專利名稱:一種綜合利用四氯化硅的聯(lián)產(chǎn)法的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于電子、能源技術領域,具體涉及太陽能多晶硅生產(chǎn)副產(chǎn)品綜合利用方
二,
背景技術:
1,多晶硅及其生產(chǎn)方法多晶硅作為單晶硅或太陽能電池的原料在電子技術和新能源技術中有重要的應用,其生產(chǎn)已經(jīng)在世界范圍形成了一個規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)。我國近年已建成加在建的多晶硅項目達產(chǎn)后,其規(guī)模將超過17萬噸/年以上。從冶金級硅生產(chǎn)半導體級多晶硅有兩個主要的方法改良西門子法和硅烷法。在其生產(chǎn)過程中,多級精餾技術及其設備至關重要,通過新型的化工精餾設備及相關精餾技術可以提高最終產(chǎn)物超純硅的質量。目前擺在多晶硅生產(chǎn)中有四個主要的問題需要解決降低能耗、減少污染、提高質量、擴大產(chǎn)量。其污染主要來自工藝流程中大量的副產(chǎn)品。2,多晶硅生產(chǎn)的副產(chǎn)品氯化硅“改良西門子法”是目前世界范圍內較普遍采用的方法,其中中國的主要廠家大都采用此法。在這種工藝中,還原尾氣是“干法回收”的,主要是利用還原尾氣中氫氣、氯化氫、 三氯氫硅、四氯化硅、二氯二氫硅等各組分物理化學性質的差異,通過溶解吸收,吸收-脫吸,吸附-脫附等化工操作實現(xiàn)各組分的分離,并重新利用。在這些回收的尾氣中,氫氣可以凈化儲存作為多晶硅生產(chǎn)的還原劑,三氯氫硅可作為原料,氯化氫及氯化硅則作為副產(chǎn)品需要轉化或綜合利用,而且氯化硅的量是特別大的,每生產(chǎn)1噸多晶硅,就有8-12噸四氯化硅副產(chǎn)品。四氯化硅是危險化工產(chǎn)品,對人體、 動植物及水土河流有劇烈的破壞作用。3,四氯化硅的轉化利用方法目前世界上四氯化硅有兩種主要處理方法一是在高溫高壓下利用氫氣將其還原為多晶硅的主要原料三氯氫硅,其一次轉化率是關鍵;二是利用四氯化硅生產(chǎn)高附加值的氣相法白炭黑或其它含氧化硅材料,既生產(chǎn)多晶硅又生產(chǎn)白炭黑,把氣相法白炭黑和多晶硅生產(chǎn)緊密結合,形成一個資源互補,互相利用,共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈。4,現(xiàn)有方法的不足現(xiàn)有方法中,轉化為三氯氫硅只能消化一部分(目前國內最好的企業(yè)也只用了 20% ),而且技術要求高、投資大、產(chǎn)率低、成本很高;將其轉化為其它產(chǎn)品時,主要得到無污染的固體(石英或白炭黑等SiO2質產(chǎn)品)或液體(硅溶膠、硅酸乙酯或其它有機硅產(chǎn)品)的同時,也積累了大量的氯化氫氣體或溶液。按以往的觀點,氯化氫可作為工業(yè)產(chǎn)品而可視為無污染。實際上當氯化氫產(chǎn)量大增以后,仍然需要處理,而且如果外排,即是四氯化硅真正有害的部分。例如,在我國每年只生產(chǎn)200噸多晶硅時,四氯化硅還是比較稀缺的工業(yè)品,只是存在運輸問題而已,而現(xiàn)在卻成了環(huán)境污染物,甚至是多晶硅產(chǎn)業(yè)的一個瓶頸。
現(xiàn)在已經(jīng)建成或在建的四氯化硅利用項目都是主要生產(chǎn)白炭黑,其鹽酸只是用燒堿或石灰中和。主要產(chǎn)品雖是高附加值的,但處理鹽酸卻消耗了很大的利潤空間,這是目前單一產(chǎn)品利用方式不可避免的問題。
三,
發(fā)明內容
本發(fā)明涉及四氯化硅和鹽酸的綜合利用。本發(fā)明提出的四氯化硅轉化方法是在生產(chǎn)氮化硅和二氧化硅的基礎上,同時提取氧化鎂及氯化鈣。其特征是經(jīng)過聯(lián)合生產(chǎn)氮化硅、二氧化硅、氧化鎂、氯化鈣四種原材料而不留下鹽酸,將四氯化硅全部轉化。其過程是四氯化硅經(jīng)過蒸發(fā)成為氣體,首先進入氮化反應塔,與同時進入該塔的高純氮氣或氨氣反應,生成氮化硅粉末和氯化氫氣體。氮化硅粉末在反應塔下部料倉累計, 定期取出。而氯化氫氣體則導入噴霧塔與水反應,氯化氫氣體被清洗干凈,未完全反應的四氯化硅則被水解生成二氧化硅經(jīng)沉淀與鹽酸溶液分離。分離后的鹽酸水溶液中加入輕燒白云石或白云石粉,反應生成氯化鈣和氯化鎂水溶液,當輕燒白云石或白云石粉加入量繼續(xù)增大,就可以得到氯化鈣溶液和氧化鎂沉淀,經(jīng)分離可得到氧化鎂,氯化鈣溶液經(jīng)干燥而成結晶。本發(fā)明涉及的另一項是鹽酸的綜合利用,采用輕燒白云石或白云石粉末與鹽酸反應,得到主要產(chǎn)品氧化鎂和副產(chǎn)品氯化鈣。雖然由氯化鎂提取氧化鎂是現(xiàn)有的,但用鹽酸與白云石等反應提取氧化鎂還沒有報道過。四氯化硅轉化所得到的四種產(chǎn)品或鹽酸利用所得的兩種產(chǎn)品均為有用物質,其中氮化硅是高級陶瓷原料,在很多領域有重要應用,價值很高;氧化鎂也是很重要的化工原料、耐火材料,其市場需求量巨大,且價值也較大;氯化鈣是重要的融雪劑,在高速公路、機場等有大量需求,并且有很多其它用途。二氧化硅則是重要的化工原料,即白炭黑。本發(fā)明的工藝流程具有很好的靈活性,即可以在氮化硅和二氧化硅的收得率上進行調節(jié),需要氮化硅時,盡可能使四氯化硅在氮化塔反應完全,需要二氧化硅時,可以直接將氣化的四氯化硅與水蒸汽反應。另外,作為本方法的主要產(chǎn)物氧化鎂,也可以根據(jù)需要在分離出氯化鈣后加入過量的輕燒白云石,混合均勻后干燥、煅燒,可得到價值較高的燒結鎂鈣砂,是一種新型耐火原料,其市場需求量也是巨大的。由于所得到的氧化鎂活性大,可以直接合成鎂鋁尖晶石、鎂鐵尖晶石和鎂鈦尖晶石等新型陶瓷原料。本工藝的殘渣主要為白云石的雜質,其量很小,成分主要為氧化鋁、氧化硅雜質, 對環(huán)境無害。本工藝能耗水平很低,其中氮化塔需要加熱到一定溫度,其它均有余熱可以利用。 四,
附圖1是本專利的基本的工藝流程圖,其中I-SiC4液體容器,2-氣化裝置,3-氮氣瓶/氨氣罐,4-氮化塔,5_蒸汽包,6_噴霧塔,7-輕燒白云石/白云石,8-中和池,9-輕燒石灰,10-置換塔,Il-Si3N4成品倉,12-Si02 成品倉,13-渣罐,14-MgO成品倉,15-CaCl2成品倉。五,
具體實施例方式將四氯化硅容器(1)的出口閥門打開,液體進入氣化裝置0),經(jīng)過蒸發(fā)成為氣體,達到一定壓力后進入氮化反應塔(4)或氣相反應塔。若先進入氮化塔,與同時進入該塔的高純氮氣或氨氣反應,生成氮化硅粉末和氯化氫氣體。氮化硅粉末在反應塔下部料倉(11)累積,定期取出。而氯化氫氣體則導入噴霧塔(6)與水反應,氯化氫氣體被清洗干凈,未完全反應的四氯化硅則被水解生成二氧化硅和鹽酸,二氧化硅經(jīng)沉淀進入收集料倉(1 與鹽酸溶液分離。若直接進入噴霧塔,四氯化硅則被水解生成二氧化硅和鹽酸,二氧化硅經(jīng)沉淀進入收集料倉(1 與鹽酸溶液分離。分離后的鹽酸水溶液泵入中和池(8),并加入輕燒白云石或白云石粉,反應生成氯化鈣和氯化鎂水溶液,澄清后殘渣進入渣罐(13),溶液轉移至置換塔(10),繼續(xù)增大輕燒白云石加入量,就可以得到氯化鈣溶液和氧化鎂沉淀,經(jīng)離心分離等方法可得到氧化鎂,而氯化鈣溶液經(jīng)干燥而成結晶。干燥過程所產(chǎn)生的水蒸氣通過保溫管道進入蒸汽包循環(huán)利用。同樣,分離出的二氧化硅和氧化鎂還含有一定的水分,也是通過干燥得到無水固體粉末,而水蒸氣則經(jīng)過保溫管道進入蒸汽包循環(huán)利用。在整個氮化硅生產(chǎn)過程中如果使用氨為反應氣時,反應塔有氮氣和氫氣排出,如果增加一套燃燒和冷凝分離設備,同樣可以對氮氣分離利用。但如果氮化工藝過程使用高純氮氣,未反應的氮氣經(jīng)與水和鹽酸分離可以直接返回氮化塔,但在返回過程中必須加以提純。如果工藝控制得當,未反應氮氣量小,可以不必增加設備,直接排放。少量的殘渣主要為鋁硅氧化物,經(jīng)中和處理使氯離子濃度達到環(huán)保要求后,可以作為肥料或其它工業(yè)原料。即使因量小而無法利用,也可以作為垃圾進行處理。
權利要求
1.一種四氯化硅的轉化和綜合利用方法,其特征是將其轉化為氮化硅或/和二氧化硅的同時,用輕燒白云石或生白云石粉將所得鹽酸完全中和,澄清后加入過量輕燒白云石提取氧化鎂,并得到結晶氯化鈣。
2.一種利用鹽酸制取氧化鎂的方法,其特征是將鹽酸凈化后與輕燒白云石完全反應, 澄清后加入過量輕燒白云石或輕燒石灰,得到氧化鎂和結晶氯化鈣。
3.權利要求1或2所述的方法,其特征是先用生白云石粉與鹽酸反應,得到氯化鎂和氯化鈣水溶液,澄清后再加入輕燒白云石提取氧化鎂。
4.權利要求1或2所述的方法,其特征是先用生白云石粉或輕燒白云石與鹽酸反應,得到氯化鎂和氯化鈣水溶液,澄清后再加入輕燒氧化鈣提取氧化鎂。
5.權利要求1或2所述的方法,其特征是將其用于多晶硅生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品四氯化硅和鹽酸的徹底處理和綜合利用,聯(lián)產(chǎn)得到氮化硅、二氧化硅、氧化鎂和氯化鈣四種產(chǎn)品。
6.權利要求書1或2所述的方法,其特征是制取氮化硅、二氧化硅、氧化鎂及分離殘渣的設備或容器均有兩個或兩個以上的裝置在線,在它們之間,物料的流動或移動均通過閥門和互通管調配,使四氯化硅的轉化反應成為連續(xù)過程,并提高效率和轉化品的產(chǎn)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及四氯化硅和鹽酸的綜合利用,主要是為了解決多晶硅產(chǎn)業(yè)重要的技術問題。本方法是利用四氯化硅的轉化生產(chǎn)氮化硅和二氧化硅,同時提取氧化鎂及氯化鈣。經(jīng)過聯(lián)合生產(chǎn)氮化硅、二氧化硅、氧化鎂、氯化鈣四種原材料而將四氯化硅全部轉化。對鹽酸的綜合利用,則采用輕燒白云石或白云石粉末與鹽酸反應,得到主要產(chǎn)品氧化鎂和副產(chǎn)品氯化鈣。所得氮化硅、二氧化硅、氧化鎂均是附加值高且市場需求大的工業(yè)品,比目前單一高附加值產(chǎn)品的利用方法有明顯優(yōu)勢。
文檔編號C01B33/12GK102234106SQ20101016254
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權日2010年5月5日
發(fā)明者蔣明學 申請人:蔣明學