关于氟化氢铵与硅反应的动力学研究.pdf

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1、第31卷第3期2010年6月化学工业与工程技术lournalofChemicalIndustry＆EngineeringV01．31No．3Jun．，2010关于氟化氢铵与硅反应的动力学研究田维亮，徐冬梅，汲银平，侯洪蕾，杜笑仪(山东科技大学，山东青岛266510)擒要：介绍了白炭黑和废砂浆的研究现状，阐述了硅制取白炭黑的两反应两循环新的氟化法工艺路线。利用传统的排水收集气体的方法。并将气体基转化为浓度，研究了氟化氢铵与线切割废砂浆中硅反应的动力学。结果表明，该反应符合二级反应规律[一r=量(c‘NH。，Hb)2]，确定50℃与60℃条件下的反应速率常数：k铀一3

2、．47×101tool3／(L·s)和女60=5．62×101tool3／(L·s)，以及此反应的活化能E．；43．16ld／tool与指前因子A=3288．85．关键词：硅；氟化氢铵；动力学中围分类号：TQl27．2文献标识码：A文章编号：1006—7906(2010)03—0005—04KineticsstudyonthereactionofammoniumbifluorideandsiliconTIANWeitiang，XUDongmei，．rfYinping，HOUHonglei，D【，Xiaoyi(ShandongUniversityofSciencea

3、ndTechnology·Qingdao266510，China)Abstract：Theresearchstatusofwhitecarbonblackanddrainedslurryissummarized．Tworeaction-twocyclenewfluori-nationprocessrouteofpreparingwhitecarbonblackusingsiliconasmaterialisintroduced．Gasvolumeisdeterminedbytradi—tionaldrainageandtranstormedintoconcentr

4、ation．Reactionkineticsofammoniumbifluorideandsilicon，whichcontainsdrainedslurrygeneratedbycuttingsiliconcrystalusingawire-saw，isstudied．Theresultsshowthatthefirststagereactionofproducingwhitecarbonblackproductionfromdrainedslurryisasecondorderreaction[--r2忌(c．NH4HF)2]，量50=3．47×10—4mop

5、／(L·s)andkBo=5．62X10’‘mol3／(L·s)at50℃and60℃，theactivationenergiesis43．16kJ／toolandthepre-expO—nentiaJfactorsAis3288．85．Keywords：Silicon；Ammoniumbifluoride；Kinetics白炭黑具有粒径小、比表面积大、化学纯度高、分散性能好等特征，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸等诸多工业领域得到广泛应用，并享有“工业味精”、“材料科学的原点”之美誉。白炭黑的制备主要有2种方法n]：干法(即气相

6、法)和湿法(即沉淀法)。国内外对合成自炭黑进行了大量的研究工作[2刮。近年来，国内开发了以硅藻土、蛋白土、蛇纹石、膨润土、高岭土、硅灰石、石英砂、海泡石、凹凸棒石、粉煤灰、错英石、煤灰石、黄磷矿等非金属矿Hq2]为原料制取白炭黑，以及氟化法Ds]、喷雾碳化法和医用自炭黑生产等新工艺。在集成电路用基板、太阳能电池基板的薄片状产品的制造工业中，对高纯度的单晶硅和多晶硅棒进行线性切割过程中，会产生大量的废砂浆，国内外主要采取堆放和填埋的方法处理，形成固体污染。日本专利叭3和中国专利[15]都公开了对废砂浆中的硅采用气流分选和重液浮选的方法进行回收。线切割废砂浆先用酸洗水

7、洗除去分散剂和少量的铁，剩余的碳化硅和硅再通过“两反应两循环”的氟化法由硅制白炭黑的新工艺，同时回收碳化硅。两反应是指氟化铵与废砂浆中的硅反应，生成氟硅酸铵，再在氟硅酸铵溶液中加过量氨水反应，生成水合二氧化硅沉淀和氟化铵溶液。两循环是指第一步反应生成的氨气用水吸收后，返回第二步反应循环使用，同时第二步反应生成的氟化铵稀溶液减压低温浓缩后，返回第一步反应循环使用。两反应两循环工艺中每次循环中添加必需的能量及补充少量的氟化铵和氨，就可将废砂浆中硅转变成白炭黑。此收稿日期：2009—10一2l基盒项目：山东科技大学“春蕾计魁’资助项fl(200smvzoss)．作者简介

8、：田维亮(