JPS59195519A - Manufacture of hexachlorodisilane - Google Patents

Manufacture of hexachlorodisilane

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JPS59195519A
JPS59195519A JP6573083A JP6573083A JPS59195519A JP S59195519 A JPS59195519 A JP S59195519A JP 6573083 A JP6573083 A JP 6573083A JP 6573083 A JP6573083 A JP 6573083A JP S59195519 A JPS59195519 A JP S59195519A
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JP
Japan
Prior art keywords
silicon
gas
hexachlorodisilane
reaction
si2cl6
Prior art date
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Pending
Application number
JP6573083A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Toyoda
豊田 芳昭
Kazuo Wakimura
脇村 和生
Tadaharu Use
羽勢 忠晴
Osamu Kido
木戸 修
Nobuhiro Kitano
北野 信宏
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.)
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Publication date
Application filed by Mitsui Toatsu Chemicals Inc filed Critical Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

PURPOSE:To manufacture hexachlorodisilane (Si2Cl6) in high yield by cooling and condensing a mixed gas of polychlorosilane obtained by chlorination of a powdered alloy contg. Si etc. with gaseous Cl, and separating by distillation. CONSTITUTION:A mixed gas having 3-70mol% concn. obtained by mixing gaseous Cl C and an inert gas I such as He, Ne, Ar, and Xe is supplied into a chlorination reactor 10 contg. a finely powdered Si alloy, such as Ca-Si, Mg-Si, and Fe-Si, or metallic Si, having 5-300 meshes, and gaseous Si2Cl6, mixed with SiCl4, octachlorotrisilane, and decachlorotetrasilane, is obtained by a solid-gas reaction by heating at 130-600 deg.C. Then the mixed gas is introduced into a condenser 50 to cool, condense, and liquefy, and then introduced into a distillation tower 70. The SiCl4 and Si2Cl6 are taken out separately as distillates from the top of the tower, and the higher chlorides are introduced into a cracker 90 from the bottom of the tower for cracking higher b.p. fractions, reacted therein with Cl, and converted into SiCl4 and Si2Cl6, which are recovered.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリコンまたはシリコン合金を塩素化してヘ
キサクロロジシランを製造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing hexachlorodisilane by chlorinating silicon or silicon alloys.

近年、エレクトロlジス工業の発展に伴い、多結晶シリ
コンあるいはアモルファスシリコン等の半導体用シリコ
ンの需要が急激に増大している。
In recent years, with the development of the electro-distribution industry, the demand for silicon for semiconductors such as polycrystalline silicon or amorphous silicon has increased rapidly.

式(1)で表わされるポリクロロシラン5inC12n
−1−2(n≧2 )       (1)は、かかる
半導体用シリコンの製造原料として最近特にその重要性
を増している。
Polychlorosilane 5inC12n represented by formula (1)
-1-2 (n≧2) (1) has recently become particularly important as a raw material for producing silicon for semiconductors.

これらはそのまま熱分解してアモルファスシリコン等と
することも勿論出来るが(ベルギー特許明細書第889
523号)、さらに還元して、(II)式で表わされる
ポリシランとし、5inHzn+z     (n≧2
 ’)         (If)これを熱分解≠して
半導体用シリコンを製造することか普通である。
Of course, these can be thermally decomposed as they are to produce amorphous silicon, etc. (Belgium Patent Specification No. 889)
No. 523) and further reduced to a polysilane represented by formula (II), 5 inHzn+z (n≧2
') (If) It is common to thermally decompose this to produce silicon for semiconductors.

しかして、ポリシラン、特にジシラン Si2.H6は、熱分解、グロー放電分解によシアモル
ファスシリコン膜を形成する場合、モノシランSiH4
に比較して、基盤上へ形成される膜の堆積速度がはるか
に大きく、かつ、該膜は電気特性に優れている等の利点
があり、太陽電池用または感光ドラム用半導体の原料等
として今後大幅な需要増p口が期待されている(特開昭
56−83929号公報)。
Therefore, polysilanes, especially disilane Si2. H6 is monosilane SiH4 when forming a shear amorphous silicon film by thermal decomposition or glow discharge decomposition.
The film formed on the substrate has advantages such as a much higher deposition rate and excellent electrical properties compared to the previous method, and it will be used as a raw material for semiconductors for solar cells and photosensitive drums in the future. A significant increase in demand is expected (Japanese Unexamined Patent Publication No. 83929/1983).

ヘキサクロロジシラン自体の製造方法は公知であり、通
常、カルシウムシリコン、マグネシウムシリコン、する
いはフェロシリコン等金属とシリコンとの合金の粒子を
高温で塩素化するかまたはシリコン粒子自体を高温で塩
素化することにより行われる(米国特許明細書第260
2728号、同第2621111号)。
The method for producing hexachlorodisilane itself is publicly known, and usually involves chlorinating particles of an alloy of metal and silicon, such as calcium silicon, magnesium silicon, or ferrosilicon, at high temperatures, or chlorinating silicon particles themselves at high temperatures. (U.S. Patent No. 260)
No. 2728, No. 2621111).

しかしながら、この場合、目的物であるヘキサクロロジ
シランのみを選択的に生産することは不可能であり、通
常へキサクロロジシラン以外にも相当量の四塩化硅素(
一般式(+)においてn=1)、オクタクロロトリシラ
ン(同じくn=3)およびそれ以上の高級塩化物(以下
、n≧3のものを単に高級塩化物という)がかなり副生
ずることは避けられなかった。すなわち、ヘキサクロロ
ジシランの収率および四塩化硅素及び高級塩化物の副生
率は、塩素化反応温度、反応器内における塩素ガス濃度
、反応時間(連続反応の場合は反応接触時間ないし滞留
時間)、反応型式(流動層か固定層か)等の種々の因子
によって変りうるものが、通常の条件ではへキサクロロ
ジシランの硅素基準の収率(生成へキサクロロジシラン
中の硅素のモル数*100/仕込み硅素のモル数)はた
かだか25〜35チ程度であった。
However, in this case, it is impossible to selectively produce only hexachlorodisilane, which is the target product, and usually a considerable amount of silicon tetrachloride (
Avoid producing a significant amount of by-products such as n=1 in the general formula (+), octachlorotrisilane (also n=3), and higher chlorides (hereinafter, those with n≧3 are simply referred to as higher chlorides). I couldn't. That is, the yield of hexachlorodisilane and the by-product rate of silicon tetrachloride and higher chlorides are determined by the chlorination reaction temperature, the chlorine gas concentration in the reactor, the reaction time (in the case of continuous reaction, reaction contact time or residence time), Although it can vary depending on various factors such as the reaction type (fluidized bed or fixed bed), under normal conditions the yield of hexachlorodisilane based on silicon (number of moles of silicon in the hexachlorodisilane produced * 100/ The number of moles of silicon charged was about 25 to 35 at most.

しかして、上記諸因子のうち、塩素化反応温度および塩
素ガス濃度の二つの因子が上記収率に最も大なる影響を
及ぼすのであるが、塩素化反応温度もしくは塩素ガス濃
度を高くすると、四塩化硅素(n=1)の副生率が大と
なシ、逆にこれを低くすると高級塩化物(n≧3・)の
副生率が犬となって、いずれにせよ、ヘキサクロロジシ
ラン(n = 2 )の選択率のみを顕著に増大せしめ
ることは困難であった。
Of the above factors, the two factors that have the greatest effect on the yield are the chlorination reaction temperature and chlorine gas concentration. The by-product rate of silicon (n = 1) is high, and conversely, if this is lowered, the by-product rate of higher chlorides (n≧3.) is high, and in any case, hexachlorodisilane (n = It was difficult to significantly increase only the selectivity of 2).

特に、このオクタクロロトリシラン以上の高級塩化物が
大量に副生ずることは、ヘキサクロロジシランの収率を
減少せしめるばかシでなく、廃棄処理を困難にかつ操作
の安全性をそこなうことになるので非常に大きな問題と
なっていた(該高級塩化物は水の存在により容易に衝撃
発火性の白色固体を生じる)。
In particular, the production of a large amount of higher chlorides higher than octachlorotrisilane as a by-product not only reduces the yield of hexachlorodisilane, but also makes disposal difficult and impairs operational safety, so it is extremely important. (These higher chlorides easily form white solids that can ignite on impact in the presence of water.)

本発明はかかる点にかんがみてなされたものであって、
その第1の目的は、高収率でヘキザクロ〆ビランを生成
するヘキサクロロシフランの製造法を提供することであ
る。
The present invention has been made in view of these points, and includes:
The first objective is to provide a method for producing hexachlorosifuran that produces hexachlorosifurane in high yield.

また、その第2の目的は、取扱いがやっかいで、かつ、
安全上問題が多いn≧3の高級塩化物の副生廃棄量を大
dJに減少したヘキサクロロシフランの製造法を提供す
ることである。
In addition, the second purpose is that it is difficult to handle and
An object of the present invention is to provide a method for producing hexachlorosifuran in which the amount of by-product waste of higher chlorides with n≧3, which poses many safety problems, is reduced to a large dJ.

本発明のその他の目的は以下の記載から明らかにされる
であろう。
Other objects of the invention will become apparent from the description below.

本発明の上記目的は、[カルシウムシリコン、マグネシ
ウムシリコン、するいはフェロシリコン等金属とシリコ
ンとの合金の粒子を高温で塩素化するかまたはシリコン
粒子自体を高温で塩素化して、式(1) %式%(1) で表わされるポリクロロシランの混合ガス(生成ガス)
を得、該生成ガスを冷却凝縮して得られる生成凝縮液を
蒸留して四塩化硅素(n=i)、ヘキサクロロジシラン
(n = 2 )およびオクタクロロトリシラン(n 
= 3 )以上の高級塩化物に分離し、該高級塩化物を
塩素と再び反応せしめて四塩化硅素とへキサクロロジシ
ランに転化せしめ、これを上記生成ガスと同様に処理し
てヘキサクロロジシランを回収することを特徴とするヘ
キサクロロジシランの製造法。」によって達成される。
The above object of the present invention is to chlorinate particles of an alloy of metal and silicon such as calcium silicon, magnesium silicon, or ferrosilicon at a high temperature, or to chlorinate the silicon particles themselves at a high temperature to obtain the formula (1). Polychlorosilane mixed gas (produced gas) expressed by the % formula % (1)
The product gas is cooled and condensed, and the resulting condensate is distilled to produce silicon tetrachloride (n = i), hexachlorodisilane (n = 2) and octachlorotrisilane (n
= 3) The above higher chlorides are separated, and the higher chlorides are reacted with chlorine again to convert into silicon tetrachloride and hexachlorodisilane, which is treated in the same manner as the above generated gas to recover hexachlorodisilane. A method for producing hexachlorodisilane, characterized by: ” is achieved.

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明を実施するための好ましい形態の1例を
示すフローシートである。
FIG. 1 is a flow sheet showing one example of a preferred form for carrying out the present invention.

塩素化反応器lOは固−気反応が効果的に行え、かつ、
冷却および/または加熱手段を備えており、反応温度の
制御が可能なものであれば、固定層型、流動層型もしく
は粉体撹拌層型等いかなる形式のものでもかまわない。
The chlorination reactor IO can effectively carry out solid-gas reactions, and
Any type, such as a fixed bed type, fluidized bed type, or powder stirring bed type, may be used as long as it is equipped with cooling and/or heating means and the reaction temperature can be controlled.

すなわち、縦型の槽タイプのものでもよいし、横型の溝
型、円筒型、U字型等各タイプのものでもよい。特に操
作性や、反応終了後の固形残渣の取り出しの容易性の点
で、後者のタイプのものがより好ましい。なお、反応容
器に備えられる攪拌手段としては、プロペラ型、タービ
ン型、パドル型、螺旋型、二重螺旋型、スフIJ。
That is, it may be of a vertical tank type, or of various types such as a horizontal groove type, cylindrical type, or U-shape. In particular, the latter type is more preferable in terms of operability and ease of taking out the solid residue after the reaction is completed. Note that the stirring means provided in the reaction vessel includes propeller type, turbine type, paddle type, spiral type, double spiral type, and Sufu IJ.

−型等の各攪拌機があるが、後二者のタイプのものは、
粉体の輸送機能もあるので、粒子を連続的に供給し連続
的の抜き出す連続操作を行う場合に、特に適し、たもの
セある。
- There are different types of stirrers, but the latter two types are
Since it also has a powder transport function, it is particularly suitable for continuous operations in which particles are continuously supplied and continuously extracted.

塩素化反応器に仕込まれる原料のカルシウム7リコン等
の金属粒子は、通常、比重2〜5、粒子径5〜300 
mesh  程度の砂粒状のものが好適に使用されるが
、これらは混合物であっても、また、マンガン等他種金
属等を混合・溶解したものでもよい。
Metal particles such as Calcium 7 Licon, which are the raw materials charged into the chlorination reactor, usually have a specific gravity of 2 to 5 and a particle size of 5 to 300.
Sand grains of mesh size are preferably used, but they may also be a mixture or a mixture of other metals such as manganese and the like.

大粒子の場合は、粉砕して、適当な粒径にそろえて使用
するのが好ましい。
In the case of large particles, it is preferable to crush them to a suitable particle size before use.

塩素ガスCは配管20を通じて反応器に供給されるが、
反応器に送入すべき塩素ガスCは、通常ボンベ等に充填
されて販売されているものを、濃硫酸やシリカゲル等で
処理して充分脱水した後、特にそれ以上精製することな
く、そのまま使用することが出来る。しかしながら、反
応速度を容易に制御出来る範囲に押さえ反応熱を的確に
コントロールするため、塩素ガスをそのit使用せず、
ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、窒素、四塩化
硅素等の反応系に対し不活性なガス1で希釈し、塩素含
量1〜90 molチ、好ましくは3〜70 mo1%
程度の塩素含有ガスとすることが望ましい。
Chlorine gas C is supplied to the reactor through piping 20,
The chlorine gas C to be sent to the reactor is normally sold in cylinders, etc., and is treated with concentrated sulfuric acid, silica gel, etc., thoroughly dehydrated, and then used as is without further purification. You can. However, in order to keep the reaction rate within an easily controllable range and accurately control the reaction heat, chlorine gas was not used.
Dilute with a gas inert to the reaction system such as helium, neon, argon, xenon, nitrogen, silicon tetrachloride, etc., and have a chlorine content of 1 to 90 mol, preferably 3 to 70 mol%.
It is desirable to use a chlorine-containing gas of about 100%.

塩素含有ガスは、常法に従い、上記固定層の下部又は中
段部に供給して、該ガスを固定層内を−J二昇せしめて
固−気反応を行わしめても良いが、本反応の速度は非常
に速いので、例えば、横型の反応器を使用し層高がそれ
程大きくならない場合は、固定層の表面にガスを供給し
、該固定層表面に沿ってガスを流しながら反応させても
、実用上充分大なる速度でヘキサクロロジシランが生成
する。
The chlorine-containing gas may be supplied to the lower or middle part of the fixed bed according to a conventional method, and the gas may be raised to -J2 in the fixed bed to perform a solid-gas reaction, but the speed of this reaction may is very fast, so for example, if a horizontal reactor is used and the bed height is not very large, gas may be supplied to the surface of the fixed layer and the reaction may be carried out while flowing the gas along the surface of the fixed layer. Hexachlorodisilane is produced at a rate high enough for practical use.

塩素化反応温度はカルシウムシリコン等シリコン合金を
原料とする場合は130°〜400℃、好ましくは15
0°〜350℃であり、シリコン自体を使用する場合は
300°〜600℃、好ましくは300°〜500℃で
ある。
The chlorination reaction temperature is 130° to 400°C, preferably 15°C when a silicon alloy such as calcium silicon is used as the raw material.
The temperature is 0° to 350°C, and when silicon itself is used, the temperature is 300° to 600°C, preferably 300° to 500°C.

反応終了後生成したヘキサクロロジシランガスは、四塩
化硅素、オクタクロロトリシラン、デカクロロテトラシ
ラン等副生ガスとの混合高温ガスとして反応器10から
流出し配管40を通じ゛て凝縮器50へ導かれ、ここで
冷却凝縮せしめられる。
After the reaction is completed, the hexachlorodisilane gas generated flows out of the reactor 10 as a high-temperature gas mixed with by-product gases such as silicon tetrachloride, octachlorotrisilane, and decachlorotetrasilane, and is led to the condenser 50 through the pipe 40. , where it is cooled and condensed.

このためには、凝縮器50として多管型凝縮器を使用し
、該多管壁を介しての間接熱交換操作によシ上記生成ガ
スを冷却凝縮せしめてもよいし、またより好ましくは、
生成ガスと冷却媒体(以下冷媒という)を直接接触せし
めて直接熱交換操作を行わせ、冷却凝縮せしめてもよい
For this purpose, a multi-tubular condenser may be used as the condenser 50, and the generated gas may be cooled and condensed by indirect heat exchange operation through the multi-tubular walls, and more preferably,
The generated gas and a cooling medium (hereinafter referred to as refrigerant) may be brought into direct contact to perform a direct heat exchange operation, thereby cooling and condensing the gas.

前者の間接熱交換操作の場合、冷媒としては、水、塩化
ナトリウムブライン、エチレングリコ  ゛−ルブライ
ン、アンモニア、フロン、メチレンクロライド、シリコ
ンオイル等が使用できる。
In the case of the former indirect heat exchange operation, water, sodium chloride brine, ethylene glycol brine, ammonia, fluorocarbons, methylene chloride, silicone oil, etc. can be used as the refrigerant.

また、後者の直接熱交換操作の場合は、冷媒としては非
水系(もしくは水を含有しない)もので、かつ、ポリク
ロロシラン生成ガスおよび塩素と接触しても反応しない
ものが使用される。
In the case of the latter direct heat exchange operation, the refrigerant used is one that is non-aqueous (or does not contain water) and does not react with the polychlorosilane generated gas and chlorine.

たとえば、フロン、メチレンクロライド、シリコンオイ
ル等があげられるが、特に好適なものとしては、凝縮し
たポリクロロシラン生成液自体もしくは四塩化ケイ素自
体を冷媒として使用することである。
Examples include chlorofluorocarbons, methylene chloride, silicone oil, etc., but particularly preferred are the use of condensed polychlorosilane production liquid itself or silicon tetrachloride itself as a refrigerant.

後者の直接熱交換操作の場合は、生成ガスの凝縮液(以
下生成凝縮液という)は、冷却媒体と共に凝縮器から流
出することになるが、該生成凝縮液と冷媒の王者が混和
しないものであれば、流出液をセトラーにて静置するこ
とのみにより、両者は容易に二相分離して分散できるし
、寸だ、混和するものであれば、後記する蒸留等の手段
で両者を分取できる。
In the case of the latter direct heat exchange operation, the condensate of the product gas (hereinafter referred to as the product condensate) flows out of the condenser together with the refrigerant, but the product condensate and the refrigerant are not miscible. If there is, the two can be easily separated into two phases and dispersed simply by allowing the effluent to stand still in a settler, and if they are miscible, they can be fractionated by means such as distillation, which will be described later. can.

なお、冷媒の温度は、特に制限はないが、生成したポリ
クロロシランが凝固しない温度以上であることが好まし
く、実際には、−50〜50°Cが望ましい。
Note that the temperature of the refrigerant is not particularly limited, but it is preferably at least a temperature at which the produced polychlorosilane does not solidify, and in fact, -50 to 50°C is desirable.

生成凝縮液中に塩化カルシウム、塩化鉄等の副生微粒子
−(又は昇華したものであるため冷却により凝縮しうる
もの、)が固型物として混入する場合は、蒸留工程に先
立ってこれを分離除去することが好ましい。該分離は通
常の固液分離操作、たとえば濾過、遠心分離、沈降分離
等の手段で容易に行われる。
If by-product fine particles such as calcium chloride, iron chloride, etc. (or sublimed particles that can be condensed by cooling) are mixed in the produced condensate as solid substances, they should be separated before the distillation process. It is preferable to remove it. The separation is easily carried out by conventional solid-liquid separation operations such as filtration, centrifugation, sedimentation, and the like.

生成凝縮液は配管60を通じて蒸留塔70に送られ、こ
こで常圧もしくは減圧下に蒸留して、四塩化硅素、ヘキ
サクロロジシラン、オクタクロロトリシラン以上の高級
庫化物の王者に分離される。四塩化硅素およびヘキサク
ロロジシランは塔頂よ−り留出し、高級塩化物は塔底よ
り缶残として取り出される。なお、未反応塩素も低沸成
分として留出するが、これは四塩化硅素の一部と共に配
管80を通じて反応器10に循環使用することができる
The produced condensate is sent to a distillation column 70 through a pipe 60, where it is distilled under normal pressure or reduced pressure and separated into the king of higher grade compounds such as silicon tetrachloride, hexachlorodisilane, and octachlorotrisilane. Silicon tetrachloride and hexachlorodisilane are distilled off from the top of the column, and higher chlorides are taken out as bottom residue from the bottom of the column. Note that unreacted chlorine is also distilled out as a low-boiling component, which can be recycled to the reactor 10 through the pipe 80 together with a portion of silicon tetrachloride.

なお、蒸留塔はラシヒリング、バールサドルリング等を
充填した充填塔でもいいし、バブルキャップ塔の2、ε
゛ときものでもかまわない。
The distillation column may be a packed column filled with Raschig rings, Burl saddle rings, etc., or a bubble cap column with 2, ε
It doesn't matter if it's something special.

缶残として缶出される高級塩化物は、そのま寸、あるい
は該高級塩化物1部に対して2〜20部、好ましくは5
〜15部の四塩化硅素等不活性希釈剤によって希釈され
、配管100を通じて高沸分分解器90に送られる。四
塩化硅素等の希釈剤を使用することにより、反応をマイ
ルドにして、的確に制御することができる。
The higher chloride discharged from the can can be used in its original size or in an amount of 2 to 20 parts, preferably 5 parts per 1 part of the higher chloride.
It is diluted with ~15 parts of an inert diluent, such as silicon tetrachloride, and sent to the high-boiling decomposer 90 via piping 100. By using a diluent such as silicon tetrachloride, the reaction can be made mild and precisely controlled.

高沸分分解器90は気〜液反応が効果的に遂行でき、か
つ、冷却および/または加熱手段を備えておシ、反応温
度を所望の範囲に制御できるものであれば、管型、攪拌
層型等いかなる形式のものでもかまわない。
The high boiling point decomposer 90 can be of a tubular type, a stirring type, etc., as long as it can effectively carry out a gas-liquid reaction, is equipped with cooling and/or heating means, and can control the reaction temperature within a desired range. It may be of any type, such as a layered type.

たとえば、管型の反応器の場合は、これを空塔(空管)
でその寸ま使用してもよいし、α−アルミナビーズ、ラ
シヒリング、バールサドルリング等の充填物を充填して
気液接触をより効果的にすることも好ましい。また空塔
の変型タイプとしては濡れ壁塔としてもよいし、気泡塔
とするととも可能である。なお、気−液接触の態様とし
ては、両者を併流で接触せしめてもよいし、これを向流
としてもよい。
For example, in the case of a tubular reactor, this is an empty column (empty tube).
Alternatively, it is preferable to fill it with a filler such as α-alumina beads, Raschig rings, Burl saddle rings, etc. to make gas-liquid contact more effective. Further, as a modified type of empty tower, it is possible to use a wet wall tower or a bubble tower. In addition, as a mode of gas-liquid contact, both may be brought into contact in cocurrent flow, or may be brought into contact in countercurrent flow.

該高沸分分解器において、高級塩化物は配管100を通
じて供給される塩素と再び反応(以下低級化反応という
)して、四塩化硅素とへキザクロロンシランに転化せし
められる。
In the high boiling point decomposer, the higher chlorides react again with chlorine supplied through the pipe 100 (hereinafter referred to as lowering reaction) and are converted into silicon tetrachloride and hexachlorosilane.

高級塩化物と塩素との反応温度(低級化反応温度)は2
50°〜600℃、好ましくは300゜〜500°C1
さらに好ましくは350°〜450℃である。反応温度
が250℃未満であると反応が効果的に進行せず、崖だ
600°Cを越えると四塩化硅素への転化率が増大し、
ヘキサクロロジシランの転化率が非常に小さくなる。
The reaction temperature between higher chlorides and chlorine (lowering reaction temperature) is 2
50° to 600°C, preferably 300° to 500°C1
More preferably, the temperature is 350° to 450°C. If the reaction temperature is less than 250°C, the reaction will not proceed effectively, and if it exceeds 600°C, the conversion rate to silicon tetrachloride will increase.
The conversion rate of hexachlorodisilane becomes very small.

また、高級塩化物に対する塩素ガスの供給量は、該高級
塩化物1・重量部に対して0.1〜1.5重量部、好ま
しくは0.3〜0.7重量部である。
The amount of chlorine gas supplied to the higher chloride is 0.1 to 1.5 parts by weight, preferably 0.3 to 0.7 parts by weight per 1 part by weight of the higher chloride.

これが・0.1重量部未満では低級化反応が十分進行せ
ず、また1、5重量部を越えた場合は四塩化硅素への転
化率が犬となってヘキサクロロジシランの回収率が低下
し好ましくない。
If this is less than 0.1 part by weight, the lowering reaction will not proceed sufficiently, and if it exceeds 1.5 parts by weight, the conversion rate to silicon tetrachloride will be low and the recovery rate of hexachlorodisilane will decrease, so it is preferable. do not have.

なお、低級化反応、に使用する塩素ガスは、反応器10
に導入したものと同様のものが使用可能である。
Note that the chlorine gas used for the lowering reaction is in the reactor 10.
It is possible to use a device similar to that introduced in .

すなわち、通常ボンベ等に充填されて販売されている塩
素を、濃硫酸やシリカゲル等で処理して充分脱水した後
、特にそれ以上精製することな゛く、そのまま使用する
ことが出来る。しかしながら、反応をアイルドにして容
易に制御出来る範囲に押さえ、反応熱を的確にコントロ
ールするため、塩素ガスをそのまま使用せず、ヘリウム
、ネオン、アルゴン、キセノ/、窒素、四塩化硅素等の
反応系に対し不活性なガスで希釈することが望ましい。
That is, chlorine, which is normally sold in cylinders, can be treated with concentrated sulfuric acid, silica gel, etc., sufficiently dehydrated, and then used as is without further purification. However, in order to keep the reaction idle and to keep it within a range that can be easily controlled, and to accurately control the reaction heat, chlorine gas is not used as it is, and reaction systems such as helium, neon, argon, xenochloride, nitrogen, silicon tetrachloride, etc. It is desirable to dilute with an inert gas.

本発明における低級化反応自体の反応速度は非常に大き
いと思われるが、気−液反応とした場合も塩素ガスの高
級塩化物に対する溶解度がかなり大なることから(10
チ程度はあるものと推定される)、はぼ総合的に均相反
応系として扱ってもよく、短時間で反応は終了するもの
と思料される。なお、実際上250℃以上、特に350
〜450℃で低級化反応を行った場合は、該高級塩化物
の、かなりの部分はこの温度で気化するので、実質的に
は低級化反応は、この気化した高級塩化物ガスと塩素ガ
スとによる気相反応として大部分行われているものと推
定される。
Although the reaction rate of the lowering reaction itself in the present invention is thought to be very high, even when it is a gas-liquid reaction, the solubility of chlorine gas in higher chlorides is considerably high (10
(It is estimated that there is a degree of In addition, in practice, the temperature is 250°C or higher, especially 350°C.
When the lowering reaction is carried out at ~450°C, a considerable portion of the higher chloride is vaporized at this temperature, so the lowering reaction is essentially a reaction between the vaporized higher chloride gas and chlorine gas. It is presumed that most of the reaction takes place as a gas phase reaction.

以−トのごとくして、低級化反応により得られた四塩化
硅素とへキサクロロジシランは混合物(通常の反応条件
では混合ガス)として高沸分分解器から流出するので、
これを生成ガスと同様に処理して該四塩化硅素とへキサ
クロロジシランとに分離し、ヘキサクロロジシランを回
収することができる。好ましい実施の態様としては、図
に示しだように、上記四塩化硅素とへキサクロロジシラ
ンとの混合ガスを配管110を通じて凝−縮器50に導
入し、反応器10からの生成ガスとあわせて処理するこ
とが考えられる。
As described above, silicon tetrachloride and hexachlorodisilane obtained by the lowering reaction flow out of the high-boiling decomposer as a mixture (mixed gas under normal reaction conditions).
This can be treated in the same manner as the produced gas to separate the silicon tetrachloride and hexachlorodisilane, and hexachlorodisilane can be recovered. In a preferred embodiment, as shown in the figure, the mixed gas of silicon tetrachloride and hexachlorodisilane is introduced into the condenser 50 through the pipe 110, and is combined with the generated gas from the reactor 10. It is possible to treat it.

なお、該低級化混合ガスに完全に低級化し°きれないオ
クタクロロトリシラン、デカクロロテトラシラン等のへ
キサクロロジシランよりさらに高級のシラン塩化物が依
然として混入している場合においても、上記のごとき処
理をすることにより、これらのより高級シラン塩化物は
、凝縮器50で凝縮後、配管60により蒸留肇70へ送
られ、この缶出液として再び高沸分分解器へ循環されて
きて、ここで四塩化硅素、もしくはヘキサクロロジシラ
ンに低級化されることになる。
Note that even if the lowered mixed gas still contains silane chlorides higher than hexachlorodisilane, such as octachlorotrisilane and decachlorotetrasilane, which have not been completely lowered, the above-mentioned Through treatment, these higher silane chlorides are condensed in the condenser 50, sent to the distillation station 70 via the piping 60, and circulated as the bottoms to the high boiling point decomposer again. It is then reduced to silicon tetrachloride or hexachlorodisilane.

また、低級化反応により低級化されえないタール等の高
沸成分および上記オクタクロロトリシラン等の一部(こ
れはパージ成分である)は高、沸分分解器の底部から配
管120にょシ排出される。
In addition, high-boiling components such as tar that cannot be lowered by the lowering reaction and some of the above-mentioned octachlorotrisilane (this is a purge component) are discharged from the bottom of the boiling decomposer to the pipe 120. be done.

以上のごとく、本発明は、シリコン合金粒子またはシリ
コン粒子と反応させる塩素ガス濃度や反応温度等の反応
条件を緩やかにして四塩化硅素の副生量を減少させると
共に、オクタクロロトリシラン以−ヒの高級塩化物を塩
素ガスによって低級化し、再度へキサクロロジシランと
して回収することにより、取扱い安全上問題が多い高級
塩化物の生成を大巾に減少せしめ、がっ、目的成分であ
るヘキサクロロジシランの収率を大巾に増加せしめるこ
とができるという顕著な作用効果を奏するものである。
As described above, the present invention reduces the amount of by-product of silicon tetrachloride by reducing the reaction conditions such as the chlorine gas concentration and reaction temperature for reacting with silicon alloy particles or silicon particles, and also reduces the amount of by-product of silicon tetrachloride. By lowering the higher chlorides using chlorine gas and recovering them as hexachlorodisilane, we can greatly reduce the generation of higher chlorides, which have many handling safety issues, and reduce the amount of hexachlorodisilane, the target component. It has the remarkable effect of being able to greatly increase the yield.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、
以下の実施例、比較例において、ポリクロロシランの純
度はガスクロ法により、S+含有量は比色法によって求
めた。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples. In addition,
In the following Examples and Comparative Examples, the purity of polychlorosilane was determined by the gas chromatography method, and the S+ content was determined by the colorimetric method.

実施例1 塩素化反応器として油浴中にセットした21のセパラブ
ルフラスコを使用し、これに市販のカルシウムシリコン
(日本重化学社製48〜200メソシユ、Si含含有量
6垂ルゴン雰囲気下に仕込んだ。温度を200℃まで昇
温し、流量2 0 0 Nme/ minのアルゴン中
に乾燥した塩素ガス(純度98チ)2 5 0 Nml
/ minを混合して上記反応器に導入し、10時間塩
素化反応を行った。
Example 1 A 21 separable flask set in an oil bath was used as a chlorination reactor, and commercially available calcium silicon (manufactured by Nippon Heavy Chemical Co., Ltd., 48 to 200 mesohydrium, Si content: 6 durgon) was charged into the flask. The temperature was raised to 200°C, and 250 Nml of dried chlorine gas (purity 98%) was added in argon at a flow rate of 200 Nme/min.
/min was mixed and introduced into the above reactor, and a chlorination reaction was performed for 10 hours.

生成ガスを0℃に冷却凝縮し、生成凝縮液(1) 1 
5 8.5 17を捕集した。
The produced gas is cooled to 0°C and condensed to produce condensate (1) 1
5 8.5 17 were collected.

該生成凝縮液中の硅素含有量は1.1 molでこれは
反応率85%(Si原子基準)に相当する。
The silicon content in the produced condensate was 1.1 mol, which corresponded to a reaction rate of 85% (based on Si atoms).

次に上記生成凝縮液を常圧下にウイドーー蒸留装置で蒸
留することにより、四塩化硅素a 2.4 g (純度
99.4重量%、0.3 6 5 9 −mol)、ヘ
キサクロロジシラン5 9.8 17 (純度988重
量%0.2 1 8 g−mol、収率33、3%(S
i原子基準))、オクタク口口トす7ラン以トの高級塩
化物の釜残35,3.9をイ(Iた。
Next, the produced condensate was distilled under normal pressure using a Widow distillation apparatus to obtain 2.4 g of silicon tetrachloride a (purity 99.4% by weight, 0.3659-mol) and 59.9 g of hexachlorodisilane. 8 17 (purity 988 wt% 0.2 1 8 g-mol, yield 33, 3% (S
(i atomic standard)), the pot residue of higher chloride of 7 or more runs was 35,3.9.

高沸分分解器(内径13mm、長さ55Qmmのガラス
管にα−アルミナビーズを充填したもの)の頂部から、
上記高級塩化物の釜残35.39を四塩化硅素400g
に希釈した混合溶液を90.9 / hr  で導入す
ると共に、塩素ガス1500 Nm1l/ hr  を
やはり頂部からこれと併流に導入し、400℃で約5時
間塩素化して低級化反応を行った(空塔基準の釜残希釈
液の滞留時間は約7秒であった)0反応生成物はガスと
して分解器の底部から流出するので、これを0℃に冷却
凝縮し、生成凝縮液(n) 442,3 jJを捕集し
た。該生成液ヌ を再び常圧下にウィドシー蒸留装置で蒸留して、四塩化
硅素412.3 g(純度99,5型開。
From the top of the high-boiling fraction decomposer (a glass tube with an inner diameter of 13 mm and a length of 55 Q mm filled with α-alumina beads),
400 g of silicon tetrachloride was added to the pot residue of the above higher chloride (35.39 g).
The mixed solution diluted to The residence time of the residual diluted liquid in the column was approximately 7 seconds).The reaction product flows out from the bottom of the decomposer as a gas, so it is cooled to 0°C and condensed to produce condensate (n) 442 , 3 jJ were collected. The resulting liquid was distilled again under normal pressure using the Widsea distillation apparatus to obtain 412.3 g of silicon tetrachloride (purity 99, open type 5).

係、netの生成量0.072 g−mol’ )、ヘ
キサクロロジシラン24.Og (M298 %、0.
0874 El−mol )、釜残2gを得た。
net production amount: 0.072 g-mol'), hexachlorodisilane: 24. Og (M298%, 0.
0874 El-mol), 2 g of pot residue was obtained.

生成凝縮液(1)および(II)の蒸留により得られた
ヘキサクロロジシランの総置は83.8.9(純度98
チ、0.305 g−mol )、Si基準の収率46
.7係)であった。
The total weight of hexachlorodisilane obtained by distillation of the product condensates (1) and (II) was 83.8.9 (purity 98
Si, 0.305 g-mol), Si-based yield 46
.. Section 7).

実施例2〜3 実施例1と同じ方法で得た生成凝縮液(1)の蒸留釜残
を34.0 g、36.2 gを高沸分分解器の反応温
度を各々300℃、500℃と変えた以外は実施例1と
同一の実験を行った。
Examples 2 to 3 34.0 g and 36.2 g of the distillation still residue of the product condensate (1) obtained in the same manner as in Example 1 were heated to a high boiling point decomposer at a reaction temperature of 300°C and 500°C, respectively. The same experiment as in Example 1 was conducted except for the following changes.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

実施例4〜6 実施例1と同じ方法で得た生成凝縮液(1)の蒸留釜残
を各々200Iの四塩化硅素に希釈して、希釈供給液の
釜残濃度を」二げ、かつ、低級化反応の塩素ガス供給量
を150ON+nl/hr、 3000Nrne/ h
r、 450 ONm7!/ hr。
Examples 4 to 6 The distillation bottoms of the product condensate (1) obtained in the same manner as in Example 1 were each diluted with 200 I of silicon tetrachloride to increase the bottom concentration of the diluted feed solution, and Chlorine gas supply amount for lowering reaction is 150ON+nl/hr, 3000Nrne/h
r, 450 ONm7! /hr.

75ONml/hr と変えたほかは実施例1と同様な
実験を行った。
The same experiment as in Example 1 was conducted except that the flow rate was changed to 75ONml/hr.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

実施例7〜8 実施例1と同じ装置を使用して、カルシウムンリコンの
塩素化反応温度をそれぞれ250℃、150℃と変えた
以外は実施例1と同様にして得た生成凝縮液(+)を蒸
留分離してヘキサクロロジシランをそれぞれ52.7 
jj 。
Examples 7 to 8 Using the same apparatus as in Example 1, the produced condensate (+ ) are separated by distillation to give 52.7% of each hexachlorodisilane.
jj.

36、Og (純度98チ重量係)と、オクタクロロト
す/ラン以−にの高級塩化物の釜残をそれぞれ27.3
 fJ、  29,7 、rを得て、実施例1と同様な
方法で低級化反応を行った。
36.0g (purity 98% by weight) and 27.3g of higher chloride residue from octachlorotosu/ran, respectively.
fJ, 29,7, r was obtained, and a lowering reaction was performed in the same manner as in Example 1.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

/ 比較例1 実施例1の生成凝縮液(1)の蒸留に依るヘキザクロロ
ジシランの収得量は59.89 (純度98重量%)で
ありS・これは収率33.3 %(Si原子基準)であ
る。
/ Comparative Example 1 The amount of hexachlorodisilane obtained by distilling the condensate (1) produced in Example 1 was 59.89 (purity 98% by weight), which was a yield of 33.3% (Si atoms). standards).

結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

比較例2〜3 実施例1と同じ装置を使用して、カルシウムシリコンの
塩素化反応温度をそれぞれ250℃、150℃と変えた
以外は実施例1と同様にして得た生成凝縮液(1)を蒸
留分離してヘキザクロロジシランを得た。
Comparative Examples 2 to 3 Produced condensate (1) obtained in the same manner as in Example 1, using the same apparatus as in Example 1, except that the calcium silicon chlorination reaction temperature was changed to 250°C and 150°C, respectively. was separated by distillation to obtain hexachlorodisilane.

結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

第1段反応だけでは反応条件を種々変更しても生成凝縮
液の収率は非常に低いことが明らかである。
It is clear that in the first stage reaction alone, the yield of the produced condensate is very low even if the reaction conditions are variously changed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を実施するため−の好ましい形態を示す
フローンート図である。 特許出願人 三井東圧化学株式会社
FIG. 1 is a flow route diagram showing a preferred embodiment of the present invention. Patent applicant Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  カルシウムシリコン、マグネシウムシリ−′
コン、あるいはフェロシリコン等金属とシIJ コンと
の合金の粒子を高温で塩素化するかまたはシリコン粒子
自体を高温で塩素化して、式(1) %式%(1) で表わされるポリクロロシランの混合ガス(生成ガス)
を得、該生成ガスを冷却凝縮して得られる生成凝縮液を
蒸留して四塩化硅素(’ n =、 1 )、ヘキサク
ロロジシラン(n=2)およびオクタクロロトリシラン
(n = 3 )以上の高級塩化物に分離し、該高級塩
化物を塩素と再び反応せしめて四塩化硅素とへキサクロ
ロジシランに転化せしめ、これを上記生成ガスと同様に
処理してヘキサクロロジシランを回収することを特徴と
するヘキサクロロジシランの製造法。
(1) Calcium silicon, magnesium silicon
By chlorinating particles of silicon or an alloy of metal such as ferrosilicon and silicon at high temperature, or by chlorinating silicon particles themselves at high temperature, polychlorosilane expressed by formula (1) % formula % (1) can be produced. Mixed gas (produced gas)
The product gas is cooled and condensed, and the resulting condensate is distilled to produce silicon tetrachloride ('n = 1), hexachlorodisilane (n = 2), and octachlorotrisilane (n = 3). It is characterized by separating into higher chlorides, reacting the higher chlorides with chlorine again to convert them into silicon tetrachloride and hexachlorodisilane, and recovering hexachlorodisilane by treating this in the same manner as the above-mentioned generated gas. A method for producing hexachlorodisilane.
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