[发明专利]一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机化工领域，涉及一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法。

背景技术

四氯化硅是多晶硅生产中产生量最大的副产物，未经处理回收的四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对安全和环境危害很大。2010年，我国多晶硅产量达4万吨左右，副产物四氯化硅约为60万吨。大量的四氯化硅的后处理问题已经成为制约多晶硅行业发展的瓶颈。

近年来，多晶硅副产物四氯化硅后处理主要有三种方法：一是氢化还原生产三氯氢硅法，这种方法虽然能回收利用一部分四氯化硅，但该技术目前还存在着三氯氢硅收率低、生产成本高、项目投资大高等问题；二是利用四氯化硅生产高附加值的气相法白炭黑。气相法白炭黑附加值高，用途广，用四氯化硅制备气相法白炭黑技术是有效利用四氯化硅的理想方法。但白炭黑市场容量有限，单纯采用气相法白炭黑技术无法大量的四氯化硅；三是直接水解法生成稀盐酸和二氧化硅。中国发明专利CN101591018A提出将四氯化硅和稀盐酸及新鲜水在反应器中反应，生成氯化氢气体和二氧化硅。该工艺处理一定量的四氯化硅需要大量的水或稀盐酸，并且生成的氯化氢气体需盐酸增浓后再解析得到，因此该工艺过程较为复杂。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点提供一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，该方法工艺过程简单，成本低，便于生产实施。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，它包括以下步骤：

将添加剂和表面活性剂加入到含质量浓度为5％-30％的盐酸水溶液的密闭反应釜中，然后在密闭反应釜中再加入四氯化硅，所述四氯化硅通入量控制在0.4-0.9m³/h，控制温度在20-50℃下进行水解反应，生成硅溶胶和氯化氢气体，所述氯化氢气体经干燥后回收利用。

所述硅溶胶经过静置陈化形成二氧化硅沉淀，将所述二氧化硅沉淀进行过滤、洗涤除去残留的添加剂；洗涤后的二氧化硅胶体经干燥后得到沉淀白炭黑(二氧化硅)。

所述的添加剂阴离子为硫酸根和/或氯离子构成的无机盐中的一种或两种，所述的添加剂阳离子为钠离子、镁离子、钙离子和/或铵离子构成的无机盐中的一种或两种。

所述添加剂的量为反应物总重量的3-20％。

所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚)中的一种。

所述表面活性剂的量为反应物总重量的2-5％。

所述四氯化硅的量为反应物总重量5-35％。

优选的，所述的一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，它还包括以下步骤：将洗涤的水配制成添加剂溶液循环使用。

优选的，所述的一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，它还包括以下步骤：所述的反应生成的氯化氢气体回收用于生产三氯氢硅或PVC。

优选的，所述的一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，所述添加剂的量为反应物总重量的10-15％。

优选的，所述的一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，所述表面活性剂的量为反应物总重量的3-4％。

优选的，所述的一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，所述四氯化硅的量为反应物总重量15-20％。

优选的，所述的一种利用多晶硅副产物四氯化硅水解制备二氧化硅和氯化氢的方法，它还包括以下步骤：

在密闭反应釜中加入50L质量浓度为28％的盐酸溶液，再加入8kg添加剂氯化镁和氯化铵的混合物，其中氯化镁和氯化铵各占4kg，再加入2kg表面活性剂OP-10，充分搅拌均匀后再在夹套中通入蒸汽进行加热，控制反应温度在45℃，然后将四氯化硅缓慢加入到密闭反应釜中，控制四氯化硅的流量在0.5m³/h，加入过程中通过调整循环冷却水的量控制釜内反应液温度为45-50℃，反应中产生的氯化氢气体经过滤除尘、干燥后送往三氯氢硅生产装置。四氯化硅反应结束后，将料液陈化1h后排至过滤设备进行分离和洗涤，母液水送至母液储罐，洗涤水送入贫液储槽作为母液补充水，洗涤后的固体通过造粒、干燥得到沉淀二氧化硅。

本发明与现有四氯化硅水解技术相比，具有以下优点：

①添加剂和表面活性剂控制溶胶的凝胶化过程，消弱了二氧化硅颗粒团聚的发生，增加反应液的流动性，拓宽操作窗口，提高可操作性。