RU2349546C1 - Method of producing fine silicon dioxide powder - Google Patents

Method of producing fine silicon dioxide powder Download PDF

Info

Publication number
RU2349546C1
RU2349546C1 RU2007128167/15A RU2007128167A RU2349546C1 RU 2349546 C1 RU2349546 C1 RU 2349546C1 RU 2007128167/15 A RU2007128167/15 A RU 2007128167/15A RU 2007128167 A RU2007128167 A RU 2007128167A RU 2349546 C1 RU2349546 C1 RU 2349546C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
plasma
silicon dioxide
silicon tetrachloride
dioxide powder
Prior art date
Application number
RU2007128167/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Алексеевич Горовой (UA)
Михаил Алексеевич Горовой
Юрий Михайлович Горовой (RU)
Юрий Михайлович Горовой
мко Андрей Станиславович Кл (RU)
Андрей Станиславович Клямко
Александр Александрович Пранович (RU)
Александр Александрович Пранович
Виктор Иванович Власенко (RU)
Виктор Иванович Власенко
Владимир Викторович Коржаков (RU)
Владимир Викторович Коржаков
Original Assignee
Михаил Алексеевич Горовой
Юрий Михайлович Горовой
Андрей Станиславович Клямко
Александр Александрович Пранович
Виктор Иванович Власенко
Владимир Викторович Коржаков
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Алексеевич Горовой, Юрий Михайлович Горовой, Андрей Станиславович Клямко, Александр Александрович Пранович, Виктор Иванович Власенко, Владимир Викторович Коржаков filed Critical Михаил Алексеевич Горовой
Priority to RU2007128167/15A priority Critical patent/RU2349546C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2349546C1 publication Critical patent/RU2349546C1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: present invention can be used in chemical industry for producing fine silicon dioxide powder. Oxygen plasma or oxygen-containing gas is generated in plasmatron 1, and fed into reactor 3. Oxidation of silicon tetrachloride by oxygen or oxygen-containing gas takes place at 1000÷2100 °C temperature with 1.0-3.0 molar ratio of consumption of silicon tetrachloride and oxygen. Liquid silicon tetrachloride is atomised using an atomiser 10, in line inside and in the direction of flow of plasma at 0.2÷2.0 MPa pressure, with aperture angle of the atomisation jet of 70÷170°.
EFFECT: the proposed invention allows for producing fine silicon dioxide powder with particle size not less than 30 nm, with uniform particle size distribution.
1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для получения высокодисперсного нанопорошка диоксида кремния и повышения его качества.The invention relates to the field of chemical technology and can be used to obtain highly dispersed nanopowder of silicon dioxide and improve its quality.

Из уровня техники известен способ получения дисперсных частиц диоксида кремния, в котором производят смешение летучего кремнийсодержащего компонента - тетрахлорида кремния (SiCl4) с водородообразующим газом (например, Н2, СН4) и кислородсодержащим газом, подача этой смеси в реактор, разложение летучего кремнийсодержащего компонента и окисление продуктов разложения (US 6352679, С01В 33/12, 2002). При этом в пламя реактора при температуре от 1000 до 21000°С, поддерживаемой за счет энергии экзотермических реакций, происходит разложение SiCl4 и окисление продуктов разложения с образованием диоксида кремния - SiO2, а также соляной кислоты - HCl и влаги - H2O, наличие которых в продуктах реакции снижет качество диоксида кремния, усложняет процесс его получения и аппаратурное оборудование.The prior art method for producing dispersed particles of silicon dioxide, in which a volatile silicon-containing component is mixed - silicon tetrachloride (SiCl 4 ) with a hydrogen-forming gas (for example, Н 2 , СН 4 ) and an oxygen-containing gas, this mixture is fed into the reactor, decomposition of a volatile silicon-containing component and oxidation of decomposition products (US 6352679, C01B 33/12, 2002). Moreover, in the flame of the reactor at a temperature of 1000 to 21000 ° C, supported by the energy of exothermic reactions, the decomposition of SiCl 4 and the oxidation of the decomposition products with the formation of silicon dioxide - SiO 2 , as well as hydrochloric acid - HCl and moisture - H 2 O, the presence of which in the reaction products will reduce the quality of silicon dioxide, complicates the process of its preparation and equipment.

Известен также способ получения высокодисперсного порошка в виде оксидов металлов или металлоидов путем окисления, включающий генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, распыливание в потоке плазмы жидкого тетрахлорида металла или металлоида (RU 2119454 С1, С01G 1/02, 1998). При этом распыливание производят в виде нескольких газодисперсных струй из периферии в поток плазмы под углом к направлению движения потока плазмы, что не обеспечивает из-за продолжительности процесс окисления получение частиц порошка с размером менее 100 нм.There is also known a method of producing a finely dispersed powder in the form of metal or metalloid oxides by oxidation, including the generation of an oxygen or oxygen-containing gas plasma, atomization of a liquid metal tetrachloride or metalloid in a plasma stream (RU 2119454 C1, C1G 1/02, 1998). In this case, spraying is carried out in the form of several gas-dispersed jets from the periphery into the plasma stream at an angle to the direction of movement of the plasma stream, which does not ensure the production of powder particles with a size of less than 100 nm due to the duration of the oxidation process.

Изобретение направлено на повышение качества диоксида кремния и получение нанодисперсного порошка с размером частиц менее 30 нм.The invention is aimed at improving the quality of silicon dioxide and obtaining nanosized powder with a particle size of less than 30 nm.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния, согласно изобретению, включает генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, введение путем распыливания в поток газовой плазмы жидкого тетрахлорида кремния и последующее окисление тетрахлорида кремния кислородом или кислородсодержащим газом при температуре 1000÷2100°С и при соотношении молярных расходов тетрахлорида кремния и кислорода от 1,0 до 3,0, при этом распыливание жидкого тетрахлорида кремния производят соосно внутри и в направлении движения потока плазмы при давлении 0,2-2,0 МПа с углом раскрытия факела распыливания 70÷170°.The solution to this problem is provided by the fact that the method of producing a finely dispersed powder of silicon dioxide, according to the invention, includes the generation of an oxygen or oxygen-containing gas plasma, the introduction of liquid silicon tetrachloride into the gas plasma stream and the subsequent oxidation of silicon tetrachloride with oxygen or an oxygen-containing gas at a temperature of 1000 ÷ 2100 ° C and with a molar ratio of silicon tetrachloride and oxygen from 1.0 to 3.0, while spraying liquid silicon tetrachloride produce coaxially inside and in the direction of movement of the plasma stream at a pressure of 0.2-2.0 MPa with an angle of opening of the spray jet 70 ÷ 170 °.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что диоксид кремния образуется в процессе окисления тетрахлорида кремния, распыленного соосно внутри и в направлении движения высокотемпературного кислородсодержащего потока плазмы, при этом происходит сокращение времени смешения реагентов, нагрева и испарения капель и, соответственно, сокращается время роста частиц диоксида кремния (SiO2). В результате обеспечивается получение нанодисперсного порошка с размером частиц менее 30 нм с равномерным гранулометрическим составом.The claimed technical result is achieved due to the fact that silicon dioxide is formed during the oxidation of silicon tetrachloride, sprayed coaxially inside and in the direction of motion of the high-temperature oxygen-containing plasma stream, this reduces the time of mixing of the reagents, heating and evaporation of the droplets and, accordingly, the particle growth time is reduced silicon dioxide (SiO 2 ). As a result, a nanodispersed powder is obtained with a particle size of less than 30 nm with a uniform particle size distribution.

На чертеже представлена технологическая схема устройства для реализации заявленного способа.The drawing shows a process diagram of a device for implementing the inventive method.

Устройство содержит плазмотрон 1 с патрубком 2 для ввода кислорода или кислородсодержащего газа в плазмотрон, плазмохимический реактор 3 с патрубком 4 для ввода тетрахлорида кремния, устройство подачи 5 тетрахлорида кремния, закалочную камеру 6, теплообменник 7, циклон 8 и тканевый фильтр 9. Внутри плазмохимического реактора 3 (соосно реактору 3 и выходу потока плазмы из плазмотрона 1) установлена форсунка 10 для распыливания жидкого тетрахлорида кремния, выходящий из которой факел распыленной жидкости с углом раскрытия 70÷170° направлен в сторону движения потока плазмы.The device contains a plasmatron 1 with a nozzle 2 for introducing oxygen or oxygen-containing gas into the plasmatron, a plasma-chemical reactor 3 with a nozzle 4 for introducing silicon tetrachloride, a device for feeding 5 silicon tetrachloride, a quenching chamber 6, a heat exchanger 7, a cyclone 8 and a fabric filter 9. Inside the plasma-chemical reactor 3 (coaxial to the reactor 3 and the plasma flow exit from the plasma torch 1), a nozzle 10 is installed for spraying liquid silicon tetrachloride, out of which the spray of a sprayed liquid with an opening angle of 70-170 ° is directed towards in the plasma flow.

Способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния реализуется следующим образом.A method of obtaining a fine powder of silicon dioxide is implemented as follows.

Кислород или кислородсодержащий газ подается в плазмотрон 1 по патрубку 2. Выходящий из плазмотрона 1 поток плазмы при температуре 1200÷3400°С поступает в плазмохимический реактор 3. Жидкий тетрахлорид кремния по патрубку 4 посредством подающего устройства 5 поступает в форсунку 10, установленную внутри плазмохимического реактора 3 с давлением в пределах от 0,2 до 2,0 МПа и распыливается на мелкие капли, причем распыливание производится внутри потока плазмы в направлении его движения, а угол раскрытия факела распыливания составляет 70÷170°, при этом траектории капель жидкости пересекают линии тока плазмы под углом 35÷85°. Капли попадают в плазменную среду непосредственно в зоне распыливания, причем все капли тетрахлорида кремния (SiCl4) смешиваются с плазмой, нагреваются и испаряются практически в одно и то же время, что приводит к сокращению времени смешения реагентов и к быстрому нагреву и испарению капель жидкости. Процессы нагрева и испарения капель SiCl4 и окисления паров тетрахлорида кремния с образованием диоксида кремния и хлора протекают с понижением температуры газовой фазы от температуры плазмы 1200÷3400°С до равновесной температуры продуктов реакции 1000÷2100°С. Продукты реакции охлаждаются в закалочной камере 6 и в теплообменнике 7 и в виде пылегазового потока поступают в аппараты осаждения: циклон 8 и тканевый фильтр 9. Из тканевого фильтра диоксид кремния возвращается в циклон 8, а газовая фаза продуктов реакции по патрубку 11 направляется на хлорирование кремнийсодержащего сырья. Готовый продукт - порошок диоксида кремния отводится из циклона 8 по патрубку 12.Oxygen or oxygen-containing gas is fed into the plasma torch 1 through the nozzle 2. The plasma stream leaving the plasma torch 1 at a temperature of 1200 ÷ 3400 ° C enters the plasma chemical reactor 3. Liquid silicon tetrachloride through the pipe 4 through the feeding device 5 enters the nozzle 10 installed inside the plasma chemical reactor 3 with a pressure in the range from 0.2 to 2.0 MPa and is sprayed onto small droplets, moreover, spraying is carried out inside the plasma stream in the direction of its movement, and the angle of the spray nozzle is 70 ÷ 170 °, while trajectories of liquid droplets intersect the plasma streamlines at an angle of 35 ÷ 85 °. Drops enter the plasma medium directly in the spray zone, and all drops of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) mix with the plasma, heat up and evaporate almost at the same time, which leads to a reduction in the mixing time of the reagents and to rapid heating and evaporation of the liquid droplets. The processes of heating and evaporation of droplets of SiCl 4 and the oxidation of silicon tetrachloride vapors with the formation of silicon dioxide and chlorine occur with a decrease in the temperature of the gas phase from the plasma temperature of 1200 ÷ 3400 ° C to the equilibrium temperature of the reaction products 1000 ÷ 2100 ° C. The reaction products are cooled in the quenching chamber 6 and in the heat exchanger 7 and in the form of a dust and gas stream enter the deposition apparatus: cyclone 8 and fabric filter 9. From the fabric filter, silicon dioxide is returned to cyclone 8, and the gas phase of the reaction products through the pipe 11 is sent to chlorine-containing silicon-containing raw materials. Finished product - silicon dioxide powder is discharged from cyclone 8 through pipe 12.

В таблицах приведены режимные параметры процессов реализации заявленного способа и основные показатели качества целевого продукта - удельная поверхность частиц диоксида кремния, определенная по методу БЭТ, и средний размер частиц, рассчитанный по удельной поверхности по известным формулам. Температура плазмы и равновесная температура продуктов реакции определялись калориметрическим методом.The tables show the operational parameters of the processes of implementing the inventive method and the main quality indicators of the target product — the specific surface area of silicon dioxide particles, determined by the BET method, and the average particle size, calculated by the specific surface according to known formulas. The plasma temperature and the equilibrium temperature of the reaction products were determined by the calorimetric method.

Режимные параметры процесса и показатели качества целевого продуктаProcess performance parameters and quality indicators of the target product ПлазмотронPlasma torch Подача SiCl4 SiCl 4 feed № примераExample No. Род газаGas type Расход кг/чKg / h consumption Мощность, кВтpower, kWt Температура плазмы °СPlasma temperature ° C Расход SiCl4, кг/чConsumption of SiCl 4 , kg / h Соотношение молярных расходов О2 и SiCl4 The ratio of the molar flow rate of O 2 and SiCl 4 Давление подачи, МПаFeed pressure, MPa 1one КислородOxygen 117117 320320 34003400 220220 1one 2,02.0 22 КислородOxygen 190190 222222 27202720 180180 22 1,61,6 33 КислородOxygen 215215 170170 22502250 160160 2,52.5 1,21,2 4four КислородOxygen 220220 8888 12001200 140140 33 0,70.7 55 ВоздухAir 275275 127127 14401440 100one hundred 1,21,2 0,20.2

№ примераExample No. Процесс в реактореReactor process Порошок SiO2 SiO 2 powder Угол раскрытия факела, °Torch opening angle, ° Температура процесса, °СProcess temperature ° C Выход, кг/чYield kg / h Удельная поверхн. м2Specific Surface m 2 / g Размер частиц, нанометрParticle size, nanometer 1one 170170 21002100 7676 122122 2222 22 160160 17001700 6262 117117 2323 33 150150 15001500 5555 105105 2626 4four 110110 10001000 4848 112112 2424 55 7070 12001200 3434 138138 20twenty

Claims (1)

Способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния, включающий генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, введение путем распиливания в поток газовой плазмы жидкого тетрахлорида кремния и последующее окисление тетрахлорида кремния кислородом или кислородсодержащим газом при температуре 1000÷2100°С и при соотношении молярных расходов тетрахлорида кремния и кислорода от 1,0 до 3,0, при этом распиливание жидкого тетрахлорида кремния производят соосно внутри и в направлении движения потока плазмы при давлении 0,2÷2,0 МПа с углом раскрытия факела распыливания 70÷170°. A method of producing a highly dispersed silicon dioxide powder, including the generation of an oxygen or oxygen-containing gas plasma, the introduction of liquid silicon tetrachloride into a gas plasma stream and the subsequent oxidation of silicon tetrachloride with oxygen or an oxygen-containing gas at a temperature of 1000 ÷ 2100 ° C and with a molar ratio of silicon tetrachloride and oxygen from 1.0 to 3.0, while the sawing of liquid silicon tetrachloride is carried out coaxially inside and in the direction of plasma flow at a pressure of 0.2 ÷ 2.0 MP angle of atomization plume opening 70 ÷ 170 °.
RU2007128167/15A 2007-07-24 2007-07-24 Method of producing fine silicon dioxide powder RU2349546C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128167/15A RU2349546C1 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Method of producing fine silicon dioxide powder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128167/15A RU2349546C1 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Method of producing fine silicon dioxide powder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2349546C1 true RU2349546C1 (en) 2009-03-20

Family

ID=40545206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007128167/15A RU2349546C1 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Method of producing fine silicon dioxide powder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2349546C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2730624A1 (en) * 2012-11-09 2014-05-14 PlasmaTreat GmbH Method for the production of an additive and device for processing rubber or synthetic materials
RU2588208C1 (en) * 2015-04-23 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) Method of producing silicon dioxide nanopowder
CN111777076A (en) * 2020-08-18 2020-10-16 苏州英纳特纳米科技有限公司 Equipment for preparing amorphous nano spherical silicon dioxide

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2730624A1 (en) * 2012-11-09 2014-05-14 PlasmaTreat GmbH Method for the production of an additive and device for processing rubber or synthetic materials
RU2588208C1 (en) * 2015-04-23 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) Method of producing silicon dioxide nanopowder
CN111777076A (en) * 2020-08-18 2020-10-16 苏州英纳特纳米科技有限公司 Equipment for preparing amorphous nano spherical silicon dioxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8231369B2 (en) Device and method for producing nanoparticles
US20060039846A1 (en) Ceria composition and process for preparing same
JP2009184923A (en) Method of manufacturing approximately nano-degree oxide obtained by thermal decomposition method for metal
US20070292340A1 (en) Process for making metal oxide nanoparticles
US20070292321A1 (en) Apparatus for making metal oxide nanopowder
US20010036437A1 (en) Nanoscale pyrogenic oxides
WO2001036332A1 (en) Ceria composition and process for preparing same
JPH10167717A (en) Oxide obtained by thermal decomposition and doped
US20100304143A1 (en) PRODUCTION OF Si02-COATED TITANIUM DIOXIDE PARTICLES WITH AN ADJUSTABLE COATING
US20200230703A1 (en) Process for producing tungsten oxide and tungsten mixed oxides
KR19980042353A (en) Spherical colored pigments, methods for their preparation and uses thereof
CN107810166B (en) Method for producing metal oxide powder by flame spray pyrolysis
EP0771309B1 (en) PROCESS FOR CONTROLING AGGLOMERATION IN THE MANUFACTURE OF TiO2
KR102521461B1 (en) Method for producing non-stoichiometric titanium oxide fine particles
JP2008303111A (en) Metal oxide particulate powder, method for producing metal oxide particulate, and production system therefor
US8491862B2 (en) Apparatus and method for producing trichlorosilane
RU2349546C1 (en) Method of producing fine silicon dioxide powder
FI117971B (en) Process and plant for the production of nanoparticles
US20090095128A1 (en) Uniform aerosol delivery for flow-based pyrolysis for inorganic material synthesis
JP6223565B2 (en) Method for producing metal oxide
JP2010208917A (en) Method and device for pulse spray thermal decomposition
JP2645639B2 (en) Method for producing highly dispersible silicic acid and apparatus for carrying out the method
JPH05213606A (en) Production of lower metal oxide
RU2487837C2 (en) Method of producing titanium dioxide particles and titanium dioxide particle
EP2419371B1 (en) A process and apparatus for depositing nanostructured material onto a substrate material

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20141030