[发明专利]用乳液水解金属盐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用水和惰性液体的乳液来水解可水解金属盐的方法。

背景技术

在冶金学硅的氯硅烷与HCl气体反应而生成三氯硅烷(TCS)和四氯化硅(STC)的反应中，这两种产物，例如，都是作为生产半导体纯硅、太阳能硅和高度分散的硅酸的原料，而金属盐，主要是金属氯化物，作为反应的副产物生成。具体而言，冷却反应混合物后，氯化铝和氯化铁就会沉积成固体。根据工艺技术而言，选择性沉积固体是很重要的，以便避免液体硅烷在蒸馏工艺过程(distillative work-up)中发生变化。从工艺中分离固体金属氯化物的各种方法是已知的。

在DE 2623290A1中，描述了李比希管(Liebig tube)中与FeCl₃混合在一起的AlCl₃从氯硅烷的气态反应混合物中的沉积。而没有描述李比希管的清洁。

由于固体一般是高度腐蚀性化合物的混合物，因此优选随后立即进行水解并可选地中和所产生的水溶液，以便纯化固体(以备用)。在无水金属氯化物的水解(尤其是主要组分氯化铝的水解)中，已知会释放出非常大量的热，这在散热不充分的情况下会导致水发生蒸发因此导致失控的压力增加并由此导致危险的生产条件甚至发生爆炸。

出于安全原因，因而将受到这些金属氯化物污染的设备和装置部件拆卸通过水解来进行清洁。除了开动装置和运输受污染的设备而引起意外事故的危险之外，为了避免产生停工期这还会导致较高的后勤管理复杂性。与之相关的安全风险和成本是相当大的。

作为一种替代方案，例如，在EP 1174388A1中描述的方法中，在淬灭器(骤冷器，quencher)中沉淀之后，费力地将金属氯化物过滤掉并由此以可利用的形式进行分离。然而，由于这通常会涉及金属氯化物的混合物，因此也可以水解和通过污水处理厂进行随后处置，这在经济学上比进一步的费力纯化更为有利。由此水解能够通过滤饼的给料速率的方式进行控制。

发明内容

本发明的目的是以简单且无危险的方式水解固体可水解金属盐。

本发明涉及一种用于水解可水解金属盐的方法，其中该金属盐与a)水和b)惰性液体的乳液反应。

采用根据本发明的方法，水解反应能够以受控的方式进行。通过使用水乳液，能够延迟金属盐水解过程中的放热。由此使得安全且成本有效地连续清除安装状态的装置部件上的金属盐覆盖层成为可能。

在水解过程中，惰性液体中的水的乳液优选与覆盖层的固体表面接触直至达到所需的清洁效果。与直接与水反应相比，这具有以下优点：

由于水的液滴结构，使反应的表面积下降。随后，放热性水解会明显更慢地发生。通过乳液中水的比例，就能够使反应速率适合于散热。通过在反应后破坏乳液，能够将惰性液体从富含水解产物的水相中分离出来并由此进行回收。这就注定了根据本发明的方法适用于连续运行模式。

该方法尤其适用于去除附着于表面上的金属盐。例如，诸如李比希管的设备能够通过在穿过水乳液直至达到所需转化而除掉附着的金属盐。采用辅助指标(例如，pH电极、温度测量、电导率测量、热导率测量、折射率测定、密度测量)能够直接检测流出的乳液或者已经分离的水相是否完全清除，从而使该工艺过程也能够简单地自动化。

乳液中水的最佳浓度能够通过简单的预先试验来确定，具体而言通常以强烈的放热水解过程开始，为了避免不期望的过热而采用低的水浓度。在已知反应焓、散热和热容的情况下，也能够计算所需或可容许的温度升高的最佳混合物。乳液中水的比例可以优选地在0.5wt％至80wt％的范围，优选10wt％至50wt％的范围，尤其优选15wt％至35wt％的范围内变化。采用非常低的浓度，至水解完成将花费更长的时间；另一方面，采用过高比例的水，就会发生乳液不稳定和不希望发生的高温升温。因此，加入用于稳定乳液的乳化剂是有利的。

例如，可能的金属盐是铝、铁、钛和铬的卤化物，尤其是氯化铝和氯化铁。

在来自硅烷生产的氯化铝覆盖层的水解中，生成了盐酸溶液，使得在这些情况下优选使用的乳化剂是在酸性介质中化学稳定的乳化剂。这种类型的乳化剂实例是磺酸、膦酸和聚乙二醇衍生物，它们也可以混合物的形式使用。本文中尤其优选的乳化剂是那些与铝离子形成溶解性差的产物的乳化剂，如十二烷基苯磺酸，使得-用足够高的浓度-尽管在水解过程中维持乳液稳定，但是由于乳化剂的沉淀，在工艺结束时会使乳液更易分离。混合物中的乳化剂浓度通常为0.01wt％至10wt％，优选0.1wt％至2wt％，尤其优选0.1wt％至1wt％。