[发明专利]硅化镁法硅烷的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅技术领域，涉及一种硅烷的制备工艺，尤其 涉及一种以硅化镁为原料的制备硅烷的改进工艺。

背景技术

硅烷(SiH₄)广泛用于外延沉积单晶硅膜和生产多晶硅膜，制 造非晶硅太阳能电池和复印机的光敏部件，以硅鼓代替传统的硒 鼓，以及在玻璃工业中用于生产茶色玻璃。在高科技领域中，硅烷 和乙烯在激光激活下可生成碳化硅超细粉末，硅烷和氨在激光激活 下可生成氮化硅超细粉末。同时随着光伏产业的迅猛发展，国内硅 烷需求量急速增加。

目前生产硅烷方法主要有：硅化镁氨解法(简称硅化镁法)、 氯硅烷歧化法(也称UCC法)和氟化硅氢化法(也称ETHYL法)。 硅化镁制备硅烷的方法是早期国际上比较普遍采用的一种生产方 法，后来逐渐被其他方法所取代。国内1960年代开发成功硅化镁 方法技术路线，国内目前还是硅化镁法占主导地位。硅化镁法生产 硅烷的基本原理为：以硅化镁和氯化铵为原料，以液态氨为反应介 质，反应生成硅烷和六氨氯化镁。该方法具有硅烷产率高、反应原 料易得、操作简单、温度和压力工艺条件容易达到等优点。现有硅 化镁法硅烷的制备方法由于技术及安全等多方面的因素，基本采用 小规模间歇操作，存在以下几方面的明显不足：

1)硅烷发生过程中出气量不稳，对操作人员及设备要求高， 安全性差；

2)间歇反应时间一般为24h，产率只有70％，产能低，增加了 生产成本；

3)硅烷发生的反应温度一般选择-40～-80℃，如此低温条件 反应对冷媒降温要求高，增加了能耗；

4)硅烷发生后直接进入硅烷精制工序，夹带液氨量大，增加 了提纯难度；

5)间歇操作液氨泄漏较多，环境污染严重。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有硅化镁法小规模间歇生产硅烷 所存在的劳动强度大、安全性差、产率低、能耗高、环境污染严重 等不足，提供一种硅化镁法连续生产硅烷的方法，其包括如下步骤：

将固体氯化铵与液氨配制成质量分数为1％～40％的氯化铵液氨 溶液；将配制好的氯化铵液氨溶液和硅化镁固体连续地由多级串联 硅烷发生器的第一级加入或分级限量加入，硅化镁与氯化铵原料累 计摩尔比为1∶1～8；对各级硅烷发生器进行搅拌并冷却，各级硅 烷发生器的反应温度为-60～30℃，反应压力为0.1～1.5MPa，反 应物料停留时间为1～12h；各级硅烷发生器连续发生的硅烷经由 洗涤塔、冷凝器进入硅烷缓冲罐收集，硅烷气体带出的氨气经冷凝 器冷凝后的液氨由洗涤塔返回硅烷发生器，返回的液氨同时对硅烷 中的硼烷等杂质进行洗涤。

所述的多级串联硅烷发生器优选2～4级，最好是3级或4级。 少于3级时，反应时间延长，产率下降，多于4级时，虽然操作更 趋向安全、稳定，但存在装置投资大、占地面积大、能耗高的缺点。 硅烷发生器的形式通常为反应釜。

所述配制氯化铵液氨溶液的质量分数为1％～40％，优选10％～ 30％。氯化铵浓度过低，反应速度慢，不利于产能的提高；而浓度 过高，固液物料接触不好，对反应速度也有很大的影响。

反应过程中，硅化镁与氯化铵原料累计摩尔比通常为1∶1～8， 优选按累计摩尔比为1∶4～6进行投料。硅化镁与氯化铵反应的理 论配比为1∶4，氯化铵配比过低，硅化镁反应不完全；配比过高， 氯化铵原料成本明显增加。

一种优选实施方案中，配制好的氯化铵液氨溶液和硅化镁分别 用泵和螺旋加料器计量连续加入硅烷发生器。

采用3级硅烷发生器连续操作时，随着反应原料的不断加入， 第一级硅烷发生器中的物料经泵依次输入第二、第三级硅烷发生 器，进行连续的硅烷发生反应。3级硅烷发生器反应物料停留时间 为1～12h，优选3～8h。

串联的各级硅烷发生器可以采用一致的操作温度和压力，也可 以采用不同的温度和压力；优选采用反应温度逐级提高的操作方式 以保证硅烷发生的产率。