Спосіб одержання двоокису кремнію

Союз Советских Социалистических Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 150280 (21) 2 8826 90/23-26 с присоединением заявки № Государственный комитет СССР по дедам иіобретеннй и открытий 3 С 01 В 33/18 (23) Приоритет Опубликовано 071281 Бюллетень №45 Дата опубликования описания 07.1281 (72) Авторы изобретения . Кл. 661.183, .7 (088.8) В.Ф. Кочубей, А.П. Г а в р и л о в , О.Г. Мамаев, Ю.А. П а э д е р с к и й , Д . П . Чурик, М.М. Л а с т о в е ц к и й , А.Д. Зорин и B.C. Хотимченко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ t ~ Изобретение относится к процессам ~ Получения высокодисперсной двуокиси кремния особой чистоты и может использоваться для получения оптических стекол с высокой светопроницаемостью, 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 1100-1200°С. В качестве газа-носителя паров трихлорсилана используется азот. Полученная двуокись кремния имеет поверхность 380-650 м 2 /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 12]. К недостаткам этих двух способов следует отнести то, что при гидролизе трихлорсилана в водородном пламени [1,2] образуется хлористый водород, который обладает коррозион ными 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 10 двуокиси кремния из четыреххлористого кремния в кислородном пламени в присутствии водорода при температуре не ниже 1200°С. Четыреххлористый кремний подается в горелку вместе или раздельно с водородом и кислородом. Соотношение водорода и кислорода должно быть такое, чтобы обеспечить полное сгорание водорода и полный гидролиз четыреххлористого 20 кремния. Температура пламени регулируется подачей избытка кислорода или инертного газа. Образовавшийся хлористый водород абсорбируют водой и получают 35%-ную 25 соляную кислоту. Удельная поверхность двуокиси кремния - 200 м-2/г [3] К недостаткам данного способа следует отнести то, что двуокись кремния получают в водородном пла30 мени при довольно высокой температу 887463 Р е . Наличие такого агрессивного вещества, как хлористый водород, усложняет аппаратурное оформление процесса. Кроме того, данным способом трудно получить двуокись кремния особой чистоты, так как при парофазном гидролизе четыреххлористого кремния двуокись кремния содержит гидроксильные группы и другие примеси, которые значительно ухудшает качество изделий, изготавливаемых из двуокиси кремния, Целью изобретения является упрощение способа, повышение степени чистоты и удельной поверхности ц е левого продукта. Цель достигается тем, что в к а честве хлорида кремния используется гексахлордисилан а Гексахлордисилан и кислород в соотношении 1:2,1 поступают в испарит е л ь , в котором поддерживается температура 250 С. Пары гексахлордисипоступают 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 такий способом двуокись кремния имеет удельную поверхность 300-800 M 2 / r F а содержание примесей не превышает 1 1 0 ~ 5 мас.%. Высокодисперсная двуокись кремния, полученная данным способом, не с о держит гидроксильных групп, что особенно важно при использовании ее для получения оптического кварцевого стекла. 25 Процесс окисления гексахлордисилана проходит по уравнению SiCgg +2 СО^= й = 2 SiO2+3 С Є 2 . П р и м е р 1. Жидкий гексахлордисилан поступает в испаритель, со скоростью 40 мл/час, в котором п о д С держивается температура 25О 'С с п о мощью электрообогрева. Пары гексахлордисилана и подогретого кислорода поступают в реактор с горелкой, изготовленные из кварцевого стекла, температура которых с помощью эпектрообогрева поддерживается равной 250 С . При поступлении паро-газовой смеси в горелку происходит воспламенение смеси и окисление гексахлордисилана до двуокиси кремния и с в о бодного 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 1 5 0 200°С. Результаты спектрального анализа двуокиси кремния особой чистоты приведены в табл. 1, Содержание примесей в двуокиси кремния особой Примеси Содержание, мас.% 5 10 Си Bi Ga In Ре Сг Т* Са Т а б л и ц а ї частоты Zn Mn Pb -6 7 7 7 2 - Ю 7 10 7 3 • 10 1 10 4 • 10 5-10 8-10 9 io" 8-io 2 10 1 10 3 •10 3 1 0 Удельная поверхность двуокиси кремния особой чистоты составляет 300 м е / г . П р и м е р 2. Жидкий гексахлордисилан подают со скоростью 4 0 мл/ч в испаритель, в котором поддерживается температура 250°С с помощью электрообогрева. В испаритель также подают кислород в количестве 11,2 л/час. Из испарителя смесь паров гексахлордисилана и кислорода поступает в реаістор, в котором размещена горелка. Реактор и горелка изготовлены из кварцевого стекла. В реакторе поддерживается температу ра 1000°С. При поступлении паро-га*•* зовой смеси в горелку происходит воспламенение смеси и окисление гексахлордисилан а до двуокиси кремния и свободного хлора. Хлор конденсируется в ловушке, охлаждаемой смесью З" 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. Результаты анализа двуокиси кремния приведены в табл. 2. 5 887463 6 Т а б л и ц а Содержание примесей в двуокиси кремния особой чистоты Примеси АЕ Си Nl Bl Ga In Содержание, _7 _fe _7 _7 -7 мас.% 4 - Ю 3 1 05 - 1 0 3 > 1 0 1 - 1 0 Ы Удельная поверхность полученной двуокиси кремния особой чистоты составляет 82 0 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 200 м /г - в известном) и высокую степень чистоты (см. табл. 1 и 2 ) . Хлор, -шторый 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. Редактор Т. Кузнецова Заказ 10675/3 Fe Cr Ca Mg Ті Zn Mn 2 Pb - 7 - 6 - 7 - 7 . 7 - й - t - 7 -< 0 2 - Ю 6UG 5 - Ю 9 1 03 - Ю 1-10 2 - Ю 6'10 Формула изобретения 15 20 25 30 1. Способ получения двуокиси кремния путем окисления в газовой фазе хлорида 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 чистоты и удельной поверхности целевого продукта, в качестве хлорида кремния используют гексахлордисилан. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что процесс ведут при температуре 250-1000°С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе і 1. Патент Великобритании № 1394116, кл. С 1 А, 1975. 2. Патент США № 4038370, кл. 423-335, 1977. 3. Патент Великобритании № 1472472, кл. С 1 А, 1978 (прототип) . Составитель Г. Винокурова Техред А. Ач Корректорг. Решетник Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретения и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП •'Патент 11 , г. Ужгород, ул. Проектная, 4