电子级高纯石英的制备.ppt

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1、电子级高纯石英的制备D2材料物理123目录背景设计方案结束语背景二氧化硅又称硅石，化学式SiO2。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。结晶二氧化硅因晶体结构不同，分为石英、鳞石英和方石英三种。纯石英为无色晶体，大而透明棱柱状的石英叫水晶。若含有微量杂质的水晶带有不同颜色，有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是细小的石英晶体，有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质少、较纯净)。SiO2为白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。它是无定型粉末，无味、不溶于水或酸，成化学惰性。可用于抗结剂；悬混剂；消泡剂；载体；增稠剂；麦精饮料

2、、果酒、酱油、醋、清凉饮料等助滤剂；澄清剂；香精香料吸附干燥剂；最重要的是在微电子、光电等行业有着广泛的应用。SiCl4多晶硅生产废物中以四氯化硅为主，约96%，其余为三氯氢硅、二氯二氢硅等，而四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢，对人眼、皮肤、呼吸道有强刺激性，遇火星会爆炸，用于倾倒或掩埋四氯化硅的土地将变成不毛之地，草和树都不会在这里生长；这种废物，不仅毒性大，而且产量高，每生产1单位的多晶硅产品会产生约14单位的四氯化硅。预计我国2010年多晶硅企业产生四氯化硅副产物量将

3、超过50万吨。方案设计1.主要试剂及仪器2.制备原理3.工艺流程图4.SiCl4的水解5.含杂质H4SiO4的提纯6.超纯SiO2的制备1.主要试剂及仪器光伏多晶硅生产废物（96%四氯化硅，其余为三氯氢硅、二氯二氢硅等）、NaOH、减水剂、PHS—3C型精密PH计、去离子水（自制）。2.制备原理SiCl4+H2O=H4SiO4↓+HClH4SiO4=H2SiO3+H2OH2SiO3=SiO2+H2O白炭黑普通型(粉状)白炭黑环保型(颗粒型)白炭黑高分散型几种常见的多晶硅3.工艺流程图10SiCl4(含杂原料)水解H4Si

4、O4(胶体)HCl(盐酸)过滤H2SiO3胶体)含杂质：Fe、Al、HCl碱洗NaOHNa2SiO3过滤取滤液Na2SiO3溶液（含：NaOH、NaCl）Hcl酸洗H4SiO4（含:NaCl）强力搅拌纯H2SiO3回到第三步，进一步提纯可重复2-3次4.SiCl4的水解在结构上，四氯化硅和三氯氢硅、二氯二氢硅一样，分子中Si硅原子均以sp3杂化成键，分子呈稳定的四面体结构，但Si硅原子具有3d空轨道，容易接受－OH形成稳定的sp3d杂化五配位中间体，生成的产物正硅酸不溶解于水，故四氯化硅极易水解。水解得H4SiO4胶体和

5、HCl。4.1水解温度控制0t/℃图1水解温度与HCl排放浓度关系四氯化硅等在水解时放出大量的热。由于温度升高，会造成溶解于水中的氯化氢气体挥发出来，造成环境污染。经过实验，得图1所示的水解温度与HCl排放浓度关系，从中可以看出，当水解温度>44℃时，超过最高允许排放浓度为2.3mg/m3，因此，水解温度控制在40℃以下所挥发出来的氯化氢不会对环境造成污染。4.2水解水量控制倍数（水与多晶硅生产副产物质量比）图2水解加入水量与HCl排放浓度关系四氯化硅等在水解时如果生成氯化氢浓度太高，容易挥发出来，加上水解本身也要消耗一

6、部分水，经过实验，得图2所示的水解加入水量与HCl排放浓度关系，从中可以看出，当水解加入水量>9.5倍时，空气中HCl浓度低于最高允许排放2.3mg/m3；如果加入水量太大，盐酸浓度太小，则后续处理能耗达大，因此，多晶硅生产副产物与水的质量比为1：10~12倍为宜。4.3水解程度控制四氯化硅等在水解时生成不溶于水的正硅酸和能溶于水的盐酸，而生成的正硅酸颗粒极小，如果正硅酸生成太少，容易形成溶胶，过滤时留在滤液中；太多则易生成凝胶，极难过滤。为使分离易于进行，控制水解溶液的PH值，使正硅酸颗粒能大部分形成沉淀。经过实验，得

7、结果表1：PH值外观原因分离难易6清澈溶胶难5清澈溶胶难4.5清澈溶胶难4清澈溶胶难3.5浑浊溶胶+部分沉淀难3浑浊溶胶+部分沉淀难2.5沉淀绝大部分沉淀易2沉淀绝大部分沉淀易1.5胶冻凝胶难1胶冻凝胶难0.5胶冻凝胶难表1PH值与分离难易的关系由表1可以看出：当水解溶液PH>2.5时，由于正硅酸以透明的溶胶状态存在，正硅酸与盐酸不能分离；当水解溶液PH<2时，由于正硅酸以凝胶状态存在，正硅酸与盐酸不能分离；当水解溶液PH=2~2.5时，由于绝大部分正硅酸能生成沉淀，最利于正硅酸与盐酸的分离。因此水解溶液的PH值控制在2

8、~2.5间。5.含杂质H4SiO4的提纯实验原料SiCl4是由四川峨眉半导体材料厂提供，经检测上述过程得到的H4SiO4中往往含有铁离子、铜离子、Ti和Cr等重金属。通常用水洗、酸浸、碱除等工艺出去这些杂质，对Ti和Cr等重金属的去除采用碱除。首先在H4SO4沉淀中加入过量的NaOH使沉淀完全溶解，使铜、铁离子尽可能