JPH01234317A - Production of silicon tetrachloride - Google Patents

Production of silicon tetrachloride

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Publication number
JPH01234317A
JPH01234317A JP5946588A JP5946588A JPH01234317A JP H01234317 A JPH01234317 A JP H01234317A JP 5946588 A JP5946588 A JP 5946588A JP 5946588 A JP5946588 A JP 5946588A JP H01234317 A JPH01234317 A JP H01234317A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
colloidal silica
powder
soln
chlorine
catalyst
Prior art date
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Pending
Application number
JP5946588A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Tanaka
信夫 田中
Takeshi Okuya
猛 奥谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Idemitsu Kosan Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP5946588A priority Critical patent/JPH01234317A/en
Publication of JPH01234317A publication Critical patent/JPH01234317A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To efficiently obtain silicon tetrachloride, by reacting colloidal silica soln., sodium silicate soln. or powdered material contg. silicon dioxide, and carbon fine powder with chlorine in the presence of potassium compd., as catalyst. CONSTITUTION:The targeted silicon tetrachloride is obtd. by reacting colloidal silica soln., sodium silicate soln. or powdered material contg. silicon dioxide and carbon powder with chlorine in the presence of the catalyst consisting of potassium compd. As the colloidal silica soln. to be used, there are, for example, colloidal silica soln. recovered from hot water contg,. silici acid, synthetic colloidal silica soln., etc., of these solns., the soln. contg. 1-50wt.% SiO2 having 50-800Angstrom particle size, in a solvent such as water, methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone can be suitably used. As the potassium compd. used as catalyst, inorg. acid salt (e.g., KHSO4), org. acid salt (e.g., CH3COOK), org. potassium compd. (e.g., C2H5OK), the compd. contg. fluorine atom (e.g. KF, sulfide (e.g., K2S), etc., are exemplified.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、四塩化珪素の製造法に関し、さらに詳しくは
半導体工業、電子工業、ガラス工業等において利用され
る四塩化珪素の効率のよい製造法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing silicon tetrachloride, and more specifically to an efficient production of silicon tetrachloride used in the semiconductor industry, electronic industry, glass industry, etc. Regarding the law.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題]四塩化
珪素は、半導体用の高純度シリコン、アエロジル、石英
ガラス等の原料として使用されている。しかし、現在工
業化されている四塩化珪素の製造方法は、出発原料とし
て金属珪素や炭化珪素を用いており、多くのエネルギー
を必要とする等、様々な問題がある。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Silicon tetrachloride is used as a raw material for high-purity silicon for semiconductors, Aerosil, quartz glass, and the like. However, currently industrialized methods for producing silicon tetrachloride use metallic silicon or silicon carbide as starting materials, and there are various problems such as the need for a large amount of energy.

従来から知られている四塩化珪素の製造方法として、例
えば特開昭48−66097号公報、同50−9595
号公報、同53−6297号公報等に示されるものでは
、SiC,FeSi、Siなどを塩素と反応させて四塩
化珪素を得ているが、これら原料であるSiC,FeS
i、Siは、二酸化珪素(シリカ;5in2)から得ら
れた中間製品であり、そのため四塩化珪素を製造するま
でに要するエネルギー量は多大なものであった。
Conventionally known methods for producing silicon tetrachloride include, for example, JP-A-48-66097 and JP-A-50-9595.
In the methods disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-6297, etc., silicon tetrachloride is obtained by reacting SiC, FeSi, Si, etc. with chlorine, but these raw materials SiC, FeS
i, Si is an intermediate product obtained from silicon dioxide (silica; 5in2), and therefore the amount of energy required to produce silicon tetrachloride was large.

また特開昭58−217421号公報、同59−500
17号公報、同60−65711号公報等には、シリカ
粉末とカーボン粉末を混合してペレット化したものを原
料とし、これを塩素と反応させる方法が開示されている
。しかしながら、この方法は、反応温度がi o o 
o ’c以上、実質的に1200〜1300°Cである
ために、この温度に耐えられる特殊な反応器が必要であ
り、その材質などの選択が困難であるという問題がある
Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-217421, No. 59-500
No. 17, No. 60-65711, etc. disclose a method in which a mixture of silica powder and carbon powder is used as a raw material to form pellets, and the mixture is reacted with chlorine. However, in this method, the reaction temperature is i o o
Since the temperature is substantially 1200 to 1300° C., a special reactor that can withstand this temperature is required, and it is difficult to select the material for the reactor.

この反応温度を下げるために、これと同様の原料を用い
てPOCffi3やB Cl 3. As C113な
どの触媒の存在下で塩素と反応させる方法が特開昭61
−26507号公報、同5B−55329号公報等に示
されている。しかし、この方法では、製品の四塩化珪素
中に触媒からのリン、ホウ素。
In order to lower this reaction temperature, POCffi3 and BCl3. A method of reacting with chlorine in the presence of a catalyst such as As C113 was disclosed in JP-A-61.
This method is disclosed in JP-A-26507, JP-A-5B-55329, and the like. However, in this method, phosphorus and boron from the catalyst are contained in the silicon tetrachloride product.

ヒ素などが混入することがあるため、半導体材料として
用いることができなかった。
It could not be used as a semiconductor material because it could be contaminated with arsenic and other substances.

さらに特開昭58−99116号公報、同62−170
12号公報等には、有機珪素含有植物の炭化法を塩素化
することにより四塩化珪素を得る方法が示されている。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-open No. 58-99116 and 62-170
Publications No. 12 and the like disclose a method of obtaining silicon tetrachloride by chlorinating the carbonization method of organic silicon-containing plants.

しかしながら、これらの方法は未だ製造効率が低く、実
用性に乏しいものであった。
However, these methods still have low manufacturing efficiency and lack practicality.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

そこで本発明者らは、上記従来技術の課題を解決し、出
発原料として直接シリカを用い、これを効率よく塩素と
反応させて四塩化珪素を製造する方法を開発すべく鋭意
研究を重ねた。
Therefore, the present inventors have conducted extensive research in order to solve the above problems of the prior art and develop a method for producing silicon tetrachloride by directly using silica as a starting material and efficiently reacting it with chlorine.

その結果、原料としてコロイドシリカ溶液又はケイ酸ソ
ーダ溶液を用いるとともに、これを予め炭素の微粉末と
混合してゲルとしておき、このゲルを乾燥したもの、あ
るいは二酸化珪素含有物質粉末を炭素の微粉末と混合し
たものを、特定の触媒の存在下で塩素と反応させること
により、上記の目的を達成できることを見出した。
As a result, a colloidal silica solution or a sodium silicate solution is used as a raw material, and this is mixed in advance with fine carbon powder to form a gel, and this gel is dried, or silicon dioxide-containing substance powder is mixed with fine carbon powder. It has been found that the above object can be achieved by reacting the mixture with chlorine in the presence of a specific catalyst.

本発明はかかる知見に基いて完成したものである。すな
わち本発明は、コロイドシリカ溶液、ケイ酸ソーダ溶液
あるいは二酸化珪素含有物質粉末及び炭素微粉末を、カ
リウム化合物よりなる触媒の存在下で塩素と反応させる
ことを特徴とする四塩化珪素の製造法を提供するもので
ある。
The present invention was completed based on this knowledge. That is, the present invention provides a method for producing silicon tetrachloride, which is characterized by reacting a colloidal silica solution, a sodium silicate solution, or a silicon dioxide-containing substance powder, and a fine carbon powder with chlorine in the presence of a catalyst consisting of a potassium compound. This is what we provide.

本発明の方法において、出発原料としてはコロイドシリ
カ溶液、ケイ酸ソーダ溶液あるいは二酸化珪素含有物質
粉末のいずれかが用いられる。ここでコロイドシリカ溶
液としては、各種のものが充当できる。例えば、ケイ酸
含有熱水から回収されるコロイドシリカ溶液1金成コロ
イドシリカ溶液などがある。また、これらのうち水、メ
タノール、エタノール、プロパツール、ブタノール、ア
セトン等の溶媒中に粒径が50〜800人のS i O
zを1〜50重量%含むものが好適に使用できる。
In the method of the invention, the starting material used is either a colloidal silica solution, a sodium silicate solution or a powder of a silicon dioxide-containing substance. Here, various types of colloidal silica solutions can be used. For example, there is a colloidal silica solution recovered from silicic acid-containing hot water, a monometallic colloidal silica solution, and the like. Among these, SiO with a particle size of 50 to 800 particles in a solvent such as water, methanol, ethanol, propatool, butanol, acetone, etc.
Those containing 1 to 50% by weight of z can be suitably used.

ここで、ケイ酸含有熱水から回収されるコロイドシリカ
とは、温泉あるいは地熱発電等において湧出する熱水中
に溶解しているコロイド状シリカであり、非品性(アモ
ルファス)の超微粒子であるという特性を有し、本発明
の方法の出発原料として最適なものである。また、他の
出発原料として用いられるケイ酸ソーダ溶液とは 式 NagO−n S fog(n = 0.5〜4.
0 )で表わされるケイ酸ソーダ(珪酸ナトリウム)の
水溶液を意味し、20〜40重量%のSiO□を含有し
ているものが好適に使用できる。
Here, colloidal silica recovered from silicic acid-containing hot water is colloidal silica dissolved in hot water gushing out from hot springs or geothermal power generation, etc., and is amorphous ultrafine particles. This property makes it ideal as a starting material for the method of the present invention. In addition, the sodium silicate solution used as another starting material has the formula NagO-n S fog (n = 0.5-4.
It means an aqueous solution of sodium silicate (sodium silicate) represented by 0), and a solution containing 20 to 40% by weight of SiO□ can be suitably used.

本発明の方法においては、上記のようなコロイドシリカ
溶液あるいはケイ酸ソーダ溶液を出発原料として用いる
場合には、そのまま炭素微粉末と混合して、塩素と反応
させることもできるが、まず炭素微粉末と混合してゲル
化し、これを乾燥した後に塩素の反応させることが好ま
しい。ここで、このコロイドシリカ溶液又はケイ酸ソー
ダ溶液と混合すべき炭素微粉末は、要するに上記シリカ
源の酸素原子と反応する炭素源であればよく、具体的に
はカーボンブラック、石油コークス、活性炭。
In the method of the present invention, when a colloidal silica solution or a sodium silicate solution as described above is used as a starting material, it can be mixed with fine carbon powder as it is and reacted with chlorine; It is preferable to mix this with a gel to form a gel, dry this, and then react with chlorine. Here, the fine carbon powder to be mixed with the colloidal silica solution or the sodium silicate solution may be any carbon source that reacts with the oxygen atoms of the silica source, and specifically carbon black, petroleum coke, and activated carbon.

木炭などの粉末(微粉末)が使用できる。この炭素微粉
末のカーボン粒径については、上記コロイドシリカ溶液
又はケイ酸ソーダ溶液と溶媒中で混合してゲルを形成し
うるとともに、このコロイドシリカ溶液又はケイ酸ソー
ダ溶液と充分に接触できるものであればよい。具体的に
は74μm以下(200メツシユパス以下の径)、好ま
しくは10μm以下のものを用いる。この粒径が大きい
とシリカ源との接触が不充分となって反応速度が遅くな
り好ましくない。
Powder (fine powder) such as charcoal can be used. The carbon particle size of this fine carbon powder should be such that it can be mixed with the colloidal silica solution or sodium silicate solution in a solvent to form a gel, and that it can be sufficiently contacted with the colloidal silica solution or sodium silicate solution. Good to have. Specifically, a diameter of 74 μm or less (diameter of 200 mesh passes or less), preferably 10 μm or less is used. If the particle size is large, contact with the silica source will be insufficient and the reaction rate will be slow, which is undesirable.

上記コロイドシリカ溶液又はケイ酸ソーダ溶液と炭素微
粉末とは、一般にS i O2とCのモル比(C/Si
O□)が1.0〜10.好ましくは2.0〜5.0とな
るように混合される。
The above-mentioned colloidal silica solution or sodium silicate solution and carbon fine powder generally have a molar ratio of SiO2 and C (C/Si
O□) is 1.0 to 10. Preferably, the ratio is 2.0 to 5.0.

この両者のモル比が1.0未満では反応が充分に進行せ
ず、またこの比が10を超えると、炭素微粒子が無駄と
なり、コストアップの原因となるため好ましくない。
If the molar ratio between the two is less than 1.0, the reaction will not proceed sufficiently, and if this ratio exceeds 10, the carbon particles will be wasted, which is undesirable as it will cause an increase in cost.

本発明の方法において、このコロイドシリカ溶液又はケ
イ酸ソーダ溶液を出発原料とする場合には、これらと炭
素微粉末とを溶媒の存在下あるいは不存在下で混合する
。この混合にあたっては、別途調製した溶媒にコロイド
シリカ溶液又はケイ酸ソーダ溶液と炭素微粉末とを加え
て混合してもよく、また、コロイドシリカ溶液又はケイ
酸ソーダ溶液と炭素微粉末とを混合した後に、溶媒を加
えて撹拌混合してもよい。さらにはコロイドシリカ溶液
又はケイ酸ソーダ溶液と上記炭素微粉末を撹拌槽などに
入れ、これを充分に撹拌して混合させてもよい。また混
合の際あるいは混合後に、これを適度に加熱して、例え
ば溶媒が水の場合には50〜100°Cに加熱し、ある
いはこれにメタノール、エタノールなどのアルコールま
たは塩酸。
In the method of the present invention, when this colloidal silica solution or sodium silicate solution is used as a starting material, these and fine carbon powder are mixed in the presence or absence of a solvent. For this mixing, a colloidal silica solution or a sodium silicate solution and a fine carbon powder may be added to a separately prepared solvent, or a colloidal silica solution or a sodium silicate solution and a fine carbon powder may be mixed. Afterwards, a solvent may be added and mixed by stirring. Furthermore, the colloidal silica solution or the sodium silicate solution and the above-mentioned fine carbon powder may be placed in a stirring tank or the like, and the mixture may be thoroughly stirred and mixed. Further, during or after mixing, the mixture is heated appropriately, for example, when the solvent is water, it is heated to 50 to 100°C, or an alcohol such as methanol or ethanol or hydrochloric acid is added to the mixture.

酢酸、硝酸などの酸を加えることによって、コロイドシ
リカ溶液又はケイ酸ソーダ溶液と炭素微粉末との混合物
をゲル化させる。
The mixture of colloidal silica solution or sodium silicate solution and fine carbon powder is gelled by adding an acid such as acetic acid or nitric acid.

本発明では、さらにこのゲル化したものを熱風等の乾燥
手段にて乾燥させることが好ましい。この乾燥は、溶媒
を充分に減少させることができる温度および時間で行え
ばよく、好ましくは溶媒の沸点以上の温度、例えば溶媒
が水の場合、80〜150°C程度が適当である。
In the present invention, it is preferable to further dry this gelled product using a drying means such as hot air. This drying can be carried out at a temperature and for a time that can sufficiently reduce the solvent, preferably at a temperature higher than the boiling point of the solvent, for example, when the solvent is water, about 80 to 150°C.

本発明の方法においては、出発原料として二酸化珪素含
有物質粉末を用いることもできるが、この場合には、こ
れを塩素と反応させる前に予め炭素微粉末と充分に混合
しておくことが好ましい。
In the method of the present invention, a powder of a silicon dioxide-containing substance may be used as a starting material, but in this case, it is preferable to thoroughly mix it with fine carbon powder before reacting it with chlorine.

゛ここで、二酸化珪素含有物質粉末としては、具体的に
は珪石、シリカフラワー(金属珪素、フェロシリコン等
の製造時に副生ずるS i Ozを多量に含む物質)、
フライアッシュ(微粉炭燃焼時に煙道。
゛Here, the silicon dioxide-containing substance powder specifically includes silica stone, silica flour (a substance containing a large amount of SiOz, which is produced as a by-product during the production of metal silicon, ferrosilicon, etc.),
Fly ash (flue during pulverized coal combustion).

集塵器などから採取されるSiO□を含む灰の粒子)。Ash particles containing SiO□ collected from dust collectors, etc.).

シリカゾル、シリカ、珪酸植物の炭化物(イネ。Silica sol, silica, silicate carbonized plant (rice).

ムギなどの籾殻やワラ、笹の葉、トウモロコシの葉や茎
などを300〜1300 ’Cで炭化させて得られる炭
化物でSiO□、無定形炭素などを含む)などを挙げる
ことができる。これらの二酸化ケイ素含有物質粉末は、
粒径が小さいものほど好ましいが、通常は50μm以下
の粒径を有するものが好適である。殊に、コロイドシリ
カを噴霧乾燥して得られた50μm以下のアモルファス
シリカ粉末が好ましい。
It is a carbide obtained by carbonizing rice husks and straw of wheat, bamboo leaves, corn leaves and stalks at 300 to 1300'C, and includes SiO□, amorphous carbon, etc.). These silicon dioxide-containing substance powders are
The smaller the particle size is, the more preferable it is, but it is usually preferable to have a particle size of 50 μm or less. In particular, amorphous silica powder with a diameter of 50 μm or less obtained by spray-drying colloidal silica is preferred.

本発明において、上記二酸化珪素含有物質粉末を用いる
場合には、この二酸化珪素含有物質粉末と炭素微粉末と
をC/ S i Oz (モル比)=2.0〜5.0に
なるように加えて、ボールミル等を用いて充分に粉砕混
合し、得られる粉末の粒径を5.0〜0、1H程度にし
ておくことが好ましい。
In the present invention, when using the above-mentioned silicon dioxide-containing substance powder, the silicon dioxide-containing substance powder and carbon fine powder are added so that C/SiOz (molar ratio) = 2.0 to 5.0. It is preferable that the powder be thoroughly ground and mixed using a ball mill or the like, so that the particle size of the resulting powder is about 5.0 to 0.1H.

本発明の方法においては、上述した■コロイドシリカ溶
液又はケイ酸ソーダ溶液を炭素微粉末と混合してゲル化
し、更に乾燥した乾燥ゲルあるいは■二酸化珪素含有物
質粉末を炭素微粉末と混合した混合物に、触媒としての
カリウム化合物を添加し、特に乾燥ゲルの場合には必要
に応じてボールミルなどにより微粒子状に粉砕する。こ
の粉砕は、ゲルを解膠させることのできる装置を用い、
適度な粒度、例えば5.0〜0.1μmとなるまで行え
ばよく、時間は20〜300分間程度で、また温度は室
温で充分である。
In the method of the present invention, the above-mentioned (1) colloidal silica solution or sodium silicate solution is mixed with fine carbon powder to form a gel, and then dried gel or (1) a mixture of silicon dioxide-containing material powder mixed with fine carbon powder is formed. , a potassium compound as a catalyst is added, and if necessary, especially in the case of a dry gel, it is ground into fine particles using a ball mill or the like. This pulverization uses a device that can peptize the gel.
It is sufficient to carry out the process until a suitable particle size is obtained, for example, 5.0 to 0.1 μm, and the time is about 20 to 300 minutes, and the temperature is room temperature.

ここで、触媒として用いるカリウム化合物としては、K
 HS O−、K z S O4、K HCO3、K 
2 CO3゜KNO,などの無機酸塩、CH,C00K
Here, the potassium compound used as a catalyst is K
HS O-, K z SO4, K HCO3, K
2 Inorganic acid salts such as CO3゜KNO, CH, C00K
.

KHC,H,O,、に、C,H,0,、などの有機酸塩
、C2H,OK、C,H,OKなどのアルコキシドやフ
ェノキシト、K Cz Hs 、  K Cb Hsな
どの有機カリウム化合物、KF、KHFz、KCl、、
KBr。
Organic acid salts such as KHC, H, O,, C, H, 0, etc., alkoxides and phenoxides such as C2H, OK, C, H, OK, organic potassium compounds such as K Cz Hs, K Cb Hs, etc. ,KF,KHFz,KCl,,
KBr.

Klなどのハロゲン化物、K z O、K OH、K 
z O3などの酸素含有化−金物、K2Sなどの硫化物
、KCNなどのシアン化物、KSONなどのチオシアン
化物などがあげられる。そのほか、KHなどの水素化物
、KN、、KNH2などの窒素化物、KBH,。
Halides such as Kl, K z O, K OH, K
Examples include oxygen-containing metals such as zO3, sulfides such as K2S, cyanides such as KCN, and thiocyanides such as KSON. In addition, hydrides such as KH, nitrides such as KN, KNH2, KBH, etc.

KB、などのホウ素化物等を用いることもできる。A boride such as KB can also be used.

これらの触媒の粒径は、特に制限はないが、−般には5
0μm以下に調節することが好ましい。
The particle size of these catalysts is not particularly limited, but is generally 5.
It is preferable to adjust the thickness to 0 μm or less.

これらの触媒は、通常は原料中のSiO□に対して0.
01〜20重量%、好ましくは0.1〜IO重量%の割
合で添加する。
These catalysts are usually 0.0% relative to SiO□ in the raw material.
It is added in a proportion of 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to IO% by weight.

触媒添加後に、原料混合物とともに粉砕することも可能
であるが、これは次・の塩素との反応を効率よく行わせ
るためのものであって、乾燥後のゲル又は二酸化珪素含
有物質粉末の状態あるいは塩素化の手段によっては省略
することもできる。
After adding the catalyst, it is also possible to pulverize the raw material mixture together with the raw material mixture, but this is to ensure that the next reaction with chlorine is carried out efficiently. Depending on the means of chlorination, it may be omitted.

本発明の方法では、上記の如く調製した乾燥ゲル又は二
酸化珪素含有物質粉末と炭素微粉末との混合物を、触媒
であるカリウム化合物の存在下で、塩素と反応させるこ
とによって、四塩化珪素を製造する。この塩素との反応
は、各種条件下で行うことができるが、一般には700
〜■300°C1好ましくは800〜1000°Cの温
度で、上記乾燥ゲル又は混合物をカリウムの存在下に塩
素ガスとを接触させることにより行われる。反応温度が
700°C未満では反応速度が遅くなり、また反応温度
が1300°Cを超えると塩素による装置腐食が発生す
るため、特別な装置を必要とするなどの不都合が生ずる
In the method of the present invention, silicon tetrachloride is produced by reacting a mixture of the dry gel or silicon dioxide-containing material powder and fine carbon powder prepared as described above with chlorine in the presence of a potassium compound as a catalyst. do. This reaction with chlorine can be carried out under various conditions, but it is generally
The dry gel or mixture is brought into contact with chlorine gas in the presence of potassium at a temperature of ~300°C, preferably 800 to 1000°C. If the reaction temperature is less than 700°C, the reaction rate will be slow, and if the reaction temperature exceeds 1300°C, equipment corrosion due to chlorine will occur, resulting in disadvantages such as the need for special equipment.

本発明の方法における上記反応は、 SiO□+2C+2C2□→5iC14+2COで表わ
されるが、コロイドシリカと炭素微粒子がゲル化によっ
て均一に混合されるため、あるいは二酸化珪素含有物質
粉末が高い活性を有するため塩素との反応の効率が向上
し、純粋な四塩化珪素を容易に得ることが可能である。
The above reaction in the method of the present invention is expressed as SiO□+2C+2C2□→5iC14+2CO, but because colloidal silica and carbon particles are uniformly mixed by gelation, or because silicon dioxide-containing material powder has high activity, chlorine and The efficiency of the reaction is improved, and pure silicon tetrachloride can be easily obtained.

〔実施例] 次に、本発明を実施例及び比較例により更に詳しく説明
する。
[Examples] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

実施例I Singを20wt%含むコロイドシリカ水溶液に石油
コークス粉末(74μm以下)をC/Si○2(モル比
)=2.5になるように加え、室温で撹拌混合しながら
、メタノールをコロイド水溶液に対し50wL%加え、
60°Cに加温して撹拌を続けた。
Example I Petroleum coke powder (74 μm or less) was added to a colloidal silica aqueous solution containing 20 wt% of Sing so that C/Si○2 (mole ratio) = 2.5, and methanol was added to the colloidal aqueous solution while stirring and mixing at room temperature. Add 50wL% to
The mixture was heated to 60°C and stirring was continued.

撹拌開始から2〜3分間後に溶液が粘稠になりゲル化し
始めた。約30分間撹拌後、シリカ−炭素ゲル化物を1
10°Cで5時間熱風乾燥した。
Two to three minutes after the start of stirring, the solution became viscous and began to gel. After stirring for about 30 minutes, add 1 silica-carbon gel.
It was dried with hot air at 10°C for 5 hours.

これに触媒としてKH3O,をSiO□に対して10−
1%となるように加え、ボールミルで60分間混合、解
砕した。
To this, KH3O was added as a catalyst to SiO□ at 10-
The mixture was added to a concentration of 1%, mixed and crushed in a ball mill for 60 minutes.

ここで得られた試料1.040gをアルミナボート (
100mm(長さ)X15mm(幅)X10mm(高さ
))に分取した。このときの5iOzl1度は51%で
あった。
1.040g of the sample obtained here was placed in an alumina boat (
The sample was divided into 100 mm (length) x 15 mm (width) x 10 mm (height). At this time, 5iOzl1 degree was 51%.

石英ガラス製反応管(1,OOOmm(長さ)X30m
m (径))に、上記のアルミナボートをセットし、真
空に引いた後に系内をアルゴンガスでパージし、更にア
ルゴンガスを流しながら900°Cまで昇温した。次に
、アルゴンガスを塩素ガスに切り換え、100SCCM
の流量で流しながら、試料を入れたアルミナボートを9
00°Cに達した炉内に移動した。
Quartz glass reaction tube (1, OOOmm (length) x 30m
The above alumina boat was set at a diameter of m (diameter)), the system was evacuated, the inside of the system was purged with argon gas, and the temperature was raised to 900°C while flowing argon gas. Next, switch the argon gas to chlorine gas and
The alumina boat containing the sample was placed at a flow rate of 9
It was moved into the furnace where the temperature reached 00°C.

この条件下で1時間反応させた後に、アルミナボートを
炉外に出し、塩素ガスをアルゴンガスに切り換え、冷却
パージした。反応終了後の試料の重さは0.1788で
SiO□濃度は1.3%であった。
After reacting under these conditions for 1 hour, the alumina boat was taken out of the furnace, the chlorine gas was replaced with argon gas, and the reactor was cooled and purged. The weight of the sample after the reaction was completed was 0.1788, and the SiO□ concentration was 1.3%.

また、反応前後の試料の重さと試料中のSing濃度を
もとにして、次式により反応率を求めたところ、99%
であった。
In addition, the reaction rate was calculated using the following formula based on the weight of the sample before and after the reaction and the Sing concentration in the sample, and it was found to be 99%.
Met.

Sighの反応率(%) = (1−by/ax) X
 100a:反応開始前の試料の重さ(g) b:反応開始後の試料の重さ(g) X;反応開始前の試料中のSing濃度(重量%)y:
反応開始後の試料中の5iCh濃度(重量%)実施例2 コロイドシリカを噴霧乾燥し、得られたアモルファスシ
リカ粉末(10〜30μm)と、カーボン粉末(74a
m以下)をC/SiOよ(モル比)=2.5になるよう
に加え、更にこれに触媒とじてKHSO3をSiO□に
対して10wt%になるように加え、ボールミルで60
分間混合、解砕した。
Sigh reaction rate (%) = (1-by/ax) X
100a: Weight of the sample before the start of the reaction (g) b: Weight of the sample after the start of the reaction (g) X: Sing concentration in the sample before the start of the reaction (wt%) y:
5iCh concentration (wt%) in the sample after the start of the reaction Example 2 Colloidal silica was spray-dried, and the obtained amorphous silica powder (10 to 30 μm) and carbon powder (74a
m or less) was added so that C/SiO (mole ratio) = 2.5, and furthermore, KHSO3 was added as a catalyst so that it was 10 wt% with respect to SiO□, and 60
Mix and disintegrate for minutes.

得られた試料1.041gをアルミナボートに分取した
。このときのSiO□濃、度は54%であった。
1.041 g of the obtained sample was fractionated into an alumina boat. At this time, the SiO□ concentration and degree were 54%.

上記試料を用い、以下実施例1と同じ条件及び操作で1
時間塩素化を行った。反応終了後の試料の重さは0.2
73gであり、S i Oz’a度ハ29 %であった
。また、上記式から求めた反応率は86%であった。
Using the above sample, 1.
Time chlorination was carried out. The weight of the sample after the reaction is 0.2
The weight was 73 g, and the S i Oz'a degree was 29%. Further, the reaction rate calculated from the above formula was 86%.

実施例3 実施例1と同じ方法で調製したシリカ−炭素ゲル化物に
、触媒としてKOHをS i Ozに対して10wt%
になるように加え、ボールミルで60分間混合、解砕し
た。
Example 3 To the silica-carbon gelled product prepared in the same manner as in Example 1, 10 wt% of KOH was added to SiOz as a catalyst.
The mixture was mixed and crushed using a ball mill for 60 minutes.

得られた試料1.065gをアルミナボートに分取した
。このときのSiO2濃度は54%であった。
1.065 g of the obtained sample was fractionated into an alumina boat. The SiO2 concentration at this time was 54%.

上記試料を用い、以下実施例1と同じ条件及び操作で1
時間塩素化を行った。反応終了後の試料の重さは0.1
87 gであり、S i Oz濃度は5.6%であった
。また、上記式から求めた反応率は98%であった。
Using the above sample, 1.
Time chlorination was carried out. The weight of the sample after the reaction is 0.1
The weight was 87 g, and the S i Oz concentration was 5.6%. Moreover, the reaction rate calculated from the above formula was 98%.

実施例4 実施例1と同じ方法で調製したシリカ−炭素ゲル化物に
、触媒としてKH3O,をS i O2に対して1.0
wt%になるように加え、ボールミルで60分間混合、
解砕した。
Example 4 A silica-carbon gelled product prepared in the same manner as in Example 1 was added with KH3O as a catalyst at a ratio of 1.0 to SiO2.
Add it to make up wt%, mix for 60 minutes in a ball mill,
Disintegrated.

得られた試料1.033gをアルミナボートに分取した
。このときのSiO□濃度は55%であった。
1.033 g of the obtained sample was fractionated into an alumina boat. The SiO□ concentration at this time was 55%.

上記試料を用い、以下実施例1と同じ条件及び操作で塩
素化を行った。反応終了後の試料の重さは0.254g
であり、5iOz濃度は23%であった。また、上記式
から求めた反応率は90%であった。
Using the above sample, chlorination was carried out under the same conditions and operations as in Example 1. The weight of the sample after the reaction is 0.254g
and the 5iOz concentration was 23%. Further, the reaction rate calculated from the above formula was 90%.

比較例1 触媒を添加しなかったこと以外は、原料調製法。Comparative example 1 Raw material preparation method except that no catalyst was added.

塩素化法共に実施例1と同様の操作を行った。反応開始
前の試料の重さは1.040gであり、SiO□濃度は
56%であった。反応開始後の試料の重さは0.300
gであり、S i Oz濃度は28%であった。また、
上記式から求めたSiO□反応率は85%であった。
The same operations as in Example 1 were performed for both the chlorination method. The weight of the sample before the start of the reaction was 1.040 g, and the SiO□ concentration was 56%. The weight of the sample after the reaction starts is 0.300
g, and the S i Oz concentration was 28%. Also,
The SiO□ reaction rate determined from the above formula was 85%.

比較例2 触媒を添加しなかったこと以外は、原料調製法。Comparative example 2 Raw material preparation method except that no catalyst was added.

塩素化法共に実施例2と同様の操作を行った。反応開始
前の試料の重さは1.053gであり、SiO□濃度は
57%であった。一方、反応開始後の試料の重さは0.
478gであり、SiO□濃度は46%であった。また
、上記式から求めたS i Oz反応率は63%であっ
た。
The same operation as in Example 2 was performed for both the chlorination method. The weight of the sample before the start of the reaction was 1.053 g, and the SiO□ concentration was 57%. On the other hand, the weight of the sample after the start of the reaction is 0.
The weight was 478 g, and the SiO□ concentration was 46%. Further, the S i Oz reaction rate determined from the above formula was 63%.

比較例3 平均粒径1.5μmの石英砂粉末に、粒径74μm以下
の石油コークス粉末をC/ S i O□のモル比が2
.5となるように加えて、ボールミルで60分間粉砕混
合して試料とした。
Comparative Example 3 Petroleum coke powder with a particle size of 74 μm or less was added to quartz sand powder with an average particle size of 1.5 μm at a molar ratio of C/SiO□ of 2.
.. 5 and pulverized and mixed in a ball mill for 60 minutes to prepare a sample.

この試料のSiO□濃度は58%であった。この試料1
.083 gをアルミナボートに分取し、実施例1と同
じ条件で塩素化した。
The SiO□ concentration of this sample was 58%. This sample 1
.. 083 g was fractionated into an alumina boat and chlorinated under the same conditions as in Example 1.

反応終了後の試料の重さは1.029 gであり、S、
1Ozfi度は56%であった。また、このときのSi
n、の反応率は8%であった。
The weight of the sample after the reaction was 1.029 g, S,
1 Ozfi degree was 56%. Also, at this time, Si
The reaction rate of n. was 8%.

上記実施例1〜4及び比較例1〜3の結果を第1表に示
す。
The results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1.

(以下余白) [発明の効果] 本発明の方法によれば、コロイドシリカ溶液又はケイ酸
ソーダ溶液ばかりでなく、アモルファスシリカ粉末のよ
うな二酸化珪素含有物質粉末を出発原料として、低温下
で効率よく塩素と反応し、四塩化珪素を高い収率で得る
ことができる。
(The following is a blank space) [Effects of the Invention] According to the method of the present invention, not only a colloidal silica solution or a sodium silicate solution but also a powder of a silicon dioxide-containing substance such as an amorphous silica powder is used as a starting material, and the process can be efficiently carried out at low temperatures. Reacts with chlorine to produce silicon tetrachloride in high yield.

このように、本発明の方法で製造される四塩化珪素は安
価であるとともに、高品質であるため、半導体工業、電
子工業、ガラス工業などの原料として、あるいはさらに
付加価値の高いトリクロロシラン、モノシランの原料と
して有効に利用することができる。
As described above, silicon tetrachloride produced by the method of the present invention is inexpensive and of high quality, so it can be used as a raw material for the semiconductor industry, electronic industry, glass industry, etc., or as a raw material for the high added value trichlorosilane and monosilane. It can be effectively used as a raw material.

特許出願人  出光興産株式会社Patent applicant: Idemitsu Kosan Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)コロイドシリカ溶液、ケイ酸ソーダ溶液あるいは
二酸化珪素含有物質粉末及び炭素微粉末を、カリウム化
合物よりなる触媒の存在下で塩素と反応させることを特
徴とする四塩化珪素の製造法。
(1) A method for producing silicon tetrachloride, which comprises reacting a colloidal silica solution, a sodium silicate solution, or a silicon dioxide-containing substance powder, and a fine carbon powder with chlorine in the presence of a catalyst made of a potassium compound.
(2)コロイドシリカ溶液又はケイ酸ソーダ溶液と炭素
微粉末を混合してゲル化し、次いでこれを乾燥し、しか
る後にカリウム化合物よりなる触媒の存在下で塩素と反
応させることを特徴とする四塩化珪素の製造法。
(2) Tetrachlorination characterized by mixing a colloidal silica solution or a sodium silicate solution with fine carbon powder to gel it, then drying it, and then reacting it with chlorine in the presence of a catalyst consisting of a potassium compound. Silicon manufacturing method.
(3)二酸化珪素含有物質粉末と炭素微粉末を混合し、
しかる後にカリウム化合物よりなる触媒の存在下で塩素
と反応させることを特徴とする四塩化珪素の製造法。
(3) Mixing silicon dioxide-containing substance powder and carbon fine powder,
A method for producing silicon tetrachloride, which is then reacted with chlorine in the presence of a catalyst made of a potassium compound.
(4)触媒としてのカリウム化合物を、原料中のSiO
_2に対して0.01〜20重量%の割合で存在させる
請求項1〜3のいずれかに記載の製造法。
(4) Potassium compound as a catalyst is added to SiO in the raw material.
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein _2 is present in a proportion of 0.01 to 20% by weight.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011505329A (en) * 2007-12-05 2011-02-24 インスティチュート ナショナル デ ラ ルシェルシュ サイエンティフィック GeCl4 and / or SiCl4 recovery process from optical fiber or glassy residue and process for producing SiCl4 from SiO2 rich material
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