專利名稱：光纖用高純四氯化硅的生產方法
技術領域：
本發明屬化工技術領域，具體涉及一種光纖用高純器氯化硅的生產方法。
背景技術：
光纖通信是七十年代發展起來的一種新型的激光通信系統，是當今世界上最先進、最有前途的通信技術，光纖通信具有傳輸大，通信質量好、使用壽命長、保密性高等優點。隨著社會的發展，現在已成為主要的通信手段，正逐步取代電纜通信。美國，日本等世界發達國家，早在七十年代初就開始研制實用型光纖光纜通信，進入九十年代世界光纖產業的發展更為迅猛，市場需求量不斷增加，而且對光纖的質量要求越來越高。
我國從七十年代末開始研制光纖光纜通信，近年來發展相當快，隨著西部大開發等重大項目的進行，光纖光纜的需求量不斷增加。八十年代開始，我國引進了多條光纖光纜生產線，到了九十年代，我國已基本能大規模生產光纖光纜。高純四氯化硅是生產光纖光纜預制棒的重要原料，高純四氯化硅的產品質量對光纖光纜的質量有直接的影響。
目前，光纖用高純四氯化硅一般由粗四氯化硅提純制得，粗四氯化硅可以從硅粉經氯化直接高溫合成制得，也可以從多晶生產過程中的副產品分離獲得。因此，粗的四氯化硅中含有一定量的無機雜質(過度金屬離子，鐵，銅，鈷，錳，鉻，釩等)有機雜質(脂肪族，芳香族等)以及SiHcl3，Hcl，Si2Hcl2等化合物。
光纖的質量直接影響到光纜的傳播距離，也就是光在光纖中的損耗，而損耗的主要原因是1.瑞利散射；2.在紅外，紫外區玻璃的固有吸收；3.雜質(OH和過度金屬離子等)的吸收；4.光纖結構所導致的輻射和散射，其中雜質吸收是引起光纖損耗的關鍵因素，除去石英玻璃中的雜質最有效的方法就是在原料中徹底清除，一旦轉化成石英玻璃后要除去其混入的雜質就想但困難了。因此，生產出來的光纖是否能達到低損耗的要求，關鍵是生產原料的純度，而其中光纖用高純四氯化硅的純度對光纖中光損耗的影響最大，主要是某些吸光元素或阻擋光子傳遞的元素以及吸收光峰值與光子傳遞波相近的干擾元素，如過度金屬離子銅，鐵，鈷，鎳，錳，鉻，釩以及氫氧根離子和膠體的存在，而其中除去H2O，SiHcl3，炭氫化合物等含氫的化合物是非常重要的，因為氫氧根離子會對光子產生很大的振動吸收，氫化物在合成石英玻璃時，會生成水蒸氣，在玻璃中擴散生成氫氧基；增加光的吸收損耗，因此，只有用經過嚴格提純的四氯化硅才能生產出高質量的光纖、光纜。
發明內容
本發明的目的在于提出一種成本低廉、控制方便的生產光纖用的高純度四氯化硅的方法。
由四氯化硅中的雜質的形態可以看出，四氯化硅中最難去除的就是和四氯化硅沸點相近的氯化物，除去這些雜質最有效的方法就是精餾提純法。因此，本發明提出的高純四氯化硅的生產方法，是采用精餾提純法。
精餾提純法的原理如下整個精餾過程在通常的精餾塔內進行，在塔內被汽化的液體所產生的蒸汽自下而上流動，而升入塔頂蒸汽又被冷卻成液體自上而下流動，在這種連續的氣液兩相接觸過程中就產生傳熱和傳質的現象，來自下方的蒸汽冷卻時放出的潛熱使上方的液體部分汽化，易揮發的組分從液相轉入氣相，而同時下方蒸汽放出潛熱就部分凝為液體，難揮發的組分從氣相變為液相。
這樣在精餾塔的內部隨處進行著氣液相的熱量和質量的交換，當塔身有一定的高度，經過一定時間的回流，易發揮的組分不斷從液相向氣相轉移，塔頂部分的蒸汽幾乎全是易揮發的組分，也就是低沸點，同樣的液相從塔頂到塔底易揮發的組分濃度降低，難揮發的組分濃度上升，塔底最后得到的幾乎全是難揮發的組分，也就是高沸點部分，這時整個精餾塔內部達到一個動態平衡，不同的高度由不同的組分組成的組分層，從而達到分離提純混合液的目的。
本發明提出的高純四氯化硅的生產方法，包括精餾工藝的選擇，精餾塔的改進等。
本發明的生產方法，采用精餾塔中的填料塔，以粗四氯化硅為原料，在精餾塔內進行提純，其工藝條件如下經過一段時間的回流后，控制塔頂溫度達到50～59℃，塔釜溫度為65～75℃時，開始出料，回流比定為10∶1～20∶1，根據原料用量，按相應比例確定出高低沸點和中間產品的量，這里的中間產品就是初級成品；再用生產出來的初級產品進行二次精餾，在相同的精餾設備中進行，在回流一段時間后，控制頂溫達到55～58℃，塔釜溫度達到65～70℃時，進行出料，回流比定為15∶1～25∶1。同樣根據初級料的用量按相應比例確定出高低沸點和中間料的量。這中間料即為高純四氯化硅產品。在這二次提純中產生的高低沸點，均可以進行回收生產其他化工產品。
精餾塔的種類不少，現今常用的有篩板塔和填料塔。精餾塔的好壞主要取決于塔身內部回流時氣液相的交換面積的大小以及路徑的多少，這些將直接影響到精餾塔本身提純的效果和生產效率。因此，本發明選擇填料塔作為精餾裝置。填料塔和篩板塔相比，最大的優點就是氣液相交換的路徑長了，氣泡被分的更加細化，加大了接觸的面積，因此填料塔的提純效果遠遠大于篩板塔。由于四氯化硅具有很強的腐蝕性，所以普通的填料會被腐蝕，從而影響到四氯化硅的純度。本發明采用聚四氟乙烯作填料塔的填料，聚四氟乙烯有很強的防腐性，而且有一定的韌性，和硬度，很適合用于制作填料的材料。
由于是要生產用于光纖生產用的高純的四氯化硅，所以設備本身的材料將直接影響到最后成品的質量和生產的效率。目前，精餾塔大部分是用石英或不銹鋼加內襯聚四氟乙烯制成。用高純的石英造價高，容易損壞，制造也有一定的困難，維修不易，而且由于石英塔直徑的限制，造成產量不能提高，不適用于工業化的大規模生產；而用不銹鋼內襯聚四氟乙烯的塔身會產生使用壽命短，不能維修，時間長會有溶漲的現象。因此，本發明工藝中，填料塔可采用超低碳耐腐蝕的合金材料，如316L不銹鋼，該材料能完全滿足四氯化硅的生產以及成品的儲存的要求。
經本發明工藝生產出來的四氯化硅，其純度達ppb級，完全能勝任光纖生產的質量要求。
具體實施例方式
下面通過實施例，進一步描述本發明。
精餾塔采用填料塔。填料塔的板孔填料材料采用具有很強防腐蝕性的聚四氟乙烯。原料采用從生產多晶時的副產品中分離出的粗四氯化硅，其純為99.5％，進行兩次精餾提純，控制塔項溫度和塔金溫度條件如下實施例1，經過一段時間回流，控制塔頂溫度到達50～55℃，塔釜溫度到達65～70℃時，開始出料，回流比為20∶1，根據原料用量，按相應比例決定高低沸點和中間產品的量，得到的中間產品即為初級成品；再對初級成品進行二次精餾，回流一段時間后，控制塔項溫度到達55～56℃，塔釜溫度到達65～67℃時，進行出料，回流比為25∶1，根據初級料的用量，按相應比例確定出高低沸點和中間料的量，這中間料即為所得高純四氯硅產品。
實施例2，其它條件同例1，一次精餾，控制塔項溫度到達55～59℃，塔釜溫度到達70～75℃，開始出料，回流比定為10∶1，二次精餾，控制塔頂溫度為56～58℃，塔釜溫度到達67～70℃時，開始出料，回流比定為15∶1。
按上述工藝條件生產出的四氯化硅的純度均達到PPb級，可用于制作高質量、高性能的光纖光纜預制棒。
權利要求
1.一種高純四氯化硅的生產方法，采用精餾提純法，其特征在于選擇填料塔作為精餾塔，以粗四氯化硅為原料，其工藝條件如下控制塔頂溫度到達55～59℃，塔釜溫度到達65～75℃時，開始出料，回流比定為10∶1～20∶1，并根據原料用量，按相應比例確定出高低沸點和初級成品的量；對初級成品進行二次精餾，控制塔頂溫度到達55～58℃，塔釜溫度到達65～70℃時，開始出料，回流比定為15∶1～25∶1，根據初級料的用量，按相應比例確定高低沸點和中間料的量，即得到高純四氯化硅。
2.根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所用填料塔的填料采用聚四氟乙烯。
3.根據權利要求1或2所述的生產方法，其特征于填料塔采用超低碳合金耐腐蝕材料
全文摘要
本發明為一種光纖用高純四氯化硅的生產方法。它采用精餾提純方法，精餾塔選用填料塔，并用聚四氟乙烯作為板孔填料，以粗四氯化硅為原料，優化塔釜溫度和塔頂溫度，控制合適的回流比，經兩次精餾，得到高純四氯化硅產品，純度達到PPb級，完全能滿足光纖生產的要求。本發明方法，成本低廉，控制方便，產品的純度高，易于推廣使用。
文檔編號C03C13/04GK1554581SQ20031012289
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月27日 優先權日2003年12月27日
發明者周翔, 周駿, 周 翔 申請人:上海翔駿光纖電子材料有限公司