【摘要】：國內(nèi)多數(shù)企業(yè)所采用的改良西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝中,三氯氫硅合成工序、三氯氫硅精餾工序和四氯化硅氫化工序均有含二氯二氫硅(SiH2Cl2)、三氯氫硅(SiHCl3)、四氯化硅(SiC14)、少量雙硅原子氯硅烷、非金屬氯化物、金屬氯化物、高沸物、硅粉等的氯硅烷殘液的產(chǎn)生。目前國內(nèi)企業(yè)大多采用堿性或酸性水解方法處理氯硅烷殘液,其過程中含Si02的混合液容易出現(xiàn)凝膠,造成液相流動性減弱,甚至轉變?yōu)閮鰻?影響后續(xù)過濾、分離回收二氧化硅,最終導致生成的Si02和鹽酸難以資源化回收。本文針對氯硅烷殘液水解后凝膠難以分離SiO2和鹽酸產(chǎn)物問題,開展高濃度鹽酸條件下水解氯硅烷殘液制備二氧化硅的工藝過程條件對水解后混合液凝膠的影響因素及其本質研究。研究水解反應溫度、鹽酸濃度、加料速度、殘液量等因素對氯硅烷殘液在高濃度鹽酸中水解反應生成含二氧化硅的混合液凝膠的影響,結果發(fā)現(xiàn)鹽酸濃度、殘液與初始鹽酸的比例量對濃鹽酸環(huán)境下氯硅烷殘液水解反應凝膠時間具有顯著性影響。發(fā)生凝膠的根本原因是氯硅烷水解后生成原硅酸(Si(OH)4),會脫水生成偏硅酸,再進一步脫水形成二氧化硅。在高濃度鹽酸液相環(huán)境中,氯硅烷殘液水解生成的二氧化硅再與水分子結合發(fā)生逆向反應,生成原硅酸(Si(OH)4),進而生成硅酸正離子(Si(OH)4H+),與含Si—OH的硅酸、硅酸離子發(fā)生羥聯(lián)縮聚,形成硅酸聚合體,進而形成凝膠。結合水解凝膠影響因素和上述成因分析,提出在高濃度鹽酸中加入電解質,利用電解質在反應體系中形成帶電荷的離子條件下進行氯硅烷殘液的水解,從而改變水解生成二氧化硅各粒子表面能量,使其靜電斥力占主導地位,形成硅酸離子之間電荷互相排斥,達到阻礙硅酸離子的結合,從而阻礙硅酸正離子發(fā)生羥基縮合,起到防凝的目的。研究通過在事先在鹽酸中加入堿金屬、堿土金屬等氯鹽(NaCl、CaCl2、KC1,BaCl2、MgCl2、NH4Cl、AlCl3)的方式制備酸性水解反應液,以水解反應后混合液凝膠時間為目標參數(shù),開展電解質的阻防凝效果的研究,其結果表明:所使用堿金屬、堿土金屬等氯鹽均能起到一定的延緩凝膠作用,隨著鹽酸水解液中電解質濃度的增加,水解反應后混合液凝膠時間增長,即阻防凝效果增強;當濃度過高時,離子雙電層被壓縮,能量壁壘逐漸減小,離子之間阻力降低,范德華引力增大,硅酸離子之間開始聚合,隨電解質濃度的增加,凝膠時間變短,電解質防凝效果減弱;部分電解質濃度過高時反而起加速凝膠作用。BaCl2、MgCl2、NH4Cl、AlCl3四種電解質在一定濃度范圍內(nèi)對凝膠有延緩作用,但在部分濃度情況下存在加速凝膠的作用;NaCl、CaCl2、KCl三種電解質在不同濃度下均有一定的延緩凝膠作用,防凝效果相對更好。CaCl2電解質的防凝效果最佳,可調控的濃度范圍較寬,在工業(yè)應用中受工藝濃度波動影響較小,工業(yè)應用中防凝可靠性更高,防凝可行性更高。對加入電解質后水解生成的二氧化硅與不加電解質水解生成的二氧化硅無明顯的區(qū)別,粒徑測試結果發(fā)現(xiàn),其粒徑較小,在10～40μm范圍,呈非晶態(tài)。因此,氯硅烷在高濃度鹽酸中水解,可利用電解質的加入來達到阻防凝,實現(xiàn)高濃度鹽酸水解氯硅烷制備超細二氧化硅工藝連續(xù)化。
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【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.2

【參考文獻】

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本文編號：2462547