一种回收氯硅烷渣浆残液制备硅酸酯的方法技术

本发明专利技术提供一种用有机溶剂处理氯硅烷渣浆残液回收硅粉、催化剂或/和制备硅酸酯的方法。利用氯硅烷与某些物料容易发生反应生成对应酯的特殊性质，以及渣浆残液中杂质物料易溶于某些有机溶剂的特性，采用本发明专利技术方法能够将氯硅烷渣浆残液中的杂质有效除去，使硅粉或/和催化剂完全被回收，还能够生产出极具价值的硅酸酯。此方法所涉及到的装置简单，操作便捷，能够解决目前多晶硅生产及各种氯硅烷生产中严重的原料浪费和三废处理问题。

【技术实现步骤摘要】
一种回收氯硅烷渣浆残液制备硅酸酯的方法
本专利技术涉及一种利用有机溶剂回收氯硅烷渣浆残液中的有用成分并制备硅酸酯的方法，旨在高效高质地回收利用氯硅烷渣浆残液中的氯硅烷、硅粉和催化剂，不但能够达到物料几乎百分之百回收利用的节能减排要求，更是在降低生产物料成本和环保压力的同时生产出极具价值的化工原料硅酸酯，属于环保及化工新材料领域。
技术介绍
近年来，随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对半导体硅（包括多晶硅、单晶硅和薄膜硅）的需求量也日益增大。晶体硅材料是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。目前国际上生产晶体硅材料主要的工艺还是化学方法，包括比较成熟的西门子法以及正在迅速发展的硅烷法和流化床法等。采用这些方法生产晶体硅材料，氯硅烷都是其必须的中间产品。四氯化硅（STC）、三氯氢硅（TCS）和二氯二氢硅（DCS）主要为西门子法和硅烷法多晶硅生产的中间体或原料，也大量用于制造光导纤维、外延、蚀刻、化学气相淀积及气相法白炭黑等。在氯硅烷生产中，不论是合成TCS还是通过氢化还原制备TCS，或者是各种氯硅烷、硅烷之间的歧化或者反歧化反应，其相应的反应装置和提纯过程中都难免会产生大量的渣浆残液。在多晶硅生产中，渣浆残液主要来自STC氢化还原、TCS合成、氯硅烷分离提纯等装置。尤其是采用冷氢化工艺后，冷氢化装置及分离提纯装置排放的渣浆残液量大大增加。冷氢化制备TCS比热氢化效率高，但反应中需要加入催化剂，而且渣浆残液量的排放也增加了很多。据统计，采用冷氢化制备TCS，平均每生产一吨TCS会产生氯硅烷渣浆残液0.04吨。即年产十万吨TCS的冷氢化装置一年会产生氯硅烷渣浆残液4000吨。该渣浆残液中含有大量的STC、硅粉、催化剂及其它金属氯化物杂质。以某多晶硅生产企业的冷氢化装置所排出的渣浆残液为例，其主要成分及对应的比例如表1所示：表1渣浆残液中的主要成分组分实际成分主要成分含量（wt）氯硅烷STC、有机氯硅烷SiClnRmSi2Cl6、Si2HCl5、Si2H2Cl4、Si2Cl6O、Si3Cl8、Si4Cl10（R=CH3,CH3CH2等）STC0.75~0.90金属氯化物CuCl、CuCl2、AlCl3、FeCl3CuCl0.02~0.08硅粉Si粉Si粉0.06~0.25氯硅烷的渣浆残液通常都是在反应炉底部、分离器底部或者精馏塔底部排出的，所以其氯硅烷成分主要以STC为主，另含少量高沸点聚合硅烷，固体则主要为硅粉、催化剂及其它金属杂质的氯化物。某些高沸物如六氯乙硅烷与水或湿气的反应通常会释放出HCl气体，该气体会攻击Si-Si键，这将产生包含Si-H-的水解产物，其在机械接触时分解，例如由于摩擦导致的机械接触，并产生火花，固体形式的水解产物甚至可以在水下分解时产生火花，甚至直接着火。这就使得没有经过回收的渣浆残液直接进入三废处理时比较危险，时常有爆鸣声发出，水解物会时不时地溅出，甚至水解后过滤压干的滤饼在运输途中都还会有爆鸣声。冷氢化技术在国内的应用还是比较晚的，目前也就只有屈指可数的几家企业。由冷氢化技术带来的大量氯硅烷渣浆残液，一些厂家采用蒸发、沉降、过滤等手段试图回收硅粉，但由于其中的固体颗粒都比较细小，而氯硅烷本身又属于高危化学品，采用常规的分离方法难以达到分离目的，目前为止只能通过蒸发回收少部分STC，而硅粉由于其中的杂质和氯硅烷难以除去，则全部被废弃掉。由于大家都没有很好的解决办法，所以所有渣浆残液几乎都直接排放到三废装置进行水解中和处理。长期来看，这无疑是对资源的极大浪费，更是对环境的巨大伤害。硅酸酯是硅有机化合物，应用比较广泛，可用于防锈富锌涂料、精密铸造、耐火材料等领域，是具有广泛用途的精细化学品。本专利技术旨在解决氯硅烷渣浆残液的回收利用问题，利用氯硅烷与羟基类物料容易发生酯化反应的特殊性质，以及渣浆残液中大多数杂质物料（氯化物）易溶于某些溶剂的特性，能够用最少的成本将氯硅烷渣浆残液中的硅粉和氯化铜完全回收，减少废弃物的排放量，同时生产出极具价值的硅酸酯，实现物料的最大量回收使用。此方法中所涉及到的装置简单，操作便捷，能够解决目前多晶硅生产及各种氯硅烷生产中严重的原料浪费和三废处理问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种合理可行的办法，用有机溶剂处理氯硅烷渣浆残液，最大限度地回收氯硅烷渣浆残液中的有用成分，并生成极具价值的硅酸酯，创造价值的同时也解决了由氯硅烷生产过程中所带来的大量渣浆残液排放所引起的资源浪费和环境压力问题。本专利技术有效利用了渣浆残液中的氯硅烷，在极易操作的条件下将其全部生成了硅酸酯，同时除去了硅粉及催化剂中的其它氯化物杂质，根据需要可以直接回收硅粉及催化剂，也可以直接将其全部反应生成硅酸酯，然后再回收催化剂。渣浆残液的有效使用不但降低了生产成本，也减少了处理残液所耗费的碱液及水资源。本专利技术中涉及的都是极易实施的操作方法及工艺设备装置，采用简单的操作便可以达到成功回收各种物料的目的。本专利技术所涉及的具体方法：将渣浆残液、有机溶剂加入反应器中，控制合适的温度和压力，使渣浆残液中大多数氯化物杂质溶解于有机溶剂中，而氯硅烷则发生酯化反应。若需要将渣浆中的硅粉和催化剂回收，则待氯硅烷反应完成后，将反应液过滤，得纯度较高的硅粉或/和催化剂，可进行干燥后回收。合并滤液进行蒸馏，蒸出的溶剂可回到反应器中重复使用，另采出纯度较高的硅酸酯，釜底废液直接去三废处理装置。如果需要将渣浆中的氯硅烷和硅粉直接反应生成硅酸酯，则可待氯硅烷反应完成后，控制合适的条件使硅粉进一步发生反应生成目标产物。通过蒸馏回收溶剂并蒸出硅酸酯，大多数催化剂存在于釜底浓缩液中，回收催化剂后其它废弃物去三废装置。为了达到上述目的，本专利技术包括以下几个方面：(1)如果将渣浆残液中的氯硅烷全部反应生成硅酸酯，而硅粉和催化剂回收，则工艺流程如附图1所示：将渣浆残液、反应试剂或/和有机溶剂加入装置（Ⅰ）中，控制合适的反应温度，使氯硅烷和羟基发生酯化反应，同时生成氯化氢气体，将反应尾气氯化氢排去三废处理装置进行中和处理。反应一定时间后，将整个反应液转移到装置（Ⅴ）中，过滤，并用干净溶剂淋洗滤饼，抽干，滤饼则为硅粉和催化剂的混合物，置于固体干燥装置（Ⅳ）中进行干燥回收。将滤液合并后转移到装置（Ⅵ）中进行蒸馏，蒸出的溶剂可回到装置（Ⅰ）中重复使用，另采出纯度较高的硅酸酯，低沸物及釜液去三废处理装置。(2)如果渣浆中的氯硅烷和硅粉全部反应生成硅酸酯，则其工艺流程如附图2所示：将渣浆残液、反应试剂或/和有机溶剂、催化剂加入装置（Ⅱ）中，控制合适的反应条件，使氯硅烷和硅粉全部发生酯化反应，生成的氯化氢废气排去三废处理装置进行中和处理。反应一定时间后，把整个反应液转移到装置（Ⅵ）中，将体系中低沸物排去三废装置，溶剂蒸出返回装置（Ⅱ），并定量采出目标产物硅酸酯。由于催化剂都存在于釜底浓缩液中，定量采出釜底浓缩液至装置（Ⅲ）中，用碱液中和水解，调节PH值，过滤，滤液去三废处理装置，再将滤饼与氨水反应，通过一系列分离过程回收催化剂，置于固体干燥装置（Ⅳ）中进行干燥回收，其它废弃物去三废装置。(3)渣浆残液中氯硅烷液体与固体的分离操作需要在密闭装置中进行，以防氯硅烷与空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用有机溶剂处理氯硅烷渣浆残液回收硅粉、催化剂或/和制备硅酸酯的方法。

【技术特征摘要】
1.一种采用有机溶剂处理氯硅烷渣浆残液回收硅粉、催化剂或/和制备硅酸酯的方法，将渣浆残液中的氯硅烷全部反应生成硅酸酯，而硅粉和催化剂回收，或将渣浆中的氯硅烷和硅粉全部反应生成硅酸酯。2.根据权利要求1中所述方法，其特征在于，依靠渣浆残液或经过沉降/浓缩/过滤从渣浆残液中分离出来的含有氯硅烷和杂质的硅粉中各物料在不同有机溶剂中的溶解/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴娟，
申请(专利权)人：吴娟，
类型：发明
国别省市：云南;53