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超纯四氯化硅是电子级多晶硅、太阳能电池、通信光纤等的基本原料。传统的四氯化硅是用硅石氯化提纯制得,从海绵钛和钛白氯化液中回收SiCl4是制取高纯硅的一个新途径,不但变废为宝,制取高附加值超纯SiC14,减少TiCl4损失提高精馏收率,还极大地改善了钛厂及周围地区的生态环境条件,具有重要环境、经济和社会意义。
通过对四氯化硅回收液物态及物性和组成的考察研究,并研究了不同工艺条件对四氯化硅提取的影响,设计了相应的分离工艺方案。由15.8%的四氯化硅原料液经过三级精馏,四氯化硅的浓度达到了99.99%,其中FeCl3、MgCl2的质量含量分别从0.13%、0.07%降至1.61×10-5、1.77×10-5,仍达不到电子级产品的要求。经对4N产品的物系分析考察和吸附剂筛选,选择了试剂级柱层析硅胶进行吸附分离,对Fe、Mg在硅胶上的吸附进行了理论分析,测定得到Fe、Mg相关Freundlich吸附等温线方程分别为:q=0.0026c0.3616、q=1.42×10-4c0.4333;Fe、Mg的吸附热分别为8.4KJ/mol、14.13KJ/mol。研究表明温度越高吸附初速度越大,但随着时间的推移,低温时的吸附量增加速度较快,吸附过程符合Elovich规律。经过二级精馏—吸附—精馏后,四氯化硅中Fe、Mg的质量含量分别降至2.09×10-8、5.17×10-9。
四氯化硅分析检测有较高难度,课题组与检测部门共同探索,得出ICP-MS测定四氯化硅中的金属杂质,火焰原子吸收分光光度法测定Fe、Mg杂质,,姜黄素比色法测定B的分析方法有效可行,可满足研究与生产要求。