[发明专利]一种用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅生产工艺技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂及其制备方法。

背景技术

目前绝大部分厂家采用三氯氢硅还原工艺生产多晶硅，在该生产过程中，每生产1吨多晶硅有将近20t的四氯化硅副产物产生，一个2000吨多晶硅工厂每年则产生40000多吨四氯化硅。常温下四氯化硅为液态，不宜储运。同时四氯化硅的市场容量有限，这都造成了四氯化硅处理困难的局面。随着多晶硅产业化规模的扩大，四氯化硅副产物的处理难题已经成为了限制国内多晶硅大规模产业化的瓶颈。金融危机之后，多晶硅价格大幅下滑，降低生产成本成了多晶硅发展的生命线。而通过氢化技术的运用，将副产物四氯化硅转化为原料三氯氢硅，能够实现多晶硅生产的物料闭路循环，实现多晶硅的清洁生产，同时能从最大程度上降低生产成本，为多晶硅的大规模产业化解决根本性问题。但是国内的多晶硅生产技术由于起步较晚，与国外先进技术相比存在一定的距离，其中最明显的就是四氯化硅氢化技术差距较大，在技术还不成熟的情况下，随着中国多晶硅产业规模的扩大，四氯化硅的问题会日益明显。

目前国内有两种主流技术处理四氯化硅，其中最主要是通过四氯化硅冷氢化技术来将四氯化硅转换为三氯氢硅，重新返回系统利用。在该技术中，主体反应物为四氯化硅、硅粉以及氢气，控制温度在450～500度之间。在反应过程中，需要添加一定配比的催化剂来促进反应，提高反应的效率。在国内冷氢化领域，绝大部分厂家都是采用镍基催化剂。虽然镍基催化剂的催化效果不错，但该催化剂具有如下缺点：

1、售价高，一般价格高达30～35万元/t。导致四氯化硅冷氢化转换的三氯氢硅成本较高；

2、镍基催化剂的载体为氧化铝，会造成四氯化硅冷氢化转换的三氯氢硅中，铝含量高，最终影响多晶硅产品质量；

3、镍基催化剂使用前，需要高温活化，耗能多，同样造成生产成本高；

4、反应完的镍基催化剂处理困难，需要进行氧化，氧化过程强放热，危险性大。同时，废旧镍基催化剂属于危险废弃物，需要严格进行回收。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

为此，本发明的一个目的在于提出一种使用方便、成本低、并且不影响产物品质的用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂。

根据本发明实施例的用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂，所述催化剂为铜镍合金，其中所述铜镍合金中的镍的质量含量为10～35%。

根据本发明实施例的用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂，具有优良的高温稳定性能，高温煅烧不出现粘结现象，并且反应之前不需要高温预活化，反应结束后催化剂与反应残渣不需要氧化处理，直接可以排渣，不会对环境造成污染。

另外，根据本发明上述实施例的用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述催化剂的粒度为10～200目。

根据本发明的一个实施例，所述催化剂为大致球型。

根据本发明的一个实施例，所述催化剂的松装密度为2.3～2.8g/ml。

本发明的另一个目的在于提出一种用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

a)称取一定量的铜粉和镍粉并进行混合，得到混合粉料，所述混合粉料中镍的质量含量为10～35%；

b）将所述混合粉料进行熔化，得到熔体；

c）将所述熔体进行高压水雾化处理，以得到具有预定比表面积和形状的粒子；

d）将所述粒子在氢气气氛中进行还原干燥，得到所述催化剂颗粒。

另外，根据本发明上述实施例的用于四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的催化剂的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述粒子的形状为大致球形。

根据本发明的一个实施例，所述粒子的比表面积为20～100m²/g。

根据本发明的一个实施例，还包括如下步骤：

e）对所述催化剂颗粒进行粉碎、筛分，得到具有预定粒度的催化剂粉末。

根据本发明的一个实施例，所述催化剂粉末的粒度为10～200目。