Способ получения двуокиси кремния

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 2882690/23 С 01 В Гос рствеииыи коиитеСССРлаи изобретеиийи открытий.7(088,8) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ ся к процессам сной двуокиси и может исения оптичес- ветопроницаекла особой 2 Изобретение относитполучения высокодисперкремния особой чистотыпользоваться для получких стекол с высокой смостью, кварцевого стечистоты и волоконной оптики.Известен способ получения двуокиси кремния, согласно которому пары трихлорсилана взаимодействуют с водяным паром, который образуется при сгорании водорода, при температуре 1100-1200 о С. В качестве газа-носителя паров трихлорсилана используется азот. Полученная двуокись кремния имеет поверхность 380-650 м /г 11. Согласно другому способу, высокодисперсную двуокись кремния получают путем окисления моносилана кислородом, с разбавлением исходной смеси инертным газом притемпературе 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 вмес" те или раздельно с водородом и кислородом. Соотношение водорода и кислорода должно быть такое, чтобы обеспечить полное сгорание водорода и полный гидролиз четыреххлористого кремнияТемпература пламени регулируется подачей избытка кислорода или инертного газа.Образовавшийся хлористый водород абсорбируют водой и получают 35-ную соляную кислоту. Удельная поверхность двуокиси кремния - 200 м /г 32К недостаткам данного способа следует отнести то, что двуокись кремния получают в водородном пламени при довольно высокой температу8874 б 3 Высокодисперсная двуокись кремния, полученная данным способом, не содержит гидроксильных групп, что особенно важно при использовании ее для получения оптического кварцевого стекла. Результаты спектрального анализадвуокиси кремния особой чистотыприведены в табл, 1. Содержание примесей в двуоки Ге СгСа Мд Т 1 2 пМп Приме- ЛС Сц И 1 В 1 Оа 1 п РЬси Содержание, -6 7 - 7 ) -7 -7 .р 7 - у - 6 6 1 з мас. 5-10 2 10 7 10 3 10 1 10 4 10 5 10 8 109 10 8 10 210 1 10 3 10 3 10 Удельная поверхность двуокиси кремния особой чистоты составляет300 м /г.П р и м е р 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 агрессивноговещества, как хлористый водород,усложняет.аппаратурное оформлениепроцесса. Кроме того, данным способом трудно получить двуокись кремнияособой чистоты, так как при парофазном гидролиэе четыреххлористогокремния двуокись кремния содержитгидроксильные группы и другие примеси, которые значительно ухудшаеткачество иэделий, изготавливаемых издвуокиси кремния,Целью изобретения является упрощение способа, повышение степеничистоты и удельной поверхности целевого продуктаЦель достигается тем, что в качестве хлорида кремния используетсягексахлордисилан.Гексахлордисилан и кислород всоотношении 1:2,1 поступают в испаритель, в котором поддерживается температура 250 С. Пары гексахлордисилана поступают в реактор с горелкойпри температуре 250-1000 С. В горелке происходит воспламенение смесипаров гексахлордисилана с кислородом и образование двуокиси кремния.Двуокись кремния собирается в сборнике, а образовавшийся хлор конденсируется в ловушках, охлаждаемыхсмесью ацетона с сухим льдом. Полученная таким способом двуокись кремния имеет удельную поверхность300-800 м/г, а содержание примесейне превышает 1 10мас,Ъ. Процесс окисления гексахлордисилана проходит по уравнению 81.6 +2 СО= 2 81 О +3 СЕ.П р и м е р 1. Жидкий гексахлор О дисилан поступает в испаритель, соскоростью 40 мл/час, в котором поддерживается температура 250 С с помощью электрообогрева. Пары гексахлордисилана и подогретого кислородапоступают в реактор с горелкой,изготовленные из кварцевого стекла,температура которых с помощью злектрообогрева поддерживается равной250 С. При поступлении паро-газовойосмеси в горелку происходит воспламенение смеси и окисление гексахлордисилана до двуокиси кремния и свободного хлора, Хлор конденсируетсяв ловушке, охлаждаемой смесью ацетонас сухим льдом, а двуокись кремниясобирается в специальной емкости,гдеосвобождается от адсорбированногохлора продувкой сухим воздухом илиинертным газом при температуре 150200 С.36 Таблица 1си 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 тем пературе 150-200 С.887463 Таблица 2 Содержание примесей в двуокиси кремния особой чистотыПриме- АЕ Сц И 1 В 1 Оа 1 п Ре Сг Са Мд Т 1 Яп Мп РЬ си Удельная поверхность полученной ,двуокиси кремния особой чистоты сос.тавляет 820 м/г,При применении гексахлордисиланав качестве исходного сырья дляполучения двуокиси кремния отпадаетнеобходимость проводить окислениеили гидролиз исходного продукта выше 1200 С, тем самым упрощается процесс за счет понижения температуры,Кроме того, получаемая двуокиськремния имеет значительно более высокую удельную поверхность (300820 м /г в данном изобретении против2200 м /г - в известном) и высокуюстепень чистоты (см, табл, 1 и 2).Хлор, оторый получается в данномпроцессе, как побочный продукт, является товарным продуктом и можетиспользоваться вновь для получениягексахлордисилана путем хлорированиякремниевых сплавов.Данный процесс прост в аппаратурном оформлении и легко осуществим. Формула изобретения 1. Способ получения двуокиси кремния путем окисления в газовой фазехлорида кремния в кислородном пламени, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью упрощения процесса,а также повышения степени чистотыи удельной поверхности целевого продукта, в качестве хлорида кремнияисполЬзуют гексахлордисилан.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что процесс ведутпри температуре 250-1000 С,25Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент ВеликобританииР 1394116, кл. С 1 А, 1975.2. Патент США Р 4038370,30 кл. 423-335, 1977,3. Патент ВеликобританииР 1472472, кл. С 1 А, 1978 (прототип). Составитель Г. Винокурова Редактор Т. Кузнецова Техред А. Ач Корректорг. РешетникТираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изооретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5