專利名稱：一種四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，它涉及以上三種產(chǎn)品的聯(lián)合制備方法。
四氯化硅、多晶硅和石英玻璃都是社會急需的熱門產(chǎn)品，尤其是多晶硅和石英玻璃，它們是當(dāng)今世界電子工業(yè)和光電子工業(yè)不可缺少的熱門基礎(chǔ)材料。這些產(chǎn)品雖然熱門，但目前生產(chǎn)它們都要放出大量的有毒尾氣，也就是說，目前，要獲取四氯化硅、多晶硅和石英玻璃都是要以我們舍棄美好環(huán)境為代價的?，F(xiàn)今有一種生產(chǎn)石英玻璃的方法可以減少毒氣放出，那就是用天然的石英料來生產(chǎn)石英玻璃。這種方法雖沒有毒氣放出，可它需要消耗大量的能源，很顯然，用這種方法生產(chǎn)石英玻璃同樣需要我們付出極大的代價。我們知道，代價過大，必然會阻礙這些產(chǎn)品的發(fā)展。
本發(fā)明的目的是提供一種四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法，以此減少廢料和廢氣的排放，減少反復(fù)升降溫的次數(shù)，從而達(dá)到減輕對環(huán)境的污染和節(jié)能的目的。
本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的現(xiàn)有的四氯化硅、多晶硅和石英玻璃三種產(chǎn)品的單項制備法是，以氯和硅石為原料，在合成爐里合成為四氯化硅；以四氯化硅和氫為原料，在還原爐里還原為多晶硅；以氫、氧和四氯化硅為原料，用氫氧火焰直燒四氯化硅，通過打砣機(jī)制備成石英玻璃；為達(dá)到上述目的，本發(fā)明將上述三種產(chǎn)品按下面的方法聯(lián)合制備合成四氯化硅所用的原料氯是由電解槽電解氯化氫水溶液獲得的；還原多晶硅所用的四氯化硅是由合成爐供給的，但要經(jīng)過提純系統(tǒng)提純，使其純度達(dá)到99.9999％以上方使用；還原多晶硅所用的氫是由電解槽電解氯化氫水溶液獲得的，但要經(jīng)過凈化系統(tǒng)凈化，使其純度達(dá)到99.999％以上，含氧在20PPM以下，露點在-40℃以下，然后再與合格的四氯化硅混合后再通入還原爐；以還原爐的尾氣為原料，經(jīng)加氧燃燒，在1650-1850℃的高溫下，通過打砣機(jī)制成石英玻璃；將打砣機(jī)的尾氣通入淋洗塔，經(jīng)過水淋洗使尾氣中的四氯化硅水解，生成二氧化硅粉和氯化氫水溶液，同時將尾氣中氣態(tài)的二氧化硅冷卻成固態(tài)的粉末；淋洗塔排出的尾液再經(jīng)固液分離器將二氧化硅粉粒去除，剩下的氯化氫水溶液送入電解槽電解為氫和氯；之后，再將氯用于合成四氯化硅，而氫將進(jìn)入凈化系統(tǒng)，為再次在還原爐里制備多晶硅使用。
本發(fā)明的方法是聯(lián)合制備法，其生產(chǎn)過程是連續(xù)的，不象單項生產(chǎn)那樣，生產(chǎn)一種產(chǎn)品升一次溫，生產(chǎn)完一種產(chǎn)品降一次溫，也就是說，本發(fā)明的方法沒有反復(fù)升降溫的現(xiàn)象，因此可以節(jié)能。還有，多晶硅和石英玻璃二種產(chǎn)品在生產(chǎn)時都要使用經(jīng)過凈化處理的氫和經(jīng)過提純的四氯化硅，因此需要各自有一臺四氯化硅合成爐，一套四氯化硅提純系統(tǒng)和一套氫凈化系統(tǒng)。本發(fā)明的方法是聯(lián)合制備，多晶硅和石英玻璃二種產(chǎn)品所用的四氯化硅合成爐、四氯化硅提純系統(tǒng)和氫凈化系統(tǒng)都可以合一，無需各一套。這樣一來，四氯化硅合成爐、四氯化硅提純系統(tǒng)和氫凈化系統(tǒng)的數(shù)量就各減少了一倍，從而不僅節(jié)約了投資，而且還減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。再有，本發(fā)明的方法是將上一個產(chǎn)品的尾氣或尾液作為下一個產(chǎn)品的原料，使本來作為廢氣和廢液排出的尾氣和尾液得到了綜合利用，因此，不僅可以減少廢氣和廢液的排放量，而且還可以減輕對環(huán)境的污染。


圖1是本發(fā)明的工藝流程方框示意圖。
圖中，生產(chǎn)的產(chǎn)品用黑底白字表示；原料用橢圓框黑字表示；排出物用無框黑字表示。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明的工藝分如下五個部分A為四氯化硅合成部分；B為多晶硅的氫還原部分；C為石英打砣部分；D為淋洗部分；E為電解部分。
A為四氯化硅合成部分。該部分是以氯和96-99％純度的硅石為原料通入合成爐，在合成爐里400-500℃的溫度條件下，氯就會與硅石發(fā)生反應(yīng)，合成為四氯化硅了。該部分生產(chǎn)的四氯化硅一部分供C部分使用，剩余的可以直接作為商品買出。該部分使用的原料氯是由E部分供給的。
B為多晶硅的氫還原部分。該部分是以四氯化硅和氫為原料，在還原爐里，部分原料以1100-1200℃的高溫還原成為多晶硅。該部分使用的四氯化硅是由A部分供給的，原料氫是由為部分供給。多晶硅的質(zhì)量與其原料的質(zhì)量密切相關(guān)，為保證質(zhì)量，還原時所用的四氯化硅純度要達(dá)到99.9999％以上，氫的純度達(dá)要到99.999％以上，含氧在20PPM以下，露點在-40℃以下。為此，由A部分供給的四氯化硅要首先進(jìn)入提純系統(tǒng)提純，由E部分供給的氫要進(jìn)入凈化系統(tǒng)凈化，合格后再與合格的四氯化硅混合后通入還原爐。
在還原爐里發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是復(fù)雜的，除了還原反應(yīng)，還有熱分解反應(yīng)，這樣，對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大的影響。由經(jīng)驗得知，氫過量可以抑制熱分解反應(yīng)，當(dāng)氫與四氯化硅的體積比值在5以上，熱分解反應(yīng)就可以得到抑制，而使還原反應(yīng)在還原爐里占得優(yōu)勢，為此，要將還原多晶硅時使用的氫與四氯化硅的體積比值控制在5-30之間。
C為石英打砣部分。該部分是以B部分的尾氣為原料，經(jīng)加氧燃燒，在1650-1850℃的高溫下，通過打砣機(jī)制成石英玻璃。B部分的尾氣中主要是由氫、四氯化硅、氯化氫組成，其中氫的體積約占75-85％、四氯化硅約占10-20％、氯化氫約占5-15％。這一比例正好適合制備石英玻璃使用，只要將這一混合氣送入石英打砣機(jī)并點燃，再加氧助燃就可以得到1650-1850℃的高溫，混合氣在此高溫條件下，就可以在石英打砣機(jī)上制備出石英玻璃。
D為淋洗部分。該部分的原料是C部分的尾氣。C部分的尾氣中主要是由氯化氫、氣態(tài)的二氧化硅和少量四氯化硅組成。這一尾氣進(jìn)入淋洗塔后，經(jīng)水淋洗，使尾氣中的四氯化硅水解生成二氧化硅粉和氯化氫水溶液，同時將尾氣中氣態(tài)的二氧化硅冷卻成固態(tài)的粉末。淋洗塔排出的尾液再經(jīng)固液分離器將二氧化硅粉粒去除，剩下尾液送E部分。
E為電解部分。該部分的原料有二個來源，一個是外購的氯化氫(鹽酸)水溶液，另一個是D部分的尾液。D部分的尾液主要是氯化氫水溶液。氯化氫水溶液被送入電解槽后，在電解槽里被電解為氫和氯；之后，再將氯送入A部分，用于合成四氯化硅，而氫將進(jìn)入B部分，經(jīng)凈化系統(tǒng)凈化后，為再次在還原爐里制備多晶硅使用。
權(quán)利要求
1.一種四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法，以氯和硅石為原料，在合成爐里合成為四氯化硅；以四氯化硅和氫為原料，在還原爐里還原為多晶硅；以氫、氧和四氯化硅為原料，用氫氧火焰直燒四氯化硅，通過打砣機(jī)制備成石英玻璃；其特征在于合成四氯化硅所用的原料氯是由電解槽電解氯化氫水溶液獲得的；還原多晶硅所用的四氯化硅是由合成爐供給的，但要經(jīng)過提純系統(tǒng)提純，使其純度達(dá)到99.9999％以上方使用；還原多晶硅所用的氫是由電解槽電解氯化氫水溶液獲得的，但要經(jīng)過凈化系統(tǒng)凈化，使其純度達(dá)到99.999％以上，含氧在20PPM以下，露點在-40℃以下，然后再與合格的四氯化硅混合后再通入還原爐；以還原爐的尾氣為原料，經(jīng)加氧燃燒，在1650-1850℃的高溫下，通過打砣機(jī)制成石英玻璃；將打砣機(jī)的尾氣通入淋洗塔，經(jīng)過水淋洗使尾氣中的四氯化硅水解，生成二氧化硅粉和氯化氫水溶液，同時將尾氣中氣態(tài)的二氧化硅冷卻成固態(tài)的粉末；淋洗塔排出的尾液再經(jīng)固液分離器將二氧化硅粉去除，剩下的氯化氫水溶液送入電解槽電解為氫和氯；之后，再將氯用于合成四氯化硅，而氫將進(jìn)入凈化系統(tǒng)，為再次在還原爐里制備多晶硅使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法，其特征在于還原多晶硅時使用的氫與四氯化硅的體積比值為5-30之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四氯化硅、多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法，它是以電解氯化氫水溶液獲得的氯合成四氯化硅，獲得的氫制備多晶硅；以還原爐的尾氣制備石英玻璃；淋洗石英玻璃打砣機(jī)的尾氣，淋洗后排出的尾液送入電解槽電解為氫和氯；氫和氯再次用于制備四氯化硅和多晶硅。本發(fā)明的最大優(yōu)點是使本來作為廢氣和廢液排出的尾氣和尾液得到了綜合利用，因此，不僅可以減少廢氣和廢液的排放量，而且還可以減輕對環(huán)境的污染。
文檔編號C01B33/10GK1509984SQ0215861
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者劉寄聲 申請人:劉寄聲