工业四氯化硅四级精馏的研究

周玲英 相文强

摘 要：高纯四氯化硅是热氢化、催化氢化、等离子氢化、光纤生产的原料，其品质要求达到9N。在改良西门子法生产多晶硅过程中，副产物工业四氯化硅，其中的各项金属杂质，硼磷杂质含量较高，并且含有高聚物，硅粉。采用常规的精馏法，吸附法，易出现堵塞，采用络合法，易出现络合剂分离不开的问题。通过采用四级精馏，一级脱重，去除其中的高聚物和大量的金属杂质，二级再脱重，去除金属杂质，回流采出轻组分，侧线采出产品，进入三级脱轻塔，去除其中的三氯氢硅，塔釜依靠压差，进入四级脱重塔，塔顶得到高纯四氯化硅产品。四级精馏得到的高纯四氯化硅，避免外杂质的引入，易得到9N产品。

关 键 词：工业四氯化硅；高聚物；堵塞；四级精馏

中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）03-0599-03

Abstract： The high purity silicon tetrachloride is the raw material of thermal hydrogenation， cold hydrogenation， plasma hydrogenation and optical fiber production. In the modified Siemens polysilicon production process， the industrial silicon tetrachloride is one of byproducts， it contains many impurities， such as metal， boron and phosphorus， high-polymer components and silica fume. Conventional distillation method， adsorption method and complexing method cannot better remove these impurities.So four towers were used to rectify the industrial silicon tetrachloride. The function of the first grade tower was to remove the high-polymer components and most of metallic impurities. The residual metal impurities were removed in the second grade tower， and lighter components were recovered by reflux. The side draw product from the second grade tower was fed into the third grade tower to remove trichlorosilane. The silicon tetrachloride from the third grade towers bottoms was fed into the fourth grade towers by pressure. The high-purity silicon tetrachloride product was distilled from the top of the fourth grade tower. By using the four-grade distillation， high-purity silicon tetrachloride product could be easily obtained.

Key words： Industrial silicon tetrachloride；High-polymer components；Blockage；Four-grade rectification

随着化石能源挖掘越来越困难，以及二氧化碳排放造成全球变暖加剧，能源短缺问题日渐突出，环保问题成为焦点话题。太阳能光伏发电本身因清洁、维护少、相对较安全等优点，已经成为了全世界的新兴产业。目前从中国范围来看，光伏产业带动了多晶硅产业的发展，中国范围内运营的十六家多晶硅企业，面对多晶硅副产物SiCl4污染环境的严峻形势，目前国内对SiCl4的应用，有热氢化、催化氢化、冷氢化、氯氢化、等离子氢化，还原制备SiHCl3，实现了多晶硅产业的闭路循环，是最理想的处理方式。除了在多晶硅生产过程中闭路循环降低硅耗比以外，国内也有工艺成熟，易于操作，对设备要求低，经济效益高，以SiCl4为原料制备白炭黑、硅酸酯类、光纤。这些对SiCl4的纯度要求比较高，尤其是热氢化、催化氢化、等离子氢化、光纤，需要高纯SiCl4的纯度达到99.999 999 9%[1]。所以，副产物工业SiCl4的纯化，显得尤为重要。

1 SiCl4的纯化

1.1 SiCl4纯化存在的问题

四氯化硅，分子式：SiCl4，无色透明重液体。有窒息性气味。相对密度1 480 kg/m3。熔点-70 ℃。沸点57.6 ℃。在潮湿空气中水解而成硅酸和氯化氢，同时发生白烟。对眼睛及上呼吸道有强烈刺激作用，引起角膜混浊，呼吸道炎症，甚至肺水肿。眼睛直接接触可致角膜及眼睑严重灼伤。皮肤接触后可引起组织坏死。溅入耳朵，会引起耳膜穿孔。

通常对SiCl4的纯化的方法有：

1.1.1 精馏法

精馏法是利用SiCl4与各种杂质氯化物挥发度的差异进行分离，去除其中的金属杂质。对SiCl4提纯应用最为广泛的是筛板塔、填料塔、浮阀塔。但是精馏法对强极性的B、P杂质，会有一定的限制。