RU2349546C1 - Method of producing fine silicon dioxide powder - Google Patents
Method of producing fine silicon dioxide powder Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
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.
Claims (1)
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)
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 |
-
2007
- 2007-07-24 RU RU2007128167/15A patent/RU2349546C1/en active
Cited By (3)
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 |