水素と四フッ化ケイ素とを分離することを含んで成る、態様19に記載の方法。
(態様21)
スラリーを固−液分離装置に導いて、固体フラクションと液体フラクションとを生成し、固体フラクションがアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成り、液体フラクションが水、フッ化水素、未反応の酸およびアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成る、態様18〜20のいずれかに記載の方法。
(態様22)
蒸留塔で水、フッ化水素および未反応の酸の少なくとも1つを分離することを含んで成る、態様21に記載の方法。
(態様23)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を実質的に無水の酸で接触させる、態様1〜15のいずれかに記載の方法。
(態様24)
フッ化物塩とケイ素源とを、流動化ガスとして酸を含む流動床リアクターに導く、態様23に記載の方法。
(態様25)
生成ガスとアルカリ金属又はアルカリ土類金属の粒状の塩化物塩又は硫化物塩とを流動床リアクターで生成させ、生成ガスが四フッ化ケイ素、フッ化水素および未反応の酸を含んで成る、態様24に記載の方法。
(態様26)
蒸留塔で四フッ化ケイ素を少なくとも1つの他のガスから分離させることを含んで成る、態様25に記載の方法。
(態様27)
フッ化物塩が約500μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様1〜26のいずれかに記載の方法。
(態様28)
フッ化物塩が約300μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様1〜26のいずれかに記載の方法。
(態様29)
少なくとも約1:1、少なくとも約2:1、少なくとも約3:1、少なくとも約10:1又は約1:1〜約25:1のモル比で酸とフッ化物塩とを反応器に加える、態様1〜28のいずれかに記載の方法。
(態様30)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多く反応器に酸を加える、態様1〜29のいずれかに記載の方法。
(態様31)
ケイ素原子数およびフッ素原子数基準で、約1:4、少なくとも約1:3、少なくとも約1:2又は少なくとも約1:1のモル比でケイ素源とフッ化物塩とを反応器に加える、態様1〜30のいずれかに記載の方法。
(態様32)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多くケイ素原子が加えられるようにケイ素源を反応器に加える、態様1〜31のいずれかに記載の方法。
(態様33)
フッ化物塩から四フッ化ケイ素への転化率が、少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約90%、約50%〜約98%、約60%〜約98%又は約75%〜約98%である、態様1〜32のいずれかに記載の方法。
(態様34)
四フッ化ケイ素を生成する方法であって、
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩、酸およびケイ素源を接触させて、四フッ化ケイ素と少なくとも1種の副産物とを生成すること、および
副産物から四フッ化ケイ素を分離して、生成物として四フッ化ケイ素を回収することを含んで成る、方法。
(態様35)
液体生成物として保存するため四フッ化ケイ素を凝縮する、態様34に記載の方法。
(態様36)
フッ化物塩がシラン生成物の副産物である、態様34に記載の方法。
(態様37)
ケイ素源が、砂、石英、フリント、珪藻岩、ケイ酸塩、冶金級ケイ素、ヒュームド・シリカ、フルオロケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様34〜36のいずれかに記載の方法。
(態様38)
酸が塩酸、硫酸およびこれらの混合物から選択される、態様34〜37のいずれかに記載の方法。
(態様39)
酸が塩酸である、態様34〜37のいずれかに記載の方法。
(態様40)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属が、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、バリウム、カルシウムおよびこれらの混合物から選択される、態様34〜39のいずれかに記載の方法。
(態様41)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩がNaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 、Na 3 AlF 6 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様34〜39のいずれかに記載の方法。
(態様42)
NaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 およびNa 3 AlF 6 の混合物を酸と接触させる、態様34〜39のいずれかに記載の方法。
(態様43)
又、混合物がフッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムをも含んで成る、態様42に記載の方法。
(態様44)
フッ化水素とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩とが、副産物として生成される、態様34〜43のいずれかに記載の方法。
(態様45)
塩化物塩が副産物として生成され、塩化物塩がLiCl、NaCl、KCl、MgCl 2 、BaCl 2 、CaCl 2 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様44に記載の方法。
(態様46)
塩化物塩がNaClである、態様45に記載の方法。
(態様47)
フッ化水素をケイ素源と接触させて、四フッ化ケイ素を生成する、態様44に記載の方法。
(態様48)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを水性酸と接触させる、態様34〜47のいずれかに記載の方法。
(態様49)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を反応器に導いて、四フッ化ケイ素を含む生成ガスおよび副産物を含むスラリーを生成する、態様48に記載の方法。
(態様50)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを連続的に反応器に供給し、スラリーと生成ガスとを連続的に反応器から除去する、態様49に記載の方法。
(態様51)
生成ガスが四フッ化ケイ素とフッ化水素とを含んで成る、態様49又は50に記載の方法。
(態様52)
蒸留塔でフッ化水素と四フッ化ケイ素とを分離することを含んで成る、態様51に記載の方法。
(態様53)
スラリーを固−液分離装置に導いて、固体フラクションと液体フラクションとを生成し、固体フラクションがアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成り、液体フラクションが水、フッ化水素、未反応の酸およびアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成る、態様50〜52のいずれかに記載の方法。
(態様54)
蒸留塔で水、フッ化水素および未反応の酸の少なくとも1つを分離することを含んで成る、態様53に記載の方法。
(態様55)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を実質的に無水の酸と接触させる、態様34〜47のいずれかに記載の方法。
(態様56)
フッ化物塩とケイ素源とを、流動化ガスとして酸を含む流動床リアクターに導く、態様55に記載の方法。
(態様57)
生成ガスとアルカリ金属又はアルカリ土類金属の粒状の塩化物塩又は硫化物塩とを流動床リアクターで生成させ、生成ガスが四フッ化ケイ素、フッ化水素および未反応の酸を含んで成る、態様56に記載の方法。
(態様58)
蒸留塔で四フッ化ケイ素を少なくとも1つの他のガスから分離させることを含んで成る、態様57に記載の方法。
(態様59)
フッ化物塩が約500μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様34〜58のいずれかに記載の方法。
(態様60)
フッ化物塩が約300μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様34〜58のいずれかに記載の方法。
(態様61)
少なくとも約1:1、少なくとも約2:1、少なくとも約3:1、少なくとも約10:1又は約1:1〜約25:1のモル比で酸とフッ化物塩とを反応器に加える、態様34〜60のいずれかに記載の方法。
(態様62)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多く反応器に酸を加える、態様34〜61のいずれかに記載の方法。
(態様63)
ケイ素原子数およびフッ素原子数基準で、約1:4、少なくとも約1:3、少なくとも約1:2又は少なくとも約1:1のモル比でケイ素源とフッ化物塩とを反応器に加える、態様34〜62のいずれかに記載の方法。
(態様64)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多くケイ素原子が加えられるようにケイ素源を反応器に加える、態様34〜63のいずれかに記載の方法。
(態様65)
フッ化物塩から四フッ化ケイ素への転化率が、少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約90%、約50%〜約98%、約60%〜約98%又は約75%〜約98%である、態様34〜64のいずれかに記載の方法。
(態様66)
シランと四フッ化ケイ素とを生成する方法であって、
四フッ化ケイ素および四水素化アルミニウムのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩を接触させて、シランおよびアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成る流出液を生成すること、
流出液、酸およびケイ素源を接触させて、四フッ化ケイ素と少なくとも1種の副産物を生成すること、および
四フッ化ケイ素を副産物から分離することを含んで成る、方法。
(態様67)
四水素化アルミニウムを含む反応溶液を通じて四フッ化ケイ素を泡立てる、態様66に記載の方法。
(態様68)
約30℃〜約80℃に維持されている反応媒体で、四フッ化ケイ素および四水素化アルミニウムを接触させる、態様66又は67に記載の方法。
(態様69)
固−液分離装置で反応媒体からフッ化物塩を分離する、態様68に記載の方法。
(態様70)
副産物から分離された四フッ化ケイ素を使用して、四フッ化ケイ素と四水素化アルミニウムのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩とを反応させて、シランを追加的に生成する、態様66〜69のいずれかに記載の方法。
(態様71)
液体生成物として保存するため四フッ化ケイ素を凝縮する、態様66〜70のいずれかに記載の方法。
(態様72)
ケイ素源が、砂、石英、フリント、珪藻岩、ケイ酸塩、冶金級ケイ素、ヒュームド・シリカ、フルオロケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様66〜71のいずれかに記載の方法。
(態様73)
流出液が、約30重量%〜約95重量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成る、態様66〜72のいずれかに記載の方法。
(態様74)
流出液が、約70重量%〜約95重量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成る、態様66〜72のいずれかに記載の方法。
(態様75)
酸が塩酸、硫酸およびこれらの混合物から選択される、態様66〜74のいずれかに記載の方法。
(態様76)
酸が塩酸である、態様66〜74のいずれかに記載の方法。
(態様77)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属が、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、バリウム、カルシウムおよびこれらの混合物から選択される、態様66〜76のいずれかに記載の方法。
(態様78)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩がNaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 、Na 3 AlF 6 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様66〜76のいずれかに記載の方法。
(態様79)
流出液がNaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 およびNa 3 AlF 6 を含んで成る、態様66〜76のいずれかに記載の方法。
(態様80)
又、流出液がフッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムを含んで成る、態様79に記載の方法。
(態様81)
フッ化水素とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩とが、副産物として生成される、態様66〜80のいずれかに記載の方法。
(態様82)
塩化物塩が副産物として生成され、塩化物塩がLiCl、NaCl、KCl、MgCl 2 、BaCl 2 、CaCl 2 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様81に記載の方法。
(態様83)
塩化物塩がNaClである、態様82に記載の方法。
(態様84)
フッ化水素をケイ素源と接触させて、四フッ化ケイ素を生成する、態様81に記載の方法。
(態様85)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を水性酸と接触させる、態様66〜84のいずれかに記載の方法。
(態様86)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を反応器に導いて、四フッ化ケイ素を含む生成ガスおよび副産物を含むスラリーを生成する、態様85に記載の方法。
(態様87)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを連続的に反応器に供給して、スラリーと生成ガスとを連続的に反応器から除去する、態様86に記載の方法。
(態様88)
生成ガスが四フッ化ケイ素とフッ化水素とを含んで成る、態様86又は87に記載の方法。
(態様89)
蒸留塔でフッ化水素と四フッ化ケイ素とを分離することを含んで成る、態様88に記載の方法。
(態様90)
スラリーを固−液分離装置に導いて、固体フラクションと液体フラクションとを生成し、固体フラクションがアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成り、液体フラクションが水、フッ化水素、未反応の酸およびアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成る、態様86〜89のいずれかに記載の方法。
(態様91)
蒸留塔で水、フッ化水素および未反応の酸の少なくとも1つを分離することを含んで成る、態様90に記載の方法。
(態様92)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を実質的に無水の酸と接触させる、態様66〜84のいずれかに記載の方法。
(態様93)
フッ化物塩およびケイ素源を、流動化ガスとして酸を含む流動床リアクターに導く、態様92に記載の方法。
(態様94)
生成ガスとアルカリ金属又はアルカリ土類金属の粒状の塩化物塩又は硫化物塩とを流動床リアクターで生成させ、生成ガスが四フッ化ケイ素、フッ化水素および未反応の酸を含んで成る、態様93に記載の方法。
(態様95)
蒸留塔で四フッ化ケイ素を少なくとも1つの他のガスから分離させることを含んで成る、態様94に記載の方法。
(態様96)
フッ化物塩が約500μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様66〜95のいずれかに記載の方法。
(態様97)
フッ化物塩が約300μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様66〜95のいずれかに記載の方法。
(態様98)
少なくとも約1:1、少なくとも約2:1、少なくとも約3:1、少なくとも約10:1又は約1:1〜約25:1のモル比で酸とフッ化物塩とを反応器に加える、態様66〜97のいずれかに記載の方法。
(態様99)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多く反応器に酸を加える、態様66〜98のいずれかに記載の方法。
(態様100)
ケイ素原子数およびフッ素原子数基準で、約1:4、少なくとも約1:3、少なくとも約1:2又は少なくとも約1:1のモル比でケイ素源とフッ化物塩とを反応器に加える、態様66〜99のいずれかに記載の方法。
(態様101)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多くケイ素原子が加えられるようにケイ素源を反応器に加える、態様66〜100のいずれかに記載の方法。
(態様102)
フッ化物塩から四フッ化ケイ素への転化率が、少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約90%、約50%〜約98%、約60%〜約98%又は約75%〜約98%である、態様66〜101のいずれかに記載の方法。
(態様103)
シランと四フッ化ケイ素とを生成する方法であって、
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成るフルオロアルミン酸塩原料、酸およびケイ素源を接触させて、四フッ化ケイ素と少なくとも1種の副産物とを生成すること、
副産物から四フッ化ケイ素を分離すること、および
四フッ化ケイ素と四水素化アルミニウムのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩とを反応させて、シランを生成することを含んで成る、方法。
(態様104)
四水素化アルミニウムを含む反応溶液を通じて四フッ化ケイ素を泡立てる、態様103に記載の方法。
(態様105)
約30℃〜約80℃に維持されている反応媒体で、四フッ化ケイ素および四水素化アルミニウムを接触させる、態様103又は104に記載の方法。
(態様106)
固−液分離装置で反応媒体からフッ化物塩を分離する、態様105に記載の方法。
(態様107)
ケイ素源が、砂、石英、フリント、珪藻岩、ケイ酸塩、冶金級ケイ素、ヒュームド・シリカ、フルオロケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様103〜106のいずれかに記載の方法。
(態様108)
フルオロアルミン酸塩原料が、約30重量%〜約95重量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成る、態様103〜107のいずれかに記載の方法。
(態様109)
フルオロアルミン酸塩原料が、約70重量%〜約95重量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成る、態様103〜107のいずれかに記載の方法。
(態様110)
酸が塩酸、硫酸およびこれらの混合物から選択される、態様103〜109のいずれかに記載の方法。
(態様111)
酸が塩酸である、態様103〜109のいずれかに記載の方法。
(態様112)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属が、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、バリウム、カルシウムおよびこれらの混合物から選択される、態様103〜111のいずれかに記載の方法。
(態様113)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩がNaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 、Na 3 AlF 6 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様103〜111のいずれかに記載の方法。
(態様114)
フルオロアルミン酸塩原料がNaAlF 4 、Na 5 Al 3 F 14 およびNa 3 AlF 6 を含んで成る、態様103〜111のいずれかに記載の方法。
(態様115)
又、フルオロアルミン酸塩原料がフッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムを含んで成る、態様114に記載の方法。
(態様116)
フッ化水素とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩とが、副産物として生成される、態様103〜115のいずれかに記載の方法。
(態様117)
塩化物塩が副産物として生成され、塩化物塩がLiCl、NaCl、KCl、MgCl 2 、BaCl 2 、CaCl 2 およびこれらの混合物から成る群から選択される、態様116に記載の方法。
(態様118)
塩化物塩がNaClである、態様117に記載の方法。
(態様119)
フッ化水素をケイ素源と接触させて、四フッ化ケイ素を生成する、態様116に記載の方法。
(態様120)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を水性酸と接触させる、態様103〜119のいずれかに記載の方法。
(態様121)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を反応器に導いて、四フッ化ケイ素を含む生成ガスおよび副産物を含むスラリーを生成する、態様120に記載の方法。
(態様122)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを連続的に反応器に供給して、スラリーと生成ガスとを連続的に反応器から除去する、態様121に記載の方法。
(態様123)
生成ガスが四フッ化ケイ素とフッ化水素とを含んで成る、態様121又は122に記載の方法。
(態様124)
蒸留塔でフッ化水素と四フッ化ケイ素とを分離することを含んで成る、態様123に記載の方法。
(態様125)
スラリーを固−液分離装置に導いて、固体フラクションと液体フラクションとを生成し、固体フラクションがアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成り、液体フラクションが水、フッ化水素、未反応の酸およびアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩を含んで成る、態様121〜124のいずれかに記載の方法。
(態様126)
蒸留塔で水、フッ化水素および未反応の酸の少なくとも1つを分離することを含んで成る、態様125に記載の方法。
(態様127)
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を実質的に無水の酸と接触させる、態様103〜119のいずれかに記載の方法。
(態様128)
フッ化物塩およびケイ素源を、流動化ガスとして酸を含む流動床リアクターに導く、態様127に記載の方法。
(態様129)
生成ガスとアルカリ金属又はアルカリ土類金属の粒状の塩化物塩又は硫化物塩とを流動床リアクターで生成させ、生成ガスが四フッ化ケイ素、フッ化水素および未反応の酸を含んで成る、態様128に記載の方法。
(態様130)
蒸留塔で四フッ化ケイ素を少なくとも1つの他のガスから分離させることを含んで成る、態様129に記載の方法。
(態様131)
酸と接触するフッ化物塩が約500μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様103〜130のいずれかに記載の方法。
(態様132)
酸と接触するフッ化物塩が約300μm以下の平均公称径を有する微粒子である、態様103〜130のいずれかに記載の方法。
(態様133)
少なくとも約1:1、少なくとも約2:1、少なくとも約3:1、少なくとも約10:1又は約1:1〜約25:1のモル比で酸とフッ化物塩とを反応器に加える、態様103〜132のいずれかに記載の方法。
(態様134)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多く反応器に酸を加える、態様103〜133のいずれかに記載の方法。
(態様135)
ケイ素原子数およびフッ素原子数基準で、約1:4、少なくとも約1:3、少なくとも約1:2又は少なくとも約1:1のモル比でケイ素源とフッ化物塩とを反応器に加える、態様103〜134のいずれかに記載の方法。
(態様136)
反応器に加えられるフッ化物塩よりも少なくとも約5モル%、少なくとも約25モル%、少なくとも約50モル%、少なくとも約100モル%、少なくとも約250モル%又は少なくとも約500モル%多くケイ素原子が加えられるようにケイ素源を反応器に加える、態様103〜135のいずれかに記載の方法。
(態様137)
フッ化物塩から四フッ化ケイ素への転化率が、少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約90%、約50%〜約98%、約60%〜約98%又は約75%〜約98%である、態様103〜136のいずれかに記載の方法。
Claims (29)
- 四フッ化ケイ素を生成する方法であって、
アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を少なくとも30重量%含んで成るフルオロアルミン酸塩原料と、塩酸を含んで成る酸性ガスおよびケイ素源とを接触させ、それによって、四フッ化ケイ素と少なくとも1種の副産物とを生成することを含んで成る、方法。 - フルオロアルミン酸塩原料がシラン生成物の副産物である、請求項1に記載の方法。
- 四フッ化ケイ素を副産物から分離して、生成物として四フッ化ケイ素を回収する、請求項1又は2に記載の方法。
- ケイ素源が、砂、石英、フリント、珪藻岩、ケイ酸塩、冶金級ケイ素、ヒュームド・シリカ、フルオロケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩がNaAlF4、Na5Al3F14、Na3AlF6およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- フルオロアルミン酸塩原料が、NaAlF4、Na5Al3F14、およびNa3AlF6から成る群から選択されるアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成り、および、フッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムもまた含んで成る、請求項1〜5いずれかに記載の方法。
- フッ化水素とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩又は硫化物塩とが、副産物として生成される、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 塩化物塩が副産物として生成され、塩化物塩がLiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項7に記載の方法。
- フッ化水素をケイ素源と接触させて、四フッ化ケイ素を生成する、請求項7に記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩およびケイ素源を実質的に無水の酸と接触させる、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1:1、少なくとも2:1、少なくとも3:1、少なくとも10:1又は1:1〜25:1のモル比で酸とフッ化物塩とを反応器に加える、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- ケイ素原子数およびフッ素原子数基準で、1:4、少なくとも1:3、少なくとも1:2又は少なくとも1:1のモル比でケイ素源とフッ化物塩とを反応器に加える、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1種の副産物が、フッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムをも含んで成る、請求項1に記載の方法。
- シランと四フッ化ケイ素とを生成する方法であって、
四フッ化ケイ素を四水素化アルミニウムのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩と接触させ、それによって、シランおよび流出液を生成すること、
流出液を、塩酸およびケイ素源と接触させ、それによって、四フッ化ケイ素とフッ化水素を生成すること、および
フッ化水素から四フッ化ケイ素を分離することを含んで成り、
前記流出液が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとから成るフッ化物塩を含んで成る、方法。 - 30℃〜80℃に維持されている反応媒体で、四フッ化ケイ素と四水素化アルミニウムとを接触させる、請求項14に記載の方法。
- ケイ素源が、砂、石英、フリント、珪藻岩、ケイ酸塩、冶金級ケイ素、ヒュームド・シリカ、フルオロケイ酸塩およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項14又は15に記載の方法。
- 流出液が、30重量%〜95重量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成る、請求項14〜16のいずれかに記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩がNaAlF4、Na5Al3F14、Na3AlF6およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項14〜17のいずれかに記載の方法。
- 流出液が、NaAlF4、Na5Al3F14およびNa3AlF6から成る群から選択されるアルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩を含んで成り、および、フッ化アルミニウムおよび/又はフッ化ナトリウムもまた含んで成る、請求項14〜18のいずれかに記載の方法。
- フッ化水素とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩とが、副産物として生成される、請求項14〜19のいずれかに記載の方法。
- 塩化物塩がLiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項20に記載の方法。
- フッ化水素をケイ素源と接触させて、四フッ化ケイ素を生成する、請求項20に記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを水性塩酸と接触させる、請求項14〜22のいずれかに記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを反応器に導いて、四フッ化ケイ素を含む生成ガスとアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物塩を含むスラリーとを生成する、請求項23に記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを連続的に反応器に供給して、スラリーと生成ガスとを連続的に反応器から除去する、請求項24に記載の方法。
- 生成ガスが四フッ化ケイ素とフッ化水素とを含んで成る、請求項24又は25に記載の方法。
- アルカリ金属又はアルカリ土類金属とアルミニウムとのフッ化物塩とケイ素源とを実質的に無水の塩酸と接触させる、請求項14〜26のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1:1、少なくとも2:1、少なくとも3:1、少なくとも10:1又は1:1〜25:1のモル比で塩酸とフッ化物塩とを反応器に加える、請求項14〜27のいずれかに記載の方法。
- ケイ素原子数およびフッ素原子数基準で、1:4、少なくとも1:3、少なくとも1:2又は少なくとも1:1のモル比でケイ素源とフッ化物塩とを反応器に加える、請求項14〜28のいずれかに記載の方法。
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