[发明专利]从硅和含硅材料生产非晶形硅石的方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及由含硅材料与空气、富氧空气或氧进行火焰燃烧，从硅和含硅材料生产非晶形硅石的方法。本发明还涉及生产非晶形硅石的装置。

背景技术

非晶形硅石颗粒小、表面积很大，现在的生产方法主要是将挥发性硅化合物，特别是四氯化硅与含氧气体在火焰中进行反应。被称为“雾化硅石”的该产品具有多种用途，特别是用作塑料和橡胶的填充剂。还知道类似的非晶形硅石产品可在等离子炉和电炉中生产，反应物是石英和碳或者硅石和石英。这些产品很贵，未见多用。

从欧洲专利EP-B-151490和美国专利4,755,368中知道硅的火焰燃烧方法，它是将细粒的硅例如空气或氧的气体中流化后送入反应器，在火焰中燃烧硅来制造SiO₂微粒。

从挪威专利304366还知道一种用细粒的含硅材料生产非晶形硅石的方法，它是用含氧流化气体以流化方式，把细粒的硅送入燃烧反应器中，再加入补充的含氧气体，使细粒的硅燃烧成SiO₂，而无需再加别的热能。

已知的用硅粉燃烧成非晶形SiO₂的方法的缺点是难于均匀一致地生产。相信其主要原因是当硅粉在气体中流化时，很难均匀一致地向反应器中供料。另外，从挪威专利304355可以看出，该方法生产出的SiO₂只能得到20m²/g的比表面积，而对很多用途来说，所要求的硅石的比表面积要高得多，达80m²/g或更高。

发明内容

本发明的目的是要提供出一种将含硅材料燃烧成SiO₂的方法和装置，它能将硅非常均匀非常稳定地送入燃烧反应器，它所制得的非晶形硅石具有高得惊人的比表面积。

因此本发明是涉及用含有至少50％元素硅的细粒材料生产非晶形硅石的方法，它是把含硅材料送入用油燃烧器或气体燃烧器的热的燃烧反应器中，并从燃烧反应器出口后面回收非晶形硅石，该方法的特征在于，至少有一部分含硅材料是以水成淤浆的方式送入燃烧反应器的。

按照一个优选的实施方案，硅是以水成淤浆的方式被送入燃烧反应器中，该淤浆中以重量计含有20％～80％的含硅材料，优选含有以重量计40％～60％的含硅材料。

按照另一个优选的实施方案，在含有含硅材料的水成淤浆中还加入粘度调节剂、如无机酸或有机分散剂。

为了改进所生产的无晶形硅石的表面，可往水成淤浆中加入表面改性剂，例如铝盐，优选为硫酸铝。

按照又一个实施方案，可在燃烧反应器的出口区域加入水以使非晶形硅石骤冷。

令人惊喜地发现，借助于以水成淤浆的方式送入硅料可使反应室操作处于平衡状态，同时还能使生产出的非晶形硅石具有惊人高的比表面积达100m²/g以上。

作为含硅材料，可使用含有元素硅至少50％的细粒材料。这些材料的例子有：细粒状的冶金级硅；细粒状的高纯度硅；雾化硅；电子用和太阳能电池用硅片的锯屑；粉碎硅时所得到的滤粉；生产有机卤素硅烷和无机硅烷的反应器中的残留内。

本发明还涉及用含有以重量计至少50％元素硅的细粒材料生产无晶形硅石的装置，该装置包括一个加长的反应室，反应室一端有一个由燃烧器或气体燃烧器，在反应室侧壁上至少设有一个供应含硅材料水成淤浆的孔、一个无晶形硅石产品的出口孔；以及收集无晶形硅石的设施。

该反应室优选设有一个供应空气、富氧空气或氧的入口孔。

附图简述

图1示出本发明的装置的断面图。

图1中示出圆柱形的燃烧反应器1。燃烧反应器1包括有外部钢筒2，其内衬有耐火衬套3。在燃烧反应器1的一端装有一个油燃烧器或气体燃烧器4。燃烧反应器1的另一端设有一个出口孔。在钢筒2外面装有供冷却空气循环用的冷却套5。冷却套5上设有一个入口孔6。反应室1上还设有一个入口孔7，以供输入含硅材料的水成淤浆。

冷却空气通过入口孔6送入冷却套5，离开冷却套5后进入小室8，小室8借助于出口9与过滤器或类似物相连结，以收集生产出的非晶形硅石。还设有一个入口孔10，以便向反应器1输入空气、富氧空气或氧。

开始生产时，反应器1首先用油燃烧器或气体燃烧器4加热。随后开始输入硅，通过入口孔7输入含硅的水成淤浆并通过孔10输入空气、富氧空气或氧。进入反应器的硅粒将着火并在通过反应室1过程中被烧制成非晶形硅石。

实施例1