由超細超純硅制備氯硅烷制造技術

本發明專利技術提供由超細超純硅與氯化氫的反應制備氯硅烷的方法和裝置，其中將超細超純硅供入冶金級硅的固定床中，其中超純硅的輸入管道和所述固定床具有最低溫度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】由超細超純硅制備氯硅烷本專利技術涉及由超細超純硅制備氯硅烷的裝置和方法。作為原材料尤其可以使用超細超純硅或細碎的超純硅，其尤其是超純硅廢料(英語Kerf)。所述超細超純硅優選具有>99.99% Si，優選〉99.9999% Si的顆粒純度，例如在流化床反應器或西門子反應器中在硅的氣相沉積時由氣態硅化合物產生的硅粉末，或在機械加工，特別是在鋸切或磨削超純硅時產生的鋸切顆粒和磨削顆粒。這樣的超細超純硅也被稱作Kerf，并可能摻以鋸料、磨料和/或冷卻劑，例如摻以鐵、金剛石、碳化娃和有機冷卻劑。將具有小于50 Mm,優選小于10 Mm范圍大小的硅顆粒稱作超細的。根據本專利技術的方法以氫氯化反應轉化超細超純硅，其中在與所述超細超純硅的混合物中包含所謂的冶金級硅，所述冶金級硅具有〈99.9%的Si，例如98%的Si，其余為Fe、Ca和Al。通常，所述冶金級硅具有大小超過I cm的明顯更大的顆粒。根據本專利技術，在固定床反應器中，在至少380°C，優選至少450°C，更優選至少750°C的溫度下，優選借助于含氯化氫的氣體流將所述超細超純硅轉化成氣態的硅-氯-化合物，例如SiHCl3和/或SiCl4。在本方法中所使用的固定床反應器具有格柵、位于所述格柵上方的冶金級硅的堆料、作為添加HCl的氯化氫的輸入管道和至少380°C，優選至少450°C的用于如此調溫供給超細超純硅的熱的輸入管道。根據本專利技術的方法有利地允許使用這樣的反應器，即其冷卻裝置由壁和/或蓋中的冷卻套構成，并且所述裝置例如在該反應器體積中沒有用于供給冷卻介質的裝置也能使用。對于根據本專利技術的方法而言，所述含硅顆粒生成氣態硅-氯-化合物的反應采用與基本上不含氯氣的氯化氫氣體反應。由于娃與氯化氫氣體生成SiHCl3或SiCl4的反應具有-219 kj/mol或-272 kj/mol的放熱，明顯少于硅與氯的反應，因此在根據本專利技術的方法中不需要例如通過額外的內置熱交換面來進行內部冷卻。現有技術Bade 等人，在 Int.J.Miner.Process.167-179 (1996)中描述了包含約 90%Si和5-7% Fe的冶金級硅，其通過用碳還原二氧化硅制成。首先，使該冶金級硅與氯化氫反應生成SiHCl3和/或SiCl4，將其分離，冷凝并隨后例如在西門子工藝中沉積出超純硅。該合成通常在流化床反應器中進行(Ullmann，2005)。流化床反應器中常用的粒徑約為250 Mm，典型的反應溫度約為 300°C (Lobreyer 等人，1996) AS 2005/0226803 Al 描述了在流化床中借助于與氯化氫的反應由超細硅制備三氯硅烷，其中將所述硅直接引入流化床中。將制備塊狀冶金級硅時產生的粉末用作超細硅，該粉末例如在研磨冶金級硅時與1.4%Fe,0.2% Al 和 0.015% Ca—起產生。US2007/0231236 Al描述了在第一離心分離中通過離心分離在其中懸浮有超細超純硅的液體分離出磨料，并隨后從該液體中離心分離出固體。在將殘余物粉碎以活化硅的表面之后，僅將該超純硅尤其是用氯或氯化氫鹵化。WO 2008/133525描述了在加工超純硅錠時在與碳化硅顆粒或金屬顆粒的混合物中同時形成作為鋸屑的超細超純硅的轉化，其在反應器中存在于冶金級硅的混合物中，所述冶金級硅作為堆料，也被稱作流化床，并且有氯氣通流過去。將隨氣體流帶出的顆粒再循環到反應區中。由于流化床中硅鋸屑的反應強烈放熱，所以推薦用液化的SiCl4與在與液化的SiCl4的混合物中的超細超純硅一起導入進行內部冷卻。由DE 10 2004 05919 B4可獲悉例如用于制備氯硅烷的固定床反應器的實施方式和操作方式。專利技術目的 本專利技術的目的在于，提供用于超細超純硅的氫氯化反應的方法，該方法允許容易地轉化各種超純硅廢料。在此力求用這樣的冷卻裝置進行該方法，即其為一個簡單的反應器所有，且例如僅由該反應器的冷卻經由其壁和/或罩構成。特別優選地，所述方法應避免再循環由反應器中帶出的娃粒。本專利技術的一般描述 在準備本專利技術的過程中已發現，超細超純硅與含氯化氫的氣體接觸會形成一種高粘稠的物料。此外已證實，超細超純硅在與氯化氫的反應中會表現出不經濟的低收率。有別于此，超細冶金級硅可有效地氫氯化，而沒有觀察到形成粘稠相或不經濟的收率。在根據本專利技術的方法中使用的超細超純硅優選通過下述方法之一來制備:通過機械加工，例如通過鋸切和/或拋光超純硅塊，因此該細碎超純硅存在于與有機冷卻劑，例如鋸料、冷卻劑，和/或與磨料，例如金剛石或碳化硅的混合物中。在本方法中使用的超細超純硅可通過在流化床反應器或西門子反應器中沉積超純硅來制備，因為這些方法除了生產目標產物大塊的超純硅而外，也產生超純硅的超細粉末。所述超細超純硅特別優選具有Inm - 50 Mm,優選100 nm - 10 Mm范圍的粒徑。本專利技術以權利要求的特征來實現所述目的，并尤其提供在用氯化氫和冶金級硅工作的固定床反應器中由超細超純硅制備氯硅烷的連續方法。根據本專利技術，將所述超細超純硅調溫引入反應器中。為避免形成高粘稠物料以至于堵塞，將超細超純硅的輸入管道的溫度調節到至少380°c，優選到至少450°C。通過調節超細超純硅的輸入管道的溫度也將避免在反應器中形成高粘稠相，所述高粘稠相在超細超純硅與氯化氫接觸時在較低溫度下形成。通常優選連續引入超細超純硅、含氯化氫的氣體，任選也連續供入冶金級硅用以制備固定床。在此，所述超細超純硅可經由與氯化氫輸入管道分開的經調溫的輸入管道添加，該輸入管道例如終止于格柵上方或下方的具有進料開口的管接件中。通過輸入管道或管接件的進料開口的這樣的布置，優選在固定床的下部區域的布置，將實現超細超純硅的高的保留時間，以至于在此保留時間內，超細超純硅在通過固定床期間基本上完全反應，并且沒有超細超純硅被氣態反應產物從反應中帶出。在第一實施方式中，連接超純硅的源頭與其排出口的經調溫的輸入管道可具有傾斜度，對于超純硅的運輸來說該傾斜度對進料開口具有足夠的落差。在另一個實施方式中，借助于氣流，例如借助于氮氣流用氣流輸送超細硅。將氯化氫作為含氯化氫的氣體在堆料下方供入，其中任選也調節含氯化氫氣體的輸入管道的溫度，例如至反應器的溫度或超細超純硅的輸入管道的溫度。在此實施方式中，其中通常將超細超純硅在與含氯化氫氣體的輸入管道分開的輸入管道中引入反應器中，任選將形成固定床的冶金級硅在與超細超純硅的混合物中引入反應器中。在第二實施方式中，將超細超純硅與反應物氯化氫一起經由共同的經調溫的輸入管道或經由同一經調溫的管接件引入反應器中，并通過布置在格柵下方的進料開口添加。在這種情況下在固定床反應器中有利地實現超純硅大的保留時間。在第三實施方式中，可將超細超純硅與任選添加的氯硅烷或氫一起經由經調溫的輸入管道或經由經調溫的管接件引入固定床中。借助于另外輸入氯硅烷或氫可影響該反應的產物氣體平衡，以至于可由此控制該方法。在本專利技術一個特殊的實施方式中，將所述超細超純硅在加入反應器之前再次粉碎至更有利的粒徑，例如粉碎至最大10 Mm的平均粒徑。由此供入例如在研磨機中經粉碎的超細超純硅，并且該方法在將其引入反應器中之前具有粉碎超細超純硅的步驟。相應地，用于該方法的根據本專利技術的裝置的特點在于，將用于任選本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：F貝克，W維南德，I保利，M奧萊克，Y厄納爾，
申請(專利權)人：贏創德固賽有限公司，
類型：
國別省市：