Способ получения двуокиси кремния

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и>887463 б + -»". (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 150280 (21) 2882690/23-26 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.1281. Бюллетень ¹ 45 (51}М. Кл.

С 01 В 33/18

Государствеииый комитет

СССР по делан изобретеиий и открытий (53} УДК 661,183. . 7 (088,8) Дата опубликования описания 071281 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ

Изобретение относится к процессам получения высокодисперсной двуокиси кремния особой чистоты и может использоваться для получения оптических стекол с высокой светопроницае мостью, кварцевого стекла особой чистоты и волоконной оптики.

Известен способ получения двуокиси кремния, согласно которому пары трихлорсилана взаимодействуют с водяным паром, который образуется при сгорании водорода, при температуре

1100-1200о C. В качестве газа-носителя паров трихлорсилана используется азот. Полученная двуокись кремния имеет поверхность 380-650 м /г (1).

Согласно другому способу, высокодисперсную двуокись кремния получают путем окисления моносилана кислородом, с разбавлением исходной смеси инертным газом при температуре

1050 С. В качестве исходных продуктов могут использоваться также дихлорсилан и трихлорсилан (2).

К недостаткам этих двух способов следует отнести то, что при гидролизе трихлорсилана в водородном пламени (1,2) образуется хлористый водород, который обладает коррозионными свойствами, и процесс происходит при высокой температуре. Для нейтрализации хлористого водорода приходится расходовать значительные средства.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является метод получения высокодисперсной двуокиси кремния из четыреххлористого кремния в кислородном пламени в присутствии водорода-при температуре не ниже 1200 С. Четыреххлористый кремний подается в горелку вмес15 те или раздельно с водородом и кислородом. Соотношение водорода и кислорода должно быть такое, чтобы обеспечить полное сгорание водорода и полный гидролиз четыреххлористого кремния. Температура пламени регулируется подачей избытка кислорода или инертного газа.

Образовавшийся хлористый водород абсорбируют водой и получают 35Ъ-ную соляную кислоту. Удельная поверхность двуокиси кремния — 200 м /r (3).

К недостаткам данного способа ,следует отнести то, что двуокись кремния получают в водородном плаЗО мени при довольно высокой температу8874б3

Высокодисперсная двуокись кремния, полученная данным способом, не содержит гидроксильных групп, что особенно важно при использовании ее для получения оптического кварцевого стекла.

Результаты спектрального анализа двуокиси кремния особой чистоты приведены в табл. 1.

Содержание примесей в двуоки

Ге Cr jCa jMg Ti Zn Mn !

Приме- ЛС Cu Ni В1 Ga In Pb си

Э

Содержание, -6 7 — 7 7 -7 -7 -7 -7 — -6 - -1 -% мас.Ъ 5-10 2 -10 7 10 3 10 1 10 4 10 5 10 8 ° 10 9 "10 8 10 2 ° 10 1 .10 3 10 3 10

Удельная поверхность двуокиси кремния особой чистоты составляет

300 м /г.

Пример 2. Жидкий гексахлордисилан подают со скоростью 40 мл/ч: в испаритель, в котором поддерживается температура 250 С с помощью электрообогрева. В испаритель также подают кислород в количестве

11,2 л/час. Иэ испарителя смесь паров гексахлордисилана и кислорода поступает в реактор, в котором размещена горелка. Реактор и горелка изготовлены из кварцевого стекла.

В реакторе поддерживается температуРезультаты анализа двуокиси крем-" ния приведены в табл. 2. ре. Наличие такого агрессивного вещества, как хлористый водород, усложн лет . аппаратурное оформление процесса. Кроме того, данным способом трудно получить двуокись кремния особой чистоты, так как при парофазном гидролиэе четыреххлористого кремния двуокись кремния содержит гидроксильные группы и другие примеси, которые значительно ухудшает качество иэделий, изготавливаемых из двуокиси кремния, Целью изобретения является упрощение способа, повышение степени чистоты и удельной поверхности целевого продукта °

Цель достигается тем, что в качестве хлорида кремния используется гексахлордисилан.

Гексахлордисилан и кислород в соотношении 1:2,1 поступают в испаритель, в котором поддерживается температура 250 С. Пары гексахлордисилана поступают в реактор с горелкой при температуре 250-1000" С. В горелке происходит воспламенение смеси паров гексахлордисилана с кислородом и образование двуокиси кремния.

Двуокись кремния собирается в сборнике, а образовавшийся хлор конденсируется в ловушках, охлаждаемых смесью ацетона с сухим льдом. Полученная таким способом двуокись кремния имеет удельную поверхность

300-800 M /г, а содержание примесей не превышает 1"10 мас.Ъ.

Процесс окисления гексахлордисилана проходит по уравнению Simp +2 СΠ— 2 $106 +3 Сйд.

Пример 1. Жидкий гексахлор19 дисилан поступает в испаритель, со скоростью 40 мл/час, в котором поддерживается температура 250 С с помощью электрообогрева. Пары гексахлордисилана и подогретого кислорода поступают в реактор с горелкой, изготовленные из кварцевого стекла, температура которых с помощью злектрообогрева поддерживается равной

250 С. При поступлении паро-газовой о смеси в горелку происходит воспламенение смеси и окисление гексахлордисилана до двуокиси кремния и свободного хлора. Хлор конденсируется в ловушке, охлаждаемой смесью ацетона с сухим льдом, а двуокись кремния собирается в специальной емкости,где освобождается от адсорбированного хлора продувкой сухим воздухом или инертным газом при температуре 150200 С.

Т а б л и ц а 1 си кремния особой чистоты ра 1000 С. При поступлении паро-газовой смеси в горелку происходит воспламенение смеси и окисление гексахлордисилана до двуокиси кремния и свободного хлора. Хлор конденсируется в ловушке, охлаждаемой смесью ацетона с сухим льдом, а двуокись кремния собирается в специальной емкости, где освобождается от адсорбированного хлора продувкой сухим воздухом или инертным газом при тем55 пературе 150-200 С.

887463

Таблица 2

Содержание примесей в двуокиси кремния особой чистоты

Приме- А Cu Ni Bi Ga In Fe Cr Ca Mg Т1 Zn Mn РЬ си

Содер.жанием, 6 7 7 7 7 а 1 7, -I 7 Ф мас.% . 4 10 3 10 5 10 3 10 1 10 1.10 2.10 6 .10 5 10 9 10 3 10 1 10.2.10 6 10

Удельная поверхность полученной, двуокиси кремния особой чистоты составляет 820 м /г.

При применении гексахлордисилана в качестве исходного сырья для получения двуокиси кремния отпадает необходимость проводить окисление или гидролиз исходного продукта выше 1200 С, тем самым упрощается процесс за счет понижения температуры.

Кроме того, получаемая двуокись кремния имеет значительно более высокую удельную поверхность (300820 -м /г в данном изобретении против

2.

200 м /r — - в известном) и высокую степень чистоты (см. табл. 1 и 2).

Хлор, <оторый получается в данном процессе, как побочный продукт, является товарным продуктом и может использоваться вновь для получения гексахлордисилана путем хлорирования кремниевых сплавов.

Данный процесс прост в аппаратурном оформлении и легко осуществим.

Формула изобретения

1. Способ получения двуокиси кремния путем окисления в газовой фазе хлорида кремния в кислородном пламени, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса, а также повышения степени чистоты и удельной поверхности целевого продукта, в качестве хлорида кремния исполЬзуют гексахлордисилан.

2 ° Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс ведут при температуре 250-1000 С.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

9 1394116, кл. С 1 А, 1975.

2. Патент CIA Р 4038370, 30 кл. 423-335, 1977.

3. Патент Великобритании

9 1472472, кл. С 1 А, 1978 (прототип).

Составитель Г. Винокурова

Редактор Т. Кузнецова Техред A. Ач Корректорг. Решетник

Тираж 508 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5

Заказ 10675/3

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4