生产四氯化硅的方法与流程

背景技术：

1、本发明涉及四氯化硅(sicl4)的化学生产。

2、已知在生成氯化铁(iii)的情况下，由硅铁(铁和硅的合金)与碱金属氯化物(例如nacl和kcl)获得sicl4。氯化铁(iii)由于具有挥发性而污染了气态的sicl4。另外，已知的是需要fecl3来催化硅的氯化。据信需要从原料的硅颗粒表面去除sio2，从而使硅可用于反应。

3、ep2530052a1描述了硅源在氯化钠(nacl)和氯化钾(kcl)的碱金属氯化物熔体中的氯化。在反应混合物中，相对于fe存在恒定摩尔过量的碱金属氯化物。据解释，这通过将fecl3转化为熔体中更重的复合盐而减少了挥发性fecl3的形成，从而减少其对最终产物sicl4的污染。所获得的sicl4含≤2wt％的fe-氯化物杂质。

4、氯化过程通常在竖炉、卧式反应器和流化床设备中实施。这些过程的通常问题是从放热反应中移除热量。高温也在sicl4气体产物中导致多种不期望的副产物。因此，通常需要通过硅的氯化来产生sicl4的更好的方法。

5、因此，本发明的目的是提供用于产生sicl4的改进方法。

6、本发明的另一个目的是提供通过改进方法获得或可获得的四氯化硅，用于工业用途和应用，例如用于生产硅纳米粉末、气相二氧化硅(sio2)、硅化镁(mg2si)、碳化硅、氮化硅和碳氮化硅，和/或用于生产外延膜和半导体产物或电池电极材料。

技术实现思路

1、所述问题通过在独立权利要求中描述的本发明来解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施方案。

2、因此解决问题的方法是包括如下步骤的生产四氯化硅(sicl4)的方法：

3、-在氯化反应器中提供金属氯化物盐熔体，

4、-向金属氯化物盐熔体中进料氯化剂，其为氯(cl2)，

5、-向金属氯化物盐熔体中进料硅源，优选为冶金硅，

6、其中在形成四氯化硅时保持金属氯化物盐熔体的温度低于金属氯化物盐的平衡熔点，和所述金属氯化物盐为碱金属和/或碱土金属。值得注意的是所述进料步骤的顺序可以互换；或者，也可以平行实施进料步骤。

7、本发明的核心方面在于本发明人已经发现，在反应过程中，即使温度保持在盐(一种或多种)的平衡熔点以下，金属氯化物盐(一种或多种)仍可以保持熔融状态。不受理论所约束，本发明人认为可以以过冷熔体的方式保持熔融状态。

8、有利地，在保持熔体温度低于盐(一种或多种)的平衡熔点的情况下，需要较少的能量来冷却放热反应。另外，这允许更好地控制反应的放热行为并可以防止过热，也可以防止局部过热。应用金属氯化物盐熔体的另一个优点是可以防止硅源的烧结。

9、另外，本发明允许获得高纯(优选>99％)的sicl4和/或允许良好的总产率。产率优选>90％。

10、发现反应基本独立于反应温度来实施。但是，在本发明的实施方案中，其中通过将冷凝的产物物流进料回氯化器来实现冷却，随着时间的推移，可以在较低温度下实现较高的产率。

技术特征：

1.生产四氯化硅(sicl4)的方法,其包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氯化物盐熔体的温度与平衡熔点之间的差为20-80℃，优选为40-60℃，更优选为45-55℃。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述金属氯化物盐的金属为碱金属，优选为k和/或na。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属氯化物盐的金属为na。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中将nacl加入到金属氯化物盐熔体中，和所述金属氯化物选自kmgcl3、(k,na)mgcl3、namgcl3、na2mgcl3、(k,na)2mgcl4或当量化学计量的nacl、kcl和/或mgcl2的混合物。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属氯化物包括nacl:kcl摩尔比率≥1:1、更优选>5:1、甚至更优选>20:1、最优选>50:1的nacl和kcl。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过熔化金属氯化物盐并增加熔体中的nacl含量来提供所述金属氯化物盐熔体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属氯化物盐熔体的平衡熔点为至少700℃、更优选至少750℃、最优选至少800℃。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中氯化剂的横截面流速为至少0.01m/s，优选为0.01-0.20m/s，更优选为0.10-0.20m/s，最优选为0.14-0.18m/s。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中连续地和/或间歇地去除所述熔体，并进料新的金属氯化物盐。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述硅源的铁含量为至多8wt％，优选为至多5wt％，更优选为至多2wt％，甚至更优选为至多0.5wt％，最优选为至多0.3wt％。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应混合物含有小于10wt％的铁。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中应用具有d50为至多2.0mm，d50优选至多0.25mm，更优选至多0.16mm，最优选至多0.10mm的硅源。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中应用具有d50为至少0.01mm，更优选为至少0.03mm，最优选为至少0.05mm的硅源。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述气体反应产物冷凝并至少部分地进料回至氯化反应器中。

16.通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的四氯化硅的用途，用于：

17.氯化设备和/或金属氯化物盐和/或氯化剂用于实施根据权利要求1-15中任一项所述的方法的用途。

技术总结本发明涉及四氯化硅(SiCl4)的化学生产，和本发明描述了包括如下步骤的四氯化硅生产方法：‑在氯化反应器中提供金属氯化物盐熔体，‑向金属氯化物盐熔体中进料氯化剂，‑向金属氯化物盐熔体中进料硅源，其中在形成四氯化硅时保持金属氯化物盐熔体的温度低于其平衡熔点。还描述了氯化设备、金属氯化物盐和/或氯化剂用于所述方法的用途，包括所获得的SiCl4的用途。技术研发人员：T·彦寇,S·锡都兰寇,D·斯戴帕尼施瓦受保护的技术使用者：PCC欧洲股份公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5