生產三氟化鋁的方法

專利名稱：生產三氟化鋁的方法
生產三氟化紹的方法
背景技術：
本發明涉及生產氟化物化合物的方法，特別涉及通過酸消解堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽而生產三氟化鋁的方法。硅烷是具有許多工業用途的多用途化合物。在半導體工業中，硅烷可用于在半導體晶片上沉積外延娃層和用于生廣多晶娃。多晶娃是用于生廣許多商品(包括例如集成電路和光伏(即太陽能)電池)的重要原材料，其可通過硅烷在流化床反應器中在硅粒子上熱分解來生產。可以通過使四氟化硅與氫化堿金屬或堿土金屬鋁(例如四氫化鋁鈉)反應生產硅烷，如美國專利No. 4，632，816所述，該專利出于所有相關和相容的目的經引用并入本文。硅烷生產可能產生數種副產物，例如堿金屬或堿土金屬和鋁的各種氟化物鹽(例如，NaAlF4, Na5Al3F14和Na3AlF6X傳統上，這些廢物被低價出售或棄置在垃圾填埋場中。
三氟化鋁是多用途材料，可用作生產鋁用的電解質熔體中的組分，并可用于各種氟化反應。傳統上通過使氟化氫與相對昂貴的氧化鋁或三水合氧化鋁反應來生產三氟化鋁。四氟化硅也是多用途材料，可用于生產硅烷或各種鹵代硅烷，并可用于離子注入、氟化二氧化硅的等離子體沉積、純二氧化硅或氮化硅的生產，并可用作金屬硅化物蝕刻劑。仍然需要再利用在硅烷生產過程中產生的廢物的方法，以降低必須填埋或低價出售的材料量，并改進生產硅烷和所得商品(例如光伏電池)的經濟性。還需要生產有價值的原材料(例如三氟化鋁和四氟化硅)的方法。發明概述在本發明的一個方面中，生產三氟化鋁的方法包括使氟鋁酸鹽進料與酸接觸，以產生三氟化鋁和至少一種副產物。該進料含有至少約30重量％的堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽。另一方面，生產三氟化鋁的方法包括使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與酸接觸，以產生三氟化鋁和至少一種副產物。將三氟化鋁與副產物分離。本發明的再一方面涉及生產硅烷和三氟化鋁的方法。該方法包括使四氟化硅和四氫化鋁的堿金屬或堿土金屬鹽接觸，以產生硅烷和流出物。該流出物含有堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽。使該流出物與酸接觸，以產生三氟化鋁和至少一種副產物。將三氟化鋁與副產物分離。聯系本發明的上述方面描述的要素存在各種細化。也可以在本發明的上述方面中并入進一步要素。這些細化和附加要素可獨立存在或以任何組合存在。例如，下面聯系本發明的任何示例性實施方案論述的各種要素可以獨自或以任何組合并入本發明的任何上述方面中。發明詳述本發明提供了通過消解堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽而生產氟化物(例如三氟化鋁或四氟化硅)的方法。該消解反應可以在含水環境中或在基本無水環境中進行。還提供了生產硅烷和氟鋁酸鹽副產物的方法、以及這些副產物用于生產選自三氟化鋁和四氟化硅的原材料的用途。反應通常如下進行使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與選自硫酸和鹽酸的酸接觸，以產生氟化物(例如三氟化鋁或四氟化硅)和各種副產物，例如氟化氫和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽。該反應可以在硅源存在下進行，在這種情況下產生四氟化硅。如果在不存在硅源的情況下進行反應，則產生三氟化鋁。對本發明而言，“堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽”包括通式MxAlyFz的化合物，其中X、y和Z是I至20或甚至I至10的整數，M是堿金屬或堿土金屬。在不偏離本發明的范圍的情況下，氟化物鹽通常也可以被稱作“氟化物鋁鹽”、“氟鋁酸鹽”或簡稱為“鹽”。通常，鹽的結構對本發明而言不是關鍵的，可以不受限制地使用含有氟原子、鋁原子和堿金屬或堿土金屬原子的任何鹽。在一些實施方案中，根據本發明使用的氟化物鹽包括通式MxAlyF(2x/p+3y) 的化合物，其中M是堿金屬或堿土金屬，且當M是堿金屬時P是2，當M是堿土金屬時P是I。不受制于任何特定理論，據信，氟鋁酸鹽和鹽酸在不存在硅的情況下接觸時發生 的反應可以由下述通式表示MxAlyF(2x/p+3y)+(2x/p) HCl — yAlF3+ (2x/p) HF+xMC12/p (i)，其中M是堿金屬或堿土金屬，且當M是堿金屬時P是2，當M是堿土金屬時P是I。例如，當鋁的氟化物鹽是NaAlF4時，反應如下進行NaAlF4+HCl — AlF3+HF+NaCl (ii)。在該鹽是Na5Al3F14 (也稱作錐冰晶石)時,反應根據反應(iii)進行Na5Al3F14+5HCl — 3AlF3+5HF+5NaCl (iii)。在該鹽是Na3AlF6 (也稱作冰晶石)時,反應根據反應(iv)進行Na3AlF6+3HCl — AlF3+3HF+3NaCl (iv)。在該鹽是Ba3Al2F12時,反應根據反應(V)進行Ba3Al2F12+6HCl — 2AlF3+6HF+3BaCl2 (v)。在氟鋁酸鹽在硅源(例如SiO2)存在下與酸接觸時，據信，反應如下進行MxAlyF(2x/p+3y) + (x/2p+3y/4) SiO2+ (2x/p+3y) HCl — (x/2p+3y/4) SiF4+ (x/p+3y/2)H20+xMCl2/p+yAlCl3 (vi)，其中M和p如上定義。例如，在鋁的氟化物鹽是NaAlF4時，反應根據反應(vii)進行NaAlF4+Si02+4HCl — SiF4+2H20+NaCl+AlCl3 (vii)。在該鹽是Na5Al3F14時,反應根據反應(viii)進行Na5Al3F14+3. 5Si02+14HCl — 3. 5SiF4+7H20+5NaCl+3AlCl3 (viii)。在該鹽是Na3AlF6時,反應根據反應(ix)進行Na3AlF6+l. 5Si02+6HCl — I. 5SiF4+3H20+3NaCl+AlCl3 (ix)。在該鹽是Ba3Al2F12時,反應根據反應(X)進行Ba3Al2F12+3Si02+12HCl — 13SiF4+6H20+3NaCl+2AlCl3 (x)。盡管使用HCl作為原材料顯示上述反應，但應該理解的是，可以不受限制地使用其它酸，例如硫酸。在這方面，要指出，僅為舉例說明列出上述反應并且不應以限制意義考慮。
本發明的方法的一個示例性實施方案包括將氟鋁酸鹽和酸(例如HCl或硫酸)引入反應器，任選存在或不存在硅源。產生氟化物產物，例如三氟化鋁(AlF3)或四氟化硅(SiF4)和數種副產物。可以將氟化物產物和副產物和任何未反應的原材料引入提純系統，以分離氟化物產物和/或提純和分離副產物。反應原材料在各種實施方案中，氟鋁酸鹽進料(同義詞為“氟鋁酸鹽進料” “氟鋁酸鹽流出物”或簡稱為“流出物”)包括堿金屬或堿土金屬氟鋁酸鹽。合適的堿金屬或堿土金屬氟鋁酸鹽包括氟鋁酸鋰、氟鋁酸鈉、氟鋁酸鉀、氟鋁酸鎂、氟鋁酸鋇、氟鋁酸鈣及其混合物。考慮到可經濟地反應產生氫化鋁鈉(其可以與四氟化硅反應產生硅烷)的鈉原料(例如苛性鈉和鉀堿)的廣泛可得性，氟鋁酸鹽可以是作為硅烷生產的副產物產生的氟鋁酸鈉。在氟鋁酸鹽進料中可包含多于一種的氟鋁酸鹽，這不背離本發明的范圍。氟鋁酸鹽進料可包括NaAlF4、Na5Al3F14和Na3AlF6中的至少一種，在一些實施方案中包括NaAIF4、Na5AI3F14和Na3AlF6的混合物。
氟鋁酸鹽進料的純度不是特別重要的，因為可以在后續加工過程中除去進料中的未反應雜質。氟鋁酸鹽進料可包括一定量的三氟化硅、堿金屬或堿土金屬氟化物和/或堿金屬或堿土金屬和/或鋁的氯化物鹽或其它雜質。在各種實施方案中，氟鋁酸鹽進料含有小于大約15重量％的雜質(干基)，或甚至小于10重量％的雜質。對本發明而言，術語“雜質”是指非氟鋁酸鹽的化合物，例如三氟化鋁和氟化物鹽(例如NaF)。氟鋁酸鹽進料中的濕氣含量不是關鍵的。通常，氟鋁酸鹽進料可以是固體和/或干燥的(即通常可流動);但是，在一些實施方案中，氟鋁酸鹽進料溶解在溶劑中。通常，如果使用溶劑，由于氟鋁酸鹽在水中的溶解度低，非水溶劑是優選的。合適的溶劑可以是非極性的，并包括例如二甲氧基乙烷(DME)和甲苯。固體氟鋁酸鹽進料可含有小于大約5%、小于大約I %或甚至小于大約O. I重量％的水。氟鋁酸鹽進料的粒度可相對較小以促進固體反應性；但是，進料應足夠大以便沒有顯著困難地處理該材料。在一個或多個實施方案中，氟鋁酸鹽進料的粒度可以小于大約500微米，在另一些實施方案中小于大約300微米，從大約100微米至大約500微米或從大約200微米至大約300微米。在一些實施方案中，氟鋁酸鹽包括在水溶液中，以將該材料輸送至反應器(即可以使用閘(sluice)型系統)。氟鋁酸鹽進料可以由用于生產氟鋁酸鹽(或多于一種氟鋁酸鹽)的任何已知方法產生，包括作為副產物產生氟鋁酸鹽的方法。在一些實施方案中，氟鋁酸鹽進料是硅烷生產的副產物。可以通過使氫化鋁(例如四氫化鋁鋰或四氫化鋁鈉)與四氟化硅反應來生產硅烷，如下文在標題為“硅烷和氟化物產物的生產”下的章節和美國專利No. 4，632，816中所述，該專利出于所有相關和相容的目的經引用并入本文。通常，這種方法產生液體反應介質且副產物固體(溶解或成漿的)包括在該反應介質中。副產物固體通常包括大量氟鋁酸鹽，并可用作本發明的氟鋁酸鹽進料。氟鋁酸鹽進料中氟鋁酸鹽的量基于干基可以為氟鋁酸鹽進料的至少大約30重量％，在另一些實施方案中，基于干基按進料重量計為至少大約50%、至少大約70%、至少大約80%、至少大約90%、大約30%至大約95%或大約70%至大約95重量％氟鋁酸鹽。通常，如下面更充分描述那樣，使氟鋁酸鹽進料與酸進料流中存在的酸反應。合適的酸包括HC1、硫酸或其混合物。在某些實施方案中，酸進料流含有HC1，并可以含有HCl作為酸進料流中存在的唯一的酸。在HCl包含在水溶液中的實施方案中，按重量計，HCl濃度可以為該水溶液的至少大約2. 5%、至少大約7. 5%、至少大約9%、從大約3%至大約20%或從大約3%至大約15%。在硫酸包含在水溶液中的實施方案中，按重量計，硫酸濃度可以為該水溶液的至少約50%、至少大約75%、至少大約90%或從大約75%至大約99%。在酸進料流中可以使用硫酸和HCl的混合物。該混合物基于干基可含有至少大約10重量％ HCl，基于干基按重量計至少大約25 %、至少大約50 %、至少大約75 %或甚至至少大約90% HCl。在某些實施方案中，酸進料含有HCl而不含硫酸，或可以含有硫酸而不含HCl。在另一些實施方案中，所述酸是基本無水的氣流。對本發明而言，“基本無水”通常是指含有小于大約5重量％水的工藝流。在一些實施方案中，酸進料含有小于大 約I重量％的水或甚至小于大約O. I重量％的水。如上所述，在反應混合物中可任選包含硅源。硅的存在決定了氟化物產物(即在硅存在下形成SiF4，而在其不存在下形成A1F3)。硅源包括砂(即Si02)、石英、燧石、硅藻土、礦物硅酸鹽、冶金級硅(即多晶硅)、熱解法二氧化硅、氟硅酸鹽及其混合物。在氟鋁酸鹽進料中可存在一定量的硅雜質(例如在氟鋁酸鹽進料是硅烷生產的副產物時)。反應條件通常，在氟鋁酸鹽進料與酸進料在反應器中接觸時發生本發明的反應，從而合適地形成反應混合物。該反應可以在含水或無水環境中發生，下文將更充分地描述。添加到反應器中的酸與氟鋁酸鹽的摩爾比可以大致為化學計量比，其取決于氟鋁酸鹽原材料，并可以由反應i至X決定(例如在反應iii中相對于每摩爾錐冰晶石，添加5摩爾酸)。或者，可以使用摩爾過量的酸(例如，至少大約5%摩爾過量、至少大約10%、至少約25%、至少約50%、至少大約100%、至少大約250%或甚至至少大約500%摩爾過量的酸)。在各種實施方案中(并取決于所用氟鋁酸鹽原材料)，供入反應器的酸(例如HCl或硫酸)與供入反應器的氟鋁酸鹽的量的摩爾比(或在連續系統中的添加速率比)可以為至少大約I: I,至少大約2:1，至少大約3:1，至少大約10:1，至少大約25:1，至少大約50:1或甚至至少大約100:1。在一些實施方案中，該比率為大約1:1至大約100:1，大約1:1至大約50:1或大約1:1至大約25:1。硅源(例如砂)可以相對于氟鋁酸鹽以接近化學計量比的比率添加到反應器中。例如，如上文在反應Vi至X中所示，添加到反應混合物中的硅原子與氟原子的比率可以為大約1:4。或者，可以摩爾過量地添加硅。例如，添加到反應器中的硅與氟原子的摩爾比可以大于大約1:3. 5，大于大約1:3，大于大約1:2或甚至至少大約1:1。或者或另外，硅的摩爾過量可以為至少大約5%，至少大約10%，至少大約25%，至少大約50%，至少約100%，至少大約250%或甚至至少大約500%。在這方面應該指出，可以以不同于上述量的量添加硅源。硅可以以小于大致化學計量比的比率添加，以使反應產物既含有四氟化硅又含有三氟化鋁(即，反應在存在硅時產生四氟化硅，當硅被消耗和不存在時產生三氟化鋁)。硅可單獨添加到反應器中，或可以在引入反應器之前與氟鋁酸鹽進料混合。i.含水反應系統在某些實施方案中，在反應器系統中使用酸的水溶液。酸可以存在于供入氟鋁酸鹽的反應器中。在連續法中可以將酸連續供入反應器，或在分批法中可存在離散量的酸。酸可作為酸的水溶液加入，或作為氣體(其溶解到反應器中存在的水溶液中)加入。在含水反應系統中，可以通過例如機械攪拌(例如葉輪或鼓泡作業)將反應器的內容物連續混合。在使用含水反應系統的某些實施方案中，反應器的溫度為環境溫度(大約20°C至大約25°C )，或者或另外，在反應過程中不需要控制溫度，即在一些實施方案中不使用外部加熱或冷卻。在另一些實施方案中，反應器的溫度保持在至少大約100°C，至少大約1500C，至少大約200°C，從環境溫度至大約300°C，從環境溫度至大約250°C，或大約100°C至大約250°C。通常，隨著酸的濃度提高，反應器為完成反應而應保持的溫度降低。含水系統中反應器的設計通常在本領域普通技術人員的能力范圍內，并可以取決于所需生產速率、轉化率、運行溫度等。在某些實施方案中，該反應器是攪拌釜，在另一些實施方案中是如 Perry’s Chemical Engineers' Handbook, 7thEd. (1997)的第 23-49 頁中所述的漿態鼓泡塔，該文獻出于所有相關和相容的目的經引用并入本文。該漿態鼓泡塔可以如下操作將氟鋁酸鹽材料(粉末或漿料狀)經由頂部或側面注入而連續添加到塔內的含水反應混合物中，并鼓泡加入酸(例如經由鼓泡器)。可以從塔底移出反應漿料。或者，該漿態鼓 泡塔可以以分批模式運行，其中將各料流從頂部或側面添加到反應器中，并通過底部鼓泡器加入酸性氣體。該反應進行所需的停留時間，然后從反應器中移出反應內容物。反應器的壓力可以為大約大氣壓，或可保持在至少大約5巴、至少大約10巴、至少大約15巴、大約大氣壓至大約20巴、大約大氣壓至大約15巴或大約大氣壓至大約10巴的壓力。通常，在分批系統中，使反應進行至少大約10分鐘，至少大約30分鐘，至少大約60分鐘，至少大約90分鐘，大約10分鐘至大約120分鐘或大約15分鐘至大約60分鐘。在連續系統中，在反應器中的停留時間可以為大約I分鐘至大約60分鐘或甚至大約5分鐘至大約30分鐘。ii.無水反應系統在一些實施方案中，與氟鋁酸鹽接觸的酸是基本無水的氣流。例如，將基本無水的酸(例如基本無水的HCl或硫酸)供入反應器，其中懸浮著氟鋁酸鹽和任選地硅源，例如流化床反應器。無水系統中反應器的設計通常在本領域普通技術人員的能力范圍內，并取決于所需生產速率、轉化率、運行溫度等。該反應系統可以是分批、連續或半分批的，這不偏離本發明的范圍。在使用流化床反應器作為反應器的實施方案中，該流化床反應器通常可以是圓筒形立式容器；但是，可以使用流化床運行可接受的任何構造。該容器的特定尺寸主要取決于可隨系統而變的系統設計因素，例如所需系統輸出、傳熱效率和系統流體動力學，這不偏離本發明的范圍。在反應系統的運行過程中，通過流化床反應器反應區的流化氣體速度保持高于氟鋁酸鹽和任選地硅源的最低流化速度。通過流化床反應器的氣體速度通常保持在使流化床內的粒子流化所必需的最低流化速度的大約I至大約8倍的速度下。在一些實施方案中，氣體速度為使流化床內的粒子流化所必需的最低流化速度的大約2至大約5倍，甚至大約4倍。最低流化速度隨所涉及的氣體和粒子的性質而變。最低流化速度可以通過常規手段測定(參見Perry’s Chemical Engineers’ Handbook的第17-4頁，第7版,其出于所有相關和相容的目的經引用并入本文)。盡管本發明不限于特定的最低流化速度，但本發明中可用的最低流化速度為大約O. 7cm/sec至大約350cm/sec,或甚至大約6cm/sec至大約150cm/sec0 高于最低流化速率的氣體速度通常是實現較高生產率所需要的。隨著氣體速度提高至超過最低流化速度，過量氣體形成氣泡，從而提高床空隙度。床可以被視為由氣泡和含有與硅粒子接觸的氣體的“乳狀液”構成。該乳狀液的品質與在最低流化條件下的床的品質非常類似。該乳狀液中的局部空隙度接近最低流化床空隙度。因此，通過超出實現最低流化所需的量引入的氣體而產生氣泡。隨著實際氣體速度與最低流化速度的比率增大，氣泡形成增強。在非常高的比率下，在床中形成大的氣塞。由于床的空隙度隨總氣體流速而提高，因此固體與氣體之間的接觸變得較低效。對于一定的床體積，與反應氣體接觸的固體的表面積隨床空隙度增大而降低，以致轉化成氟化物產物的轉化率降低。因此，應控制氣體速度以使轉化率保持在可接受的水平內。反應器的溫度(包括使用非流化床反應器的反應器的實施方案)可以保持在至少大約75°C、至少大約150°C、至少大約200°C、從大約75°C至大約300°C或從大約75°C至大 約200°C的溫度。可以通過常規加熱系統，例如布置在反應器壁外部的電阻加熱器，提供用于使反應區保持這樣的溫度的熱。反應器可以在大約I巴至大約20巴、或大約I巴至大約10巴的壓力運行。在反應器中的停留時間可以小于大約10分鐘，小于大約5分鐘或甚至小于大約I分鐘。通常，在用于生產氟化物產物的含水和無水系統中，氟鋁酸鹽到氟化物產物的轉化率可以為至少約50 %，在另一些實施方案中，至少約60 %，至少大約75 %，至少大約90%，或甚至至少大約95% (例如從大約50%至大約98%，從大約60%至大約98%，或從大約75%至大約98%)。應該指出，可以使用能夠實施上述反應的任何反應器，這不偏離本發明的范圍。此夕卜，本發明的實施方案的方法可以在連續或分批系統中進行，并可以在單反應器中進行，或可包括串聯或并聯構造的一個或多個反應器。氟化物產物回收和副產物處理本發明的方法大體上涉及制備氟化物產物(例如三氟化鋁和/或四氟化硅)以及一種或多種副產物。上述反應的各種產物和副產物顯示在表I中，并在下文中更充分描述。分離和提純氟化物產物(例如三氟化鋁或四氟化硅)的設備和方法可以通常不受限制地選自本領域普通技術人員已知和可得的任何設備和方法。無水系統通常在操作上比含水系統更簡單，因為無水系統不涉及漿料處理操作；但無水系統可能涉及氟鋁酸鹽進料(和硅源，如果有的話)的受控粒度分布和可能涉及較高的加工溫度。表I :在無水和含水系統中和在存在和不存在娃的情況下廣生的廣物和副廣物
含水；含水；無水;含水；不存在娃存在娃不存在娃存在娃氟化物產物AlF3 (漿狀)SiF4 ( g) AlF3 (s) SiF4 ( g)
權利要求
1.生產三氟化鋁的方法，所述方法包括 使包含至少大約30重量％堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽的氟鋁酸鹽進料與酸接觸，以產生三氟化鋁和至少一種副產物。
2.如權利要求I中所述的方法,其中所述進料包含至少約50重量％、至少大約70重量％、至少大約80重量％、至少大約90重量％、大約30重量％至大約95重量％或大約70重量％至大約95重量％的堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽。
3.如權利要求I或權利要求2中所述的方法，其中所述酸選自鹽酸、硫酸及其混合物。
4.如權利要求I或權利要求2中所述的方法，其中所述酸是鹽酸。
5.如權利要求I至4任一項中所述的方法，其中使所述進料在不存在硅源的情況下與酸接觸。
6.如權利要求I至5任一項中所述的方法，其中所述堿金屬或堿土金屬選自鋰、鈉、鉀、鎂、鋇、鈣及其混合物。
7.如權利要求I至5任一項中所述的方法，其中所述堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽選自由NaAlF4、Na5Al3F14, Na3AlF6及其混合物組成的組。
8.如權利要求I至5任一項中所述的方法，其中所述進料包含NaAlF4、Na5Al3F14和Na3AlF60
9.如權利要求8中所述的方法，其中所述進料包含氟化鋁和/或氟化鈉。
10.如權利要求I至9任一項中所述的方法，其中產生氟化氫和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽作為副產物。
11.如權利要求10中所述的方法，其中產生氯化物鹽作為副產物，所述氯化物鹽選自由 LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2 及其混合物組成的組。
12.如權利要求11中所述的方法，其中所述氯化物鹽是NaCl。
13.如權利要求10中所述的方法，其中使氟化氫與硅源接觸以產生四氟化硅。
14.如權利要求I至13任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是硅烷生產的副產物。
15.如權利要求I至14任一項中所述的方法，其中使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與含水酸接觸。
16.如權利要求15中所述的方法，其中將堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽引入反應器，以產生含有三氟化鋁和副產物的漿料。
17.如權利要求16中所述的方法，其中將堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽連續供入反應器，并從反應器中連續取出所述漿料。
18.如權利要求16或權利要求17中所述的方法，其中將所述漿料引入固-液分離單元，以產生含有三氟化鋁的固體部分和含有至少一種副產物的液體部分。
19.如權利要求18中所述的方法，其中所述固體部分含有三氟化鋁和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽，所述液體部分含有水、氟化氫、未反應的酸和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽。
20.如權利要求19中所述的方法，包括將固體部分引入洗滌單元，以將三氟化鋁與所述鹽分離。
21.如權利要求19或權利要求20中所述的方法，包括在蒸餾塔中分離水、氟化氫和未反應的酸中的至少一種。
22.如權利要求I至14任一項中所述的方法，其中使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與基本無水的酸接觸。
23.如權利要求22中所述的方法，其中將所述氟化物鹽引入含有酸作為流化氣體的流化床反應器。
24.如權利要求23中所述的方法，其中在流化床反應器中產生微粒狀的三氟化鋁和堿金屬或堿土金屬氯化物鹽或硫酸鹽。
25.如權利要求24中所述的方法，包括將微粒狀三氟化鋁和所述鹽引入洗滌單元，以將三氟化招與所述鹽分尚。
26.如權利要求23至25任一項中所述的方法，其中產生廢氣，所述廢氣包含氫、氟化氫和未反應的酸。
27.如權利要求26中所述的方法，包括在蒸餾塔中分離氫、氟化氫和未反應的酸中的至少一種。
28.如權利要求I至27任一項中所述的方法，其中產生水合三氟化鋁。
29.如權利要求28中所述的方法，其中所述水合三氟化鋁是三水合三氟化鋁。
30.如權利要求28或權利要求29中所述的方法，其中將所述水合三氟化鋁干燥，形成半水合三氟化鋁。
31.如權利要求I至30任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是平均標稱直徑小于大約500微米的微粒。
32.如權利要求I至30任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是平均標稱直徑小于大約300微米的微粒。
33.如權利要求I至32任一項中所述的方法，其中將所述酸和氟化物鹽以大約I:I、至少大約2: I、至少大約3: I、至少大約10:1或大約1:1至大約25:1的摩爾比添加到反應器中。
34.如權利要求I至33任一項中所述的方法，其中相對于添加到反應器中的氟化物鹽，將所述酸以至少大約5%、至少大約25%、至少約50%、至少大約100%、至少大約250%或至少大約500%的摩爾過量添加到反應器中。
35.如權利要求I至34任一項中所述的方法，其中從氟化物鹽到三氟化鋁的轉化率為至少大約50 %，至少大約75 %，至少大約90 %，約50 %至大約98 %，大約60 %至大約98 %或大約75%至大約98%。
36.生產三氟化鋁的方法，所述方法包括 使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與酸接觸，以產生三氟化鋁和至少一種副產物；和 將三氟化鋁與所述副產物分離。
37.如權利要求36中所述的方法，其中所述酸選自鹽酸、硫酸及其混合物。
38.如權利要求36中所述的方法，其中所述酸是鹽酸。
39.如權利要求36至38任一項中所述的方法，其中使所述氟化物鹽在不存在硅源的情況下與酸接觸。
40.如權利要求36至39任一項中所述的方法,其中所述堿金屬或堿土金屬選自鋰、鈉、鉀、鎂、鋇、鈣及其混合物。
41.如權利要求36至39任一項中所述的方法，其中堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽選自由NaAlF4、Na5Al3F14, Na3AlF6及其混合物組成的組。
42.如權利要求36至39任一項中所述的方法，其中使NaAlF4、Na5Al3F14和Na3AlF6的混合物與酸接觸。
43.如權利要求36至42任一項中所述的方法,其中產生氟化氫和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽作為副產物。
44.如權利要求43中所述的方法，其中使氟化氫與硅源接觸，以產生四氟化硅。
45.如權利要求36至44任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是硅烷生產的副產物。
46.如權利要求36至45任一項中所述的方法，其中使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與含水酸接觸。
47.如權利要求46中所述的方法，其中將堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽引入反應器，以產生含有三氟化鋁和副產物的漿料。
48.如權利要求47中所述的方法，其中將堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽連續供入反應器，并從反應器中連續取出所述漿料。
49.如權利要求47或權利要求48中所述的方法，其中將所述漿料引入固-液分離單元，以產生含有三氟化鋁的固體部分和含有至少一種副產物的液體部分。
50.如權利要求49中所述的方法，其中所述固體部分含有三氟化鋁和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽，所述液體部分含有水、氟化氫、未反應的酸和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽。
51.如權利要求50中所述的方法，包括將固體部分引入洗滌單元，以將三氟化鋁與所述鹽分離。
52.如權利要求50或權利要求51中所述的方法，包括在蒸餾塔中分離水、氟化氫和未反應的酸中的至少一種。
53.如權利要求36至45任一項中所述的方法，其中使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與基本無水的酸接觸。
54.如權利要求53中所述的方法，其中將所述氟化物鹽引入含有酸作為流化氣體的流化床反應器。
55.如權利要求54中所述的方法，其中在流化床反應器中產生微粒狀的三氟化鋁和堿金屬或堿土金屬氯化物鹽或硫酸鹽。
56.如權利要求55中所述的方法，包括將微粒狀三氟化鋁和所述鹽引入洗滌單元，以將三氟化招與所述鹽分尚。
57.如權利要求53至56任一項中所述的方法，其中產生廢氣，所述廢氣包含氫、氟化氫和未反應的酸。
58.如權利要求57中所述的方法，包括在蒸餾塔中分離氫、氟化氫和未反應的酸中的至少一種。
59.如權利要求36至58任一項中所述的方法，其中產生水合三氟化鋁。
60.如權利要求59中所述的方法，其中所述水合三氟化鋁是三水合三氟化鋁。
61.如權利要求59或權利要求60中所述的方法，其中將所述水合三氟化鋁干燥，形成半水合三氟化鋁。
62.如權利要求36至61任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是平均標稱直徑小于大約500微米的微粒。
63.如權利要求36至61任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是平均標稱直徑小于大約300微米的微粒。
64.如權利要求36至63任一項中所述的方法，其中將所述酸和氟化物鹽以大約1:1、至少大約2: I、至少大約3: I、至少大約10:1或大約1:1至大約25:1的摩爾比添加到反應器中。
65.如權利要求36至64任一項中所述的方法，其中相對于添加到反應器中的氟化物鹽，將所述酸以至少大約5%、至少大約25 %、至少大約50%、至少大約100%、至少大約250%或至少大約500%的摩爾過量添加到反應器中。
66.如權利要求36至65任一項中所述的方法，其中從氟化物鹽到三氟化鋁的轉化率為至少大約50%，至少大約75%，至少大約90%，大約50%至大約98%，大約60%至大約98 %或大約75 %至大約98 %。
67.生產硅烷和三氟化鋁的方法，所述方法包括 使四氟化硅與四氫化鋁的堿金屬或堿土金屬鹽接觸，以產生硅烷和包含堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽的流出物； 使所述流出物與酸接觸，以產生三氟化鋁和至少一種副產物；和 將三氟化鋁與所述副產物分離。
68.如權利要求67中所述的方法，其中將四氟化硅鼓泡通過含有四氫化鋁的反應溶液。
69.如權利要求67或權利要求68中所述的方法，其中使四氟化硅和四氫化鋁在保持在大約30°C至大約80 °C的反應介質中接觸。
70.如權利要求69中所述的方法，其中在固-液分離單元中將所述氟化物鹽與所述反應介質分離。
71.如權利要求67至70任一項中所述的方法，其中所述流出物包含大約30%至大約95重量％的堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽。
72.如權利要求67至71任一項中所述的方法，其中所述酸選自鹽酸、硫酸及其混合物。
73.如權利要求67至71任一項中所述的方法，其中所述酸是鹽酸。
74.如權利要求67至73任一項中所述的方法，其中使所述流出物在不存在硅源的情況下與酸接觸。
75.如權利要求67至74任一項中所述的方法,其中所述堿金屬或堿土金屬選自鋰、鈉、鉀、鎂、鋇、鈣及其混合物。
76.如權利要求67至74任一項中所述的方法，其中堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽選自由NaAlF4、Na5Al3F14, Na3AlF6及其混合物組成的組。
77.如權利要求67至74任一項中所述的方法，其中所述流出物包含NaAlF4、Na5Al3F14和 Na3AlF615
78.如權利要求67至77任一項中所述的方法,其中產生氟化氫和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽作為副產物。
79.如權利要求78中所述的方法，其中使氟化氫與硅源接觸以產生四氟化硅。
80.如權利要求67至79任一項中所述的方法，其中使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與含水酸接觸。
81.如權利要求80中所述的方法，其中將堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽引入反應器，以產生含有三氟化鋁和副產物的漿料。
82.如權利要求81中所述的方法，其中將堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽連續供入反應器，并從反應器中連續取出所述漿料。
83.如權利要求81或權利要求82中所述的方法，其中將所述漿料引入固-液分離單元，以產生含有三氟化鋁的固體部分和含有至少一種副產物的液體部分。
84.如權利要求83中所述的方法，其中所述固體部分含有三氟化鋁和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽，所述液體部分含有水、氟化氫、未反應的酸和堿金屬或堿土金屬的氯化物鹽或硫酸鹽。
85.如權利要求84中所述的方法，包括將固體部分引入洗滌單元，以將三氟化鋁與所述鹽分離。
86.如權利要求84或權利要求85中所述的方法，包括在蒸餾塔中分離水、氟化氫和未反應的酸中的至少一種。
87.如權利要求67至79任一項中所述的方法，其中使堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物鹽與基本無水的酸接觸。
88.如權利要求87中所述的方法，其中將所述氟化物鹽引入含有酸作為流化氣體的流化床反應器。
89.如權利要求88中所述的方法，其中在流化床反應器中產生微粒狀的三氟化鋁和堿金屬或堿土金屬氯化物鹽或硫酸鹽。
90.如權利要求89中所述的方法，包括將微粒狀三氟化鋁和所述鹽引入洗滌單元，以將三氟化招與所述鹽分尚。
91.如權利要求87至90任一項中所述的方法，其中產生廢氣，所述廢氣包含氫、氟化氫和未反應的酸。
92.如權利要求91中所述的方法，包括在蒸餾塔中分離氫、氟化氫和未反應的酸中的至少一種。
93.如權利要求67至92任一項中所述的方法，其中產生水合三氟化鋁。
94.如權利要求93中所述的方法，其中所述水合三氟化鋁是三水合三氟化鋁。
95.如權利要求93或權利要求94中所述的方法，其中將所述水合三氟化鋁干燥，形成半水合三氟化鋁。
96.如權利要求67至95任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是平均標稱直徑小于大約500微米的微粒。
97.如權利要求67至95任一項中所述的方法，其中所述氟化物鹽是平均標稱直徑小于大約300微米的微粒。
98.如權利要求67至97任一項中所述的方法，其中將所述酸和氟化物鹽以大約1:1、至少大約2: I、至少大約3: I、至少大約10:1或大約1:1至大約25:1的摩爾比添加到反應器中。
99.如權利要求67至98任一項中所述的方法，其中相對于添加到反應器中的氟化物鹽，將所述酸以至少大約5%、至少大約25%、至少大約50%、至少大約100%、至少大約250%或至少大約500%的摩爾過量添加到反應器中。
100.如權利要求67至99任一項中所述的方法，其中從氟化物鹽到三氟化鋁的轉化率為至少大約50 %，至少大約75 %，至少大約90 %，大約50 %至大約98 %，大約60 %至大約98 %或大約75 %至大約98 %。
全文摘要
生產三氟化鋁的方法，任選在硅源存在下酸消解堿金屬或堿土金屬和鋁的氟化物；生產硅烷的方法，其包括酸消解硅烷生產的副產物以產生三氟化鋁。
文檔編號C01F7/50GK102781836SQ201080064926
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月18日 優先權日2009年12月30日
發明者P·古普塔, S·布薩拉普 申請人:Memc電子材料有限公司