氟硅酸盐热解法
利用磷肥副产氟硅酸盐可直接热解制备四氟化硅气体,反应方程式如下:
R2 SiF6→2RF + SiF4↑
为了除去原料中的水分和结晶水、减少杂质气体例如HF 和( SiF3)2O 等 的生成,在热解前,对氟硅酸盐进行干燥热处理,处理温度低于其热解温度,压力小于2. 67 kPa,同时可以降低原料反应时所需要的能耗,所生产的四氟化硅具有较高的纯度和收率。不同氟硅酸盐干燥热处理温度不同,如氟硅酸钠330 ~ 500 ℃,氟硅酸钾430 ~ 550 ℃,氟硅酸钡300 ~ 410 ℃等,再于高温下进行热解。氟硅酸盐在热解生产四氟化硅时,炉壁易被腐蚀,分解产物附于炉壁而不易被排出。原料在干燥热处理完毕后,按一定比例加入惰性助剂( 氟化盐、二氧化硅、氧化铝等) ,再进行反应,可以解决这一问题,并且提高了反应率。
热分解后产物容易附于炉壁,并且能耗较大,尽管在热解前进行了干燥热处理,但是还有少量结晶水存在,对四氟化硅气体的纯度有一定影响。但是整个工艺过程生产成本低,反应物单一,生成的四氟化硅气体中杂质含量较少,提纯工艺简单,副产物氟化物能够很好的用于其他方面,具有很高的经济效益,整个过程无废水、废气、废渣排放,符合国家环保政策。
回转窑热裂解氟硅酸钠制备四氟化硅的方法,将氟硅酸钠在200 ~ 300 ℃下热处理后,送入回转反应釜,在500 ~ 900 ℃下热裂解1 ~ 2 h。在裂解的过程中,添加辅助剂有效解决了粘壁的问题,产生的四氟化硅气体经过除尘、冷却、干燥、压缩、收集可得纯度大于98. 8% 的四氟化硅气体。李世江等[10]利用氟硅酸钠为原料,采用高温流化床反应器,可制得四氟化硅气体,经提纯后纯度可达99. 9%。
以氟硅酸钙为原料,热解制备四氟化硅的方法,将氟硅酸钙干燥处理,送入热解反应器,在压力为0. 05 ~ 0. 5 MPa,温度为220 ~ 420 ℃的条件下,热解60 ~ 150 min,将所得气体进行提纯,可得99%的四氟化硅。
氟硅酸盐热解制备四氟化硅气体反应易于发生,操作危险性小,对设备材质要求也比硫酸法和氟硅酸法低。氟硅酸盐可预先进过提纯,热解得到的四氟化硅气体也易于进一步提纯,因此该方法成为较为常用且具有发展前景的制备电子级四氟化硅气体的方法。