Способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния

Способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для упрощения процесса получения высокодисперсного порошка диоксида кремния и повышения его качества.

Из уровня техники известен способ получения дисперсных частиц диоксида кремния, в котором производят смешение летучего кремнийсодержащего компонента - тетрахлорида кремния (SiCl₄) с водородообразующим газом (например, H₂, CH₄) и кислородсодержащим газом, подачу этой смеси в реактор, разложение летучего кремнийсодержащего компонента и окисление продуктов разложения (US 6352679, С 01 В 33/12, 2002). При этом в пламени реактора при температуре от 1000°С до 2100°С, поддерживаемой за счет энергии экзотермических реакций, происходит разложение SiCl₄ и окисление продуктов разложения с образованием диоксида кремния - SiO₂, а также соляной кислоты - HCl и влаги - Н₂О, наличие которых в продуктах реакции снижет качество диоксида кремния, усложняет процесс его получения и аппаратурное оборудование.

Изобретение направлено на упрощение процесса получения и повышение качества высокодисперсного порошка диоксида кремния.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния, согласно изобретению, включает генерацию газовой плазмы, введение в поток газовой плазмы тетрахлорида кремния и последующее окисление кислородом или кислородсодержащим газом при температуре 1000÷2100°С и при соотношении молярных расходов тетрахлорида кремния и кислорода от 1,0 до 3,0.

При этом в качестве плазмообразующего газа используют кислород или кислородсодержащий газ.

Кроме того, тетрахлорид кремния вводят в поток газовой плазмы в виде тонкораспыленной жидкости или в виде смеси паров тетрахлорида кремния и кислородсодержащего газа.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что диоксид кремния образуется в процессе окисления тетрахлорида кремния в высокотемпературном кислородосодержащем плазменном потоке по реакции:

SiCl₄+O₂=SiO₂+2Сl₂.

При этом в продуктах реакции отсутствуют побочные компоненты (например, соляная кислота или влага), а введение тетрахлорида кремния в поток газовой плазмы в виде паров в смеси с кислородсодержащим газом обеспечивает высокую скорость процесса, что способствует формированию частиц высокодисперсного порошка диоксида кремния с малыми размерами и равномерным гранулометрическим составом.

На чертеже представлена технологическая схема устройства для реализации заявленного способа.

Устройство содержит последовательно включенные плазмотрон 1 с патрубком 2 для ввода плазмообразующего газа, плазмохимический реактор 3 с патрубком 4 для ввода тетрахлорида кремния, закалочную камеру 5, теплообменник 6 и блок осаждения, содержащий циклон 7 и тканевый фильтр 8.

Способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния реализуется следующим образом.

В плазмотроне 1 плазмообразующий газ (преимущественно кислород или воздух, или, например, азот) нагревают до плазменного состояния. Поток плазмы из плазмотрона с температурой 1000÷2100°С поступает в плазмохимический реактор 3, куда по патрубку 4 подают тетрахлорид кремния, предпочтительно, в виде смеси паров тетрахлорида кремния и кислородсодержащего газа при температуре 60÷100°С. В плазмохимическом реакторе происходит окисление тетрахлорида кремния с образованием диоксида кремния и хлора. Продукты реакции охлаждают в закалочной камере 5 и в теплообменнике 6 и в виде пылегазового потока направляю в блок осаждения: циклон 7 и тканевый фильтр 8. Уловленные в тканевом фильтре 8 частицы диоксида титана возвращаются в циклон 7, а газовая фаза по патрубку 10 направляется на регенерацию для технологических нужд, готовый продукт - частицы высокодисперсного порошка диоксида титана отводят из циклона 7 по патрубку 9.

В таблице приведены режимные параметры примеров процесса реализации заявленного способа и основной показатель качества целевого продукта - удельная поверхность частиц диоксида кремния, которая определялась по методу БЕТ.

1. Способ получения высокодисперсного порошка диоксида кремния, включающий генерацию газовой плазмы, введение в поток газовой плазмы тетрахлорида кремния в виде смеси паров тетрахлорида кремния и кислородсодержащего газа и последующее окисление кислородом или кислородсодержащим газом при температуре 1000÷2100°С и при соотношении молярных расходов тетрахлорида кремния и кислорода от 1,0 до 3,0.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют кислород или кислородсодержащий газ.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют азот.