專利名稱：從硅和含硅材料生產(chǎn)非晶形硅石的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由含硅材料與空氣、富氧空氣或氧進(jìn)行火焰燃燒，從硅和含硅材料生產(chǎn)非晶形硅石的方法。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)非晶形硅石的裝置。
從歐洲專利EP-B-151490和美國(guó)專利4,755,368中知道硅的火焰燃燒方法，它是將細(xì)粒的硅例如空氣或氧的氣體中流化后送入反應(yīng)器，在火焰中燃燒硅來(lái)制造SiO2微粒。
從挪威專利304366還知道一種用細(xì)粒的含硅材料生產(chǎn)非晶形硅石的方法，它是用含氧流化氣體以流化方式，把細(xì)粒的硅送入燃燒反應(yīng)器中，再加入補(bǔ)充的含氧氣體，使細(xì)粒的硅燃燒成SiO2，而無(wú)需再加別的熱能。
已知的用硅粉燃燒成非晶形SiO2的方法的缺點(diǎn)是難于均勻一致地生產(chǎn)。相信其主要原因是當(dāng)硅粉在氣體中流化時(shí)，很難均勻一致地向反應(yīng)器中供料。另外，從挪威專利304355可以看出，該方法生產(chǎn)出的SiO2只能得到20m2/g的比表面積，而對(duì)很多用途來(lái)說(shuō)，所要求的硅石的比表面積要高得多，達(dá)80m2/g或更高。
因此本發(fā)明是涉及用含有至少50％元素硅的細(xì)粒材料生產(chǎn)非晶形硅石的方法，它是把含硅材料送入用油燃燒器或氣體燃燒器的熱的燃燒反應(yīng)器中，并從燃燒反應(yīng)器出口后面回收非晶形硅石，該方法的特征在于，至少有一部分含硅材料是以水成淤漿的方式送入燃燒反應(yīng)器的。
按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，硅是以水成淤漿的方式被送入燃燒反應(yīng)器中，該淤漿中以重量計(jì)含有20％～80％的含硅材料，優(yōu)選含有以重量計(jì)40％～60％的含硅材料。
按照另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在含有含硅材料的水成淤漿中還加入粘度調(diào)節(jié)劑、如無(wú)機(jī)酸或有機(jī)分散劑。
為了改進(jìn)所生產(chǎn)的無(wú)晶形硅石的表面，可往水成淤漿中加入表面改性劑，例如鋁鹽，優(yōu)選為硫酸鋁。
按照又一個(gè)實(shí)施方案，可在燃燒反應(yīng)器的出口區(qū)域加入水以使非晶形硅石驟冷。
令人驚喜地發(fā)現(xiàn)，借助于以水成淤漿的方式送入硅料可使反應(yīng)室操作處于平衡狀態(tài)，同時(shí)還能使生產(chǎn)出的非晶形硅石具有驚人高的比表面積達(dá)100m2/g以上。
作為含硅材料，可使用含有元素硅至少50％的細(xì)粒材料。這些材料的例子有細(xì)粒狀的冶金級(jí)硅；細(xì)粒狀的高純度硅；霧化硅；電子用和太陽(yáng)能電池用硅片的鋸屑；粉碎硅時(shí)所得到的濾粉；生產(chǎn)有機(jī)鹵素硅烷和無(wú)機(jī)硅烷的反應(yīng)器中的殘留內(nèi)。
本發(fā)明還涉及用含有以重量計(jì)至少50％元素硅的細(xì)粒材料生產(chǎn)無(wú)晶形硅石的裝置，該裝置包括一個(gè)加長(zhǎng)的反應(yīng)室，反應(yīng)室一端有一個(gè)由燃燒器或氣體燃燒器，在反應(yīng)室側(cè)壁上至少設(shè)有一個(gè)供應(yīng)含硅材料水成淤漿的孔、一個(gè)無(wú)晶形硅石產(chǎn)品的出口孔；以及收集無(wú)晶形硅石的設(shè)施。
該反應(yīng)室優(yōu)選設(shè)有一個(gè)供應(yīng)空氣、富氧空氣或氧的入口孔。


圖1中示出圓柱形的燃燒反應(yīng)器1。燃燒反應(yīng)器1包括有外部鋼筒2，其內(nèi)襯有耐火襯套3。在燃燒反應(yīng)器1的一端裝有一個(gè)油燃燒器或氣體燃燒器4。燃燒反應(yīng)器1的另一端設(shè)有一個(gè)出口孔。在鋼筒2外面裝有供冷卻空氣循環(huán)用的冷卻套5。冷卻套5上設(shè)有一個(gè)入口孔6。反應(yīng)室1上還設(shè)有一個(gè)入口孔7，以供輸入含硅材料的水成淤漿。
冷卻空氣通過(guò)入口孔6送入冷卻套5，離開冷卻套5后進(jìn)入小室8，小室8借助于出口9與過(guò)濾器或類似物相連結(jié)，以收集生產(chǎn)出的非晶形硅石。還設(shè)有一個(gè)入口孔10，以便向反應(yīng)器1輸入空氣、富氧空氣或氧。
開始生產(chǎn)時(shí)，反應(yīng)器1首先用油燃燒器或氣體燃燒器4加熱。隨后開始輸入硅，通過(guò)入口孔7輸入含硅的水成淤漿并通過(guò)孔10輸入空氣、富氧空氣或氧。進(jìn)入反應(yīng)器的硅粒將著火并在通過(guò)反應(yīng)室1過(guò)程中被燒制成非晶形硅石。
該非晶形硅石的比表面積按照DIN 66132(BET單點(diǎn)測(cè)量法)進(jìn)行了測(cè)量。其比表面積為114.2m2/g。
為了測(cè)量該非晶形硅石的晶狀硅石含量，使用了菲力浦PW1710 X-射線衍射機(jī)(它在X-射線管中有銅陽(yáng)極)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)晶狀硅石。
實(shí)施例1～4顯示出，按照本發(fā)明的方法所得到的非晶形硅石，比挪威專利304366所生產(chǎn)的非晶形硅石的比表面積高得多。
權(quán)利要求
1.一種用含有至少50％元素硅的細(xì)粒材料生產(chǎn)非晶形硅的方法，其中含硅材料是被送入用油燃燒器或氣體燃燒器加過(guò)熱的燃燒反應(yīng)器中，而非晶形硅石是在從燃燒反應(yīng)器的出口以后被回收，其特征在于，至少有一部分含細(xì)粒硅材料是以水成淤漿的方式被送入燃燒反應(yīng)器的。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，硅是以含有20重量％～80重量％的含硅材料的水成淤漿方式被送入燃燒反應(yīng)器的。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于，硅是以含有40重量％～60重量％的含硅材料的水成淤漿方式被送入燃燒反應(yīng)器的。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，往含有含硅材料的水成淤漿中加入了粘度調(diào)節(jié)劑。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，往水成淤漿中加入了無(wú)機(jī)酸。
6.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，往水成淤漿中加入了有機(jī)分散劑。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，往水成淤漿中加入了表面改性劑。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于以鋁鹽作為表面改性劑加入水成淤漿中。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于以硫酸鋁作為表面改性劑加入水成淤漿中。
10.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在燃燒反應(yīng)器的出口區(qū)域加入水以使非晶形硅石驟冷。
11.一種用含有至少50％元素硅的細(xì)粒材料生產(chǎn)非晶形硅石的裝置，其特征在于，該裝置包括一個(gè)加長(zhǎng)的反應(yīng)室(1)，其一端有一個(gè)油燃燒器或氣體燃燒器(4)，沿燃燒反應(yīng)器(1)的側(cè)壁設(shè)有至少一個(gè)供應(yīng)含硅材料水成淤漿的孔、一個(gè)非晶形硅石產(chǎn)品的出口孔、以及收集非晶形硅石的設(shè)施。
12.權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，燃燒反應(yīng)器(1)上有一個(gè)供應(yīng)空氣、富氧空氣或氧的入口孔(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用含有至少50%元素硅的細(xì)粒材料生產(chǎn)非晶形硅石的方法,它是把含硅材料送入用油燃燒器或氣體燃燒器加熱的燃燒反應(yīng)器中,并從燃燒反應(yīng)器出口后面回收非晶形硅石。至少有一部分含硅材料是以水成淤漿的方式被送入燃燒反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)非晶形硅石的裝置。
文檔編號(hào)C01B33/18GK1346333SQ00804838
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2000年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月29日
發(fā)明者K·亨里克森, O·T·維格 申請(qǐng)人:埃爾凱姆公司