硅和锗的化学制备1.ppt

1.2 高纯硅的化学制备方法;;;三氯氢硅、四氯化硅主要性能参数;;此反应为放热反应，为保持炉内稳定的反应温度在 上述范围内变化以提高产品质量和实收率，必须将 反应热及时带出。随着温度增高，SiCl4的生成量 不断变大，当温度超过350℃后，生成大量的SiCl4。 ; ;反应式总结 主反应： Si + 3HCl = SiHCl3 + H2 副反应 1.生成SiCl4 Si + 4HCl = SiCl4 + 2H2 Si + 7HCl = SiCl4 + SiHCl3 + 3H2 SiHCl3 + HCl = SiCl4 + H2 2. SiHCl3 分解 2SiHCl3 = Si + SiCl4 + 2HCl 4SiHCl3 = Si + 3SiCl2 + 2H2 3.生成SiH2Cl2 Si + 2HCl = SiH2Cl2 ;三氯氢硅合成工艺流程;主要设备结构及概述;炉体和扩大部分：炉体是由钢板焊接的圆筒 体，炉壳包有保温层，炉体内是沸腾层反应 空间。炉体上部接一扩大部分并接有水套。 ;炉体扩大部分作用：;气体分布板: 气体分布板的作用是使气体进入炉体以前得到均匀分布，保证流态化过程均匀而稳定地进行。种类有：风帽（泡罩）式、平板多孔、磁球。 风帽式优点：床层内温度均匀，床层压差波动微小，能适应不同的料层高度，SiHCl3含量较高。; 使气体按整个炉底截面均匀上升，并使气体以一定的线速度吹入料层，保证化学反应需要的气量和稳定沸腾的流体、线速度以及连续性。 被处理的物料不应通过分布板而漏下。 构造简单，容易制造，便于拆洗。 耐温、耐腐蚀，并有一定的机械强度。;散热装置：炉内热交换器（水套） 为了保证沸腾层的反应温度在指定的范围内和提高SiHCl3的产量，必须均匀及时地移走合成反应产生的大量热量，对水套的要求： ;对水套的要求：;布袋式过滤器 由外壳和过滤层组成，结构如图：;SiHCl3合成技术条件; 游离氧和水份对SiHCl3合成极为有害，因Si－O键比Si－Cl键更为稳定，沸腾炉内的反应产物极易发生氧化和水解，使的SiHCl3产率降低。 水解生成的硅胶会堵塞管道、冷凝器，使系统压力变大，沸腾炉不能正常生产。水解产生的盐酸对设备有强烈的腐蚀作用。 游离氧或水份，还能在硅表面逐渐形成一层致密的氧化膜，影响了Si和HCl的 接触面积，影响反应的正常进行。; 如果Si和HCl中的含水量越大，则SiHCl3的含量越低。当Si和HCl中的含水量为0.1%，则SiHCl3含量小于80%，当含水量为0.05%时，SiHCl3含量可达到90%，因此对Si和HCl脱水是十分重要的。;（3）氯化氢的稀释 在合成反应中，加入适量的氢气，会使反应朝着有利于SiHCl3生产的方向进行。 （4）催化剂 使用催化剂能降低反应温度，提高反应速度和产率，同时还能避免少量的氧和水份的影响，加入适量的CuCl2，当温度控制得好情况下，SiHCl3的含量可达85-90%以上，加入CuCl2过多，易造成催化剂中毒。; 反应中对硅粉粒度的要求是：干燥、流动性好、活性好、粒度合适。 因为硅粉与HCl气体的反应是在表面进行的，硅粉越细，比表面积越大，有利于反应，但粒度过小，在“沸腾”过程中互相碰撞，易摩擦起电，在电场作用下聚集成团，易被气流夹带出合成炉，堵塞管道和设备。 但硅粉过粗，与HCl的接触面积变小，反应不好，且易沉积在沸腾炉底，烧坏花板及风帽。;（6）系统压力 SiHCl3合成炉内压力一般不超过0.05MPa，系统压力过大，沸腾炉内HCl的流速小进气量小，反应不好，SiHCl3含量低产量小。;为增加SiHCl3的产率，必须控制好工艺条件，使副产物尽可能的减少。 较佳的工艺条件： 反应温度280-300℃ 向反应炉中通一定量的H2，与HCl气的比值应保持在1：3~5之间。 硅粉与HCl在进入反应炉前要充分干燥，并且硅粉粒度要控制在0.18-0.12mm之间。 合成时加入少量铜、银、镁合金作催化剂，可降低合成温度和提高SiHCl3的产率。;;;SiHCI3和H2混合，加热到900℃以上，就能发生如下反应： SiHCI3（气）＋H2（气） Si（固）＋3 HCI (气) 同时，也会产生SiHCI3的热分解以及SiCI4的还原反应：900℃以上 4SiHCI3 Si＋3SiCI4＋2H2 SiCI4＋2H2 Si＋4HCI 此外还会有杂质的还原反应： 2BCI3＋3 H