二氧化硅的制备方法及制备系统与流程

1.本发明属于石英制品技术领域，具体涉及一种二氧化硅的制备方法及制备系统。


背景技术：

2.高纯二氧化硅制备方法通常分为天然法和合成法两种。天然法使用天然石英矿为原料，经过研磨、色选、除杂等一系列工艺，通过去除矿石中的杂质达到提高矿石纯度的目的。目前采用该工艺生产路线生产高纯二氧化硅的优秀公司集中在国外，国内企业产品存在品质低、质量不稳定等问题。合成法使用非天然石英矿为硅源，筛选硅源搭配合适的生产工艺，可生产出需求的高纯二氧化硅，其形态和内在品质存在一定的差异。
3.随着我国高新技术发展，对高纯二氧化硅的需求和品质均有较高要求。天然法因受原料因素制约，其生产工艺受原料影响较大，且纯度难以超过5n5，且产品稳定性同样受到原料品质的影响而波动。合成法可采用化工技术统一原料、稳定原料品质，其生产出来的高纯二氧化硅具有产品纯度高、质量稳定等优点，因此更适合高品质发展需要。
4.公开的高纯二氧化硅生产方法，主要采用高纯度的四氯化硅和/或烷氧基硅烷为原料，经过水解、成胶、干燥、粉碎、筛选、高温处理等工艺，得到非晶形态的二氧化硅。以四氯化硅作为原料生产的高纯二氧化硅存在氯含量高的问题。
5.目前，多晶硅生产过程中，多个工序产生富含氯硅烷的废气，通常采用碱液进行淋洗吸收，将氯硅烷转化为硅酸盐，现实操作过程中存在废气不能完全吸收，不能达标排放，转化过程中生成大量硅酸沉淀物导致设备运行负荷过大和堵塞等情况。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种二氧化硅的制备方法及制备系统，解决了现有技术中四氯化硅作为原料生产高纯二氧化硅存在氯含量高和多晶硅生产过程中氯硅烷未能高效利用的问题。
7.解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
8.1)将含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；
9.2)将混合物过滤，得到滤液，对滤液进行造粒，加热，得到二氧化硅。
10.优选的是，所述步骤1)中水解反应的ph值为2～6。
11.优选的是，所述步骤1)中水溶液的ph值为3～9。
12.优选的是，所述步骤1)中通过含有氨气的气体或氨水溶液调节水解反应的ph值，氨气在含有氨气的气体或氨水溶液中的质量占比不超过10％。
13.优选的是，所述步骤2)中的加热温度为1000～1300℃。
14.优选的是，所述步骤2)中当滤液中的二氧化硅聚合体的含量为10～35mas％，对滤液进行造粒。
15.优选的是，所述步骤2)中通过含有氨气的气体或氨水溶液调节滤液的ph值，氨气
在含有氨气的气体或氨水溶液中的质量占比不超过10％。
16.优选的是，所述步骤2)中调节后滤液的ph值为6～9.5。
17.优选的是，造粒得到的颗粒的粒径为600～75μm，d50为280～350μm。
18.更优选的是，造粒得到的颗粒的粒径为500～150μm，d50为290～330μm。
19.优选的是，所述的二氧化硅的制备方法，还包括以下步骤：
20.在滤液进行造粒前，对滤液进行静置，静置时间至少为4h。
21.本发明还提供一种上述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，包括：
22.反应釜，用于含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；
23.过滤单元，与反应釜连接，过滤单元用于将混合物过滤，得到滤液；
24.造粒塔，与过滤单元连接，造粒塔用于对滤液进行造粒；
25.加热炉，与造粒塔连接，加热炉用于对造粒得到的颗粒进行加热，得到二氧化硅。
26.优选的是，所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，还包括：
27.第一输入机构，包括：储罐、与储罐连接的第一输入管线、与第一输入管线连接的第一雾化器，第一输入管线与反应釜连接，第一雾化器设置于反应釜内，储罐用于储存水溶液；
28.第二输入机构，包括：第二输入管线、与第二输入管线连接的第一喷嘴器，第二输入管线与反应釜连接，第一喷嘴器设置于反应釜内，第一喷嘴器设置于第一雾化器下方，第二输入管线用于输入含有氯硅烷的气体；
29.第三输入机构，包括：第三输入管线、与第三输入管线连接的第一输入部，第一输入部为第二雾化器或第二喷嘴器，第三输入管线与反应釜连接，第一输入部设置于反应釜内，第一输入部设置于第一喷嘴器下方，第三输入管线用于输入氨气或氨水溶液，当第三输入管线输入氨气时，第一输入部为第二喷嘴器；当第三输入管线输入氨水溶液时，第一输入部为第二雾化器。
30.优选的是，过滤单元包括：
31.第一过滤器，与反应釜连接，第一过滤器用于将混合物进行过滤，得到第一滤液；第一过滤器的滤芯的孔径为20-60μm。
32.第一滤液储罐，与第一过滤器连接，第一滤液储罐用于储存第一滤液，第一滤液储罐还与第一输入管线连接，将第一滤液输入进反应釜内；
33.第二过滤器，与第一滤液储罐连接，第二过滤器用于对第一滤液进行过滤，得到第二滤液，第二过滤器的滤芯的孔径小于第一过滤器的滤芯的孔径；第二过滤器的滤芯的孔径为2-10μm。
34.第二滤液储罐，与第二过滤器连接，第二滤液储罐用于储存第二滤液。
35.优选的是，所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，还包括：
36.固体料仓，与过滤单元连接，固体料仓用于接收过滤单元过滤得到的滤渣；固体料仓分别与第一过滤器、第二过滤器连接，用于分别接收来自第一过滤器、第二过滤器的滤渣；
37.排风机，与反应釜连接，用于将反应釜内的气体排入到烟囱中；
38.烟囱，与排风机连接，烟囱用于排风；
39.第四输入机构，包括：第四输入管线、与第四输入管线连接的第二输入部，第二输入部为第三雾化器或第三喷嘴，第四输入管线与造粒塔连接，第二输入部设置于造粒塔内，第四输入管线用于输入氨气或氨水溶液，当第四输入管线输入氨气时，第二输入部为第三喷嘴；当第四输入管线输入氨水溶液时，第二输入部为第三雾化器；
40.引风机，与造粒塔连接，引风机对造粒塔进行引风；
41.分离器，分别与引风机、加热炉连接，通过分离器将造粒得到的颗粒与空气分离开，将颗粒送入加热炉内；
42.鼓风机，用于鼓风；
43.进风加热器，分别与鼓风机、造粒塔连接，进风加热器用于对鼓入的空气进行加热。
44.本发明中的二氧化硅的制备方法及其所使用的制备系统，有效降低高纯二氧化硅中氯含量，同时能够回收部分多晶硅生产过程中产生的氯硅烷，降低废气中氯硅烷含量，降低后续再处理的难度，同时该方案在工业化放大的方面具有便利性。
附图说明
45.图1是本发明实施例2中的二氧化硅的制备系统的结构示意图。
46.图中：v01-储罐；t01-反应釜；c01-排风机；t02-烟囱；s01-第一过滤器；v02-第一滤液储罐；s02-第二过滤器；v03-第二滤液储罐；v04-固体料仓；t03-造粒塔；e01-进风加热器；c03-鼓风机；c02-引风机；s03-分离器；f01-加热炉；v05-成品料仓；
47.1-第一输入管线；2-第一雾化器；3-第二输入管线；4-第一喷嘴器；
48.5-第三输入管线；6-第一输入部；7-第四输入管线；8-第二输入部。
具体实施方式
49.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
50.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
51.实施例1
52.本实施例提供一种二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
53.1)将含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；
54.2)将混合物过滤，得到滤液，对滤液进行造粒，加热，得到二氧化硅。
55.本实施例还提供一种上述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，包括：
56.反应釜，用于含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；
57.过滤单元，与反应釜连接，过滤单元用于将混合物过滤，得到滤液；
58.造粒塔，与过滤单元连接，造粒塔用于对滤液进行造粒；
59.加热炉，与造粒塔连接，加热炉用于对造粒得到的颗粒进行加热，得到二氧化硅。
60.本实施例中的二氧化硅的制备方法及制备系统，有效降低高纯二氧化硅中氯含量，同时能够回收部分多晶硅生产过程中产生的氯硅烷，降低废气中氯硅烷含量，降低后续再处理的难度，同时该方案在工业化放大的方面具有便利性。
61.实施例2
62.如图1所示，本实施例还提供一种二氧化硅的制备系统，包括：
63.反应釜t01，用于含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物，混合物包括二氧化硅聚合体、二氧化硅沉淀；
64.过滤单元，与反应釜t01连接，过滤单元用于将混合物过滤，得到滤液；
65.造粒塔t03，与过滤单元连接，造粒塔t03用于对滤液进行造粒；
66.加热炉f01，与造粒塔t03连接，加热炉f01用于对造粒得到的颗粒进行加热，得到二氧化硅。
67.优选的是，所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，还包括：
68.第一输入机构，包括：储罐v01、与储罐v01连接的第一输入管线1、与第一输入管线1连接的第一雾化器2，第一输入管线1与反应釜t01连接，第一雾化器2设置于反应釜t01内，储罐v01用于储存水溶液；
69.第二输入机构，包括：第二输入管线3、与第二输入管线3连接的第一喷嘴器4，第二输入管线3与反应釜t01连接，第一喷嘴器4设置于反应釜t01内，第一喷嘴器4设置于第一雾化器2下方，第二输入管线3用于输入含有氯硅烷的气体；
70.第三输入机构，包括：第三输入管线5、与第三输入管线5连接的第一输入部6，第一输入部6为第二雾化器或第二喷嘴器，第三输入管线5与反应釜t01连接，第一输入部6设置于反应釜t01内，第一输入部6设置于第一喷嘴器4下方，第三输入管线5用于输入含有氨气的气体或氨水溶液，当第三输入管线5输入含有氨气的气体时，第一输入部6为第二喷嘴器；当第三输入管线5输入氨水溶液时，第一输入部6为第二雾化器。
71.优选的是，过滤单元包括：
72.第一过滤器s01，与反应釜t01连接，第一过滤器s01用于将混合物进行过滤，得到第一滤液；第一过滤器的滤芯的孔径为20-60μm。
73.第一滤液储罐v02，与第一过滤器s01连接，第一滤液储罐v02用于储存第一滤液，第一滤液储罐v02还与第一输入管线1连接，将第一滤液输入进反应釜t01内；
74.第二过滤器s02，与第一滤液储罐v02连接，第二过滤器s02用于对第一滤液进行过滤，得到第二滤液，第二过滤器s02的滤芯的孔径小于第一过滤器s01的滤芯的孔径；第二过滤器的滤芯的孔径为2-10μm。
75.第二滤液储罐v03，与第二过滤器s02连接，第二滤液储罐v03用于储存第二滤液；
76.具体的，本实施例中的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，还包括：
77.固体料仓v04，与过滤单元连接，固体料仓v04用于接收过滤单元过滤得到的滤渣；固体料仓v04分别与第一过滤器s01、第二过滤器s02连接，用于分别接收来自第一过滤器s01、第二过滤器s02的滤渣；
78.排风机c01，与反应釜t01连接，用于将反应釜t01内的气体排入到烟囱t02中；
79.烟囱t02，与排风机c01连接，烟囱t02用于排风。
80.优选的是，所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，还包括：
81.第四输入机构，包括：第四输入管线7、与第四输入管线7连接的第二输入部8，第二输入部8为第三雾化器或第三喷嘴，第四输入管线7与造粒塔t03连接，第二输入部8设置于造粒塔t03内，第四输入管线7用于输入含有氨气的气体或氨水溶液，当第四输入管线7输入含有氨气的气体时，第二输入部8为第三喷嘴；当第四输入管线7输入氨水溶液时，第二输入部8为第三雾化器；
82.引风机c02，与造粒塔t03连接，引风机c02对造粒塔t03进行引风；
83.分离器s03，分别与引风机c02、加热炉f01连接，通过分离器s03将造粒得到的颗粒与空气分离开，将颗粒送入加热炉f01内；
84.鼓风机c03，用于鼓风；
85.进风加热器e01，分别与鼓风机c03、造粒塔t03连接，进风加热器e01用于对鼓入的空气进行加热。
86.具体的，本实施例中的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，还包括：
87.成品料仓v05，与加热炉f01连接，成品料仓v05用于接收制备得到的二氧化硅。
88.本实施例提供一种使用上述的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
89.(1)采用含有氯硅烷的气体作为原料，将含有氯硅烷的气体通过第二输入管线3输送到反应釜t01中的第一喷嘴器4处；
90.(2)将水溶液采用第一雾化器2由反应釜t01顶部喷入到反应釜t01内；
91.(3)将氨水溶液采用第二雾化器或含有氨气的气体采用第二喷嘴器喷入到反应釜t01内；
92.(4)反应釜t01顶部连接有排风机c01，将反应产生的气体、烟雾或其他气体排出反应釜t01；
93.(5)反应釜t01底部设有第一ph在线检测器，用于调节和控制反应，将反应釜t01底部的混合物输送到第一过滤器s01中进行过滤，滤液重新通过第一雾化器2喷入到反应釜t01内；
94.(6)待反应一段时间后，检测反应釜t01底部溶液二氧化硅聚合体含量，ph值和二氧化硅聚合体含量达到要求后停止反应；
95.(7)将反应釜t01内溶液输送到第一过滤器s01中，收集滤液到第一滤液储罐v02中，并静置一段时间，通过第二过滤器s02再次过滤，通过第二滤液储罐v03储存，测定二次滤液的ph值和二氧化硅聚合体含量；
96.(8)将第二滤液储罐v03内的滤液通过泵送到喷雾造粒塔t03中，将氨水溶液采用第三雾化器或含有氨气的气体采用第三喷嘴器送到造粒中调节ph值，对滤液进行造粒，第二滤液储罐v03与造粒塔t03之间的输送管线内有微量给料器、强力混合器、第二ph在线检测器；
97.(9)收集干燥后的造粒得到的颗粒，在加热炉f01内进行高温处理，得到高纯的二氧化硅颗粒。
98.其中，步骤(1)含有氯硅烷的气体是指气体中氯硅烷占据一定比例。具体的，本实施例中氯硅烷≥60mas％，氯化氢≤5mas％，剩余为氢气。优选纯净的氯硅烷经过汽化器气
化后的气体；若采用多晶硅生产系统中含有氯硅烷的废气，优选氯化氢含量低的废气，避免因氯化氢含量过高而消耗大量含有氨气的气体，导致含有氨气的气体成本上升；
99.其中，步骤(1)第一喷嘴器4位于反应釜t01的中下位置，呈圆盘状，第一喷嘴器4上均匀布局一定量的喷嘴，使得含有氯硅烷的气体能够均匀分布在反应釜t01内；
100.其中，步骤(2)将水溶液由反应釜t01顶部的第一雾化器2喷入到反应釜t01中，使得氯硅烷与水进行水解反应；
101.其中，步骤(2)水溶液为具有一定的ph值，也可以是反应釜t01底部的水溶液，但需要满足ph值要求，优选ph值为3～9的水溶液；
102.其中，步骤(3)将氨水溶液通过第二雾化器或含有氨气的气体通过第二喷嘴器喷入到反应釜t01中，优选第二雾化器或第二喷嘴器位置为水溶液与氯硅烷气体均匀接触部位，优选氨气在含有氨气的气体中的质量占比不超过10％，具体可根据氯硅烷气体含量进行调整；具体的，氨气混合在氮气中通过第二喷嘴器喷入到反应釜t01中。
103.其中，步骤(4)反应釜t01顶部连接有排风机c01，主要将反应生成的气体、烟雾以及其他气体及时排出反应釜t01，降低反应釜t01内氯化氢或氯化物含量；
104.其中，步骤(5)反应釜t01底部设有第一ph在线检测器，便于监测和调节水溶液是否满足ph值要求，若存在过高或过低情况，及时调节氨水溶液或含有氨气的气体和氯硅烷气体的喷入量；
105.其中，步骤(6)待反应一段时间后，检测反应釜t01底部溶液的ph值和二氧化硅聚合体的含量，达到一定标准后，将反应釜t01底部混合物输送到第一过滤器s01中进行过滤；
106.其中，步骤(6)反应釜t01底部溶液ph值为2～6，二氧化硅聚合体的含量为10～35mas％，优选反应釜t01底部溶液ph值为2.5～4，二氧化硅含量15～25mas％；
107.其中，步骤(7)将收集的滤液存放在第一滤液储罐v02内进行静置≥4h,优选静置12h；
108.其中，步骤(7)将静置后的滤液再次进行过滤存放在第二滤液储罐v03内，测量再次过滤后滤液的ph值和二氧化硅聚合体的含量；
109.其中，步骤(8)根据第二滤液储罐v03内滤液的ph值和二氧化硅聚合体的含量，配置一定量的氨水溶液，氨气在氨水溶液中的质量占比不超过10％，氨水溶液通过微量给料器、强力混合器、第二ph在线检测器，控制氨水溶液的给入量和强制混合均匀；
110.其中，步骤(8)控制混合后的溶液ph值为6～9.5，优选ph值为7～8.5；
111.其中，步骤(8)通过控制造粒塔t03的系统参数，造粒得到需要的颗粒，颗粒粒径范围为600～75μm，d50为280～350μm，优选粒径范围为500～150μm，d50为290～330μm；
112.其中，步骤(9)将收集到的颗粒通过给料器以一定速度加入到高温设备加热炉f01中；
113.其中，步骤(9)高温处理设备加热炉f01温度范围为从室温升温到1300℃，优选温度范围为从室温升温到1220℃。
114.具体的，本实施例中氯硅烷进入反应釜通常都是采用氮气进行输送。
115.具体的，本实施例中主要将水解后产生的氯离子及时带出物料体系或反应转化为氯化铵及时带出物料体系，同时部分物料体系内的氯化铵经高温带出物料体系。本专利整个工艺中将氯离子进行转化并去除，所以能够控制氯离子含量，使得产品中的氯含量低。
116.收集成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为60～140ppm，碳含量未检出，羟基含量为20～50ppm，金属杂质总含量为0.48～1.2ppm。
117.本实施例中的二氧化硅的制备方法及其所使用的制备系统，有效降低高纯二氧化硅中氯含量，同时能够回收部分多晶硅生产过程中产生的氯硅烷，降低废气中氯硅烷含量，降低后续再处理的难度，同时该方案在工业化放大的方面具有便利性。
118.实施例3
119.本实施例提供一种使用实施例2中的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
120.(1)采用精制四氯化硅为原料，将气化后的精制四氯化硅与氮气进行混合，精制四氯化硅与氮气的体积比为1:1，通过第二输入管线输送到反应釜的第一喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
121.(2)将事先配置的ph值为5的盐酸溶液通过第一雾化器由反应釜顶部喷入到反应釜内；
122.(3)将氨气与氮气进行混合后，氨气在含有氨气的气体中的质量占比为4％，通过第三输入管线输送到反应釜的第二喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
123.(4)通入气体之前，将反应釜顶部连接的排风机打开，以便通入气体后，能够及时将反应产生的烟雾和多余氮气排出反应釜；
124.(5)通过实时检测反应釜底部的第一ph在线检测器，将反应釜底部溶液ph值控制在3～5之间，待运行平稳后，逐渐将反应釜底部混合物排出到第一过滤器中，滤液收集后输送到反应釜顶部由第一雾化器喷出；
125.(6)待反应一段时间后，检测反应釜底部溶液ph值为3、二氧化硅聚合体含量为20mas％，停止通入精制四氯化硅和含有氨气的气体；
126.(7)将反应釜底部溶液全部排出到第一过滤器中进行过滤，收集滤液到第一滤液储罐内静置12h，通过第二过滤器再次进行过滤，并收集到第二滤液储罐内，测定二次滤液的ph值为3.5、二氧化硅聚合体含量18.5mas％；
127.(8)将二次滤液泵送到喷雾造粒塔中进行造粒，输送过程中加入实现调配的氨水溶液，氨气在氨水溶液中的质量占比为4％，调节溶液ph值为8，收集造粒后的颗粒，颗粒粒径为450～150μm，d50为310μm；
128.(9)颗粒通过给料器均匀加入到高温设备加热炉中进行高温处理，运行最高温度为1220℃，维持12h，停止高温处理并降温，收集处理后的成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为85ppm，碳含量未检出，羟基含量为30ppm，金属杂质总含量为0.48ppm。
129.实施例4
130.本实施例提供一种使用实施例2中的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
131.(1)采用含有氯硅烷的气体(氯硅烷占比60mas％，氢气占比35mas％，氯化氢占比5mas％)为原料，将含有氯硅烷的气体与氮气进行混合，含有氯硅烷的气体与氮气的体积比为3:1，通过第二输入管线输送到反应釜的第一喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
132.(2)将事先配置的ph值为9的氨水溶液通过第一雾化器由反应釜顶部喷入到反应
釜内；
133.(3)将氨气与氮气进行混合后，氨气在含有氨气的气体中的质量占比为8％，通过第三输入管线输送到反应釜的第二喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
134.(4)通入气体之前，将反应釜顶部连接的排风机打开，以便通入气体后，能够及时将反应产生的烟雾和多余氮气排出反应釜；
135.(5)通过实时检测反应釜底部的第一ph在线检测器，将反应釜底部溶液ph值控制在4～6之间，待运行平稳后，逐渐将反应釜底部混合物排出到第一过滤器中，滤液收集后输送到反应釜顶部由第一雾化器喷出；
136.(6)待反应一段时间后，检测反应釜底部溶液ph值为3、二氧化硅聚合体含量为20mas％，停止通入含有氯硅烷的气体和含有氨气的气体；
137.(7)将反应釜底部溶液全部排出到第一过滤器中进行过滤，收集滤液到第一滤液储罐内静置12h，通过第二过滤器再次进行过滤，并收集到第二滤液储罐内，测定二次滤液的ph值为3.8、二氧化硅聚合体含量18mas％；
138.(8)将二次滤液泵送到喷雾造粒塔中进行造粒，输送过程中加入实现调配的氨水溶液，氨气在氨水溶液中的质量占比为8％，调节溶液ph值为8，收集造粒后的颗粒，颗粒粒径为400～120μm，d50为290μm；
139.(9)颗粒通过给料器均匀加入到高温设备加热炉中进行高温处理，运行最高温度为1220℃，维持12h，停止高温处理并降温，收集处理后的成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为140ppm，碳含量未检出，羟基含量为50ppm，金属杂质总含量为1.2ppm。
140.实施例5
141.本实施例提供一种使用实施例2中的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
142.(1)采用精制氯硅烷(四氯化硅占比75mas％，三氯氢硅占比20mas％，二氯二氢硅占比5mas％)为原料，将气化后的精制氯硅烷与氮气进行混合，精制氯硅烷与氮气的体积比为1:3，通过第二输入管线输送到反应釜的第一喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
143.(2)将事先配置的ph值为6的盐酸溶液通过第一雾化器由反应釜顶部喷入到反应釜内；
144.(3)将事先调配好的氨水溶液，氨气在氨水溶液中的质量占比为10％，通过第三输入管线输送到反应釜的第二喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
145.(4)通入气体之前，将反应釜顶部连接的排风机打开，以便通入气体后，能够及时将反应产生的氢气、烟雾和多余氮气排出反应釜；
146.(5)通过实时检测反应釜底部的第一ph在线检测器，将反应釜底部溶液ph控制在3～5之间，待运行平稳后，逐渐将反应釜底部混合物排出到第一过滤器中，滤液收集后输送到反应釜顶部由第一雾化器喷出；
147.(6)待反应一段时间后，检测反应釜底部溶液ph值为3、二氧化硅聚合体含量为18mas％，停止通入精制氯硅烷和氨水溶液；
148.(7)将反应釜底部溶液全部排出到第一过滤器中进行过滤，收集滤液到第一滤液储罐内静置12h，通过第二过滤器再次进行过滤，并收集到第二滤液储罐内，测定二次滤液
的ph值为3.6、二氧化硅聚合体含量17mas％；
149.(8)将二次滤液泵送到喷雾造粒塔中进行造粒，输送过程中加入实现调配的氨水溶液，氨气在氨水溶液中的质量占比为10％，调节溶液ph值为8，收集造粒后的颗粒，颗粒粒径为380～100μm，d50为260μm；
150.(9)颗粒通过给料器均匀加入到高温设备加热炉中进行高温处理，运行最高温度为1220℃，维持12h，停止高温处理并降温，收集处理后的成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为60ppm，碳含量未检出，羟基含量为43ppm，金属杂质总含量为0.67ppm。
151.实施例6
152.本实施例提供一种使用实施例2中的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
153.(1)采用含有氯硅烷的气体(氯硅烷占比80mas％，氢气占比18mas％，氯化氢占比2mas％)为原料，将含有氯硅烷的气体与氮气进行混合，含有氯硅烷的气体与氮气的体积比为1:4，通过第二输入管线输送到反应釜的第一喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
154.(2)将事先配置的ph值为8的氨水溶液通过第一雾化器由反应釜顶部喷入到反应釜内；
155.(3)将氨气与氮气进行混合后，氨气在含有氨气的气体中的质量占比为5％，通过第三输入管线输送到反应釜的第二喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
156.(4)通入气体之前，将反应釜顶部连接的排风机打开，以便通入气体后，能够及时将反应产生的烟雾和多余氮气排出反应釜；
157.(5)通过实时检测反应釜底部的第一ph在线检测器，将反应釜底部溶液ph值控制在4～6之间，待运行平稳后，逐渐将反应釜底部混合物排出到第一过滤器中，滤液收集后输送到反应釜顶部由第一雾化器喷出；
158.(6)待反应一段时间后，检测反应釜底部溶液ph值为3、二氧化硅聚合体含量为17mas％，停止通入含有氯硅烷的气体和氨水溶液；
159.(7)将反应釜底部溶液全部排出到第一过滤器中进行过滤，收集滤液到第一滤液储罐内静置12h，通过第二过滤器再次进行过滤，并收集到第二滤液储罐内，测定二次滤液的ph值为3.8、二氧化硅聚合体含量16.5mas％；
160.(8)将二次滤液泵送到喷雾造粒塔中进行造粒，输送过程中加入实现调配的氨气与氮气的混合物，氨气在含有氨气的气体中的质量占比为10％，调节溶液ph值为8，收集造粒后的颗粒，颗粒粒径为500～150μm，d50为300μm；
161.(9)颗粒通过给料器均匀加入到高温设备加热炉中进行高温处理，运行最高温度为1220℃，维持12h，停止高温处理并降温，收集处理后的成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为98ppm，碳含量未检出，羟基含量为48ppm，金属杂质总含量为0.95ppm。
[0162][0163]
表1
[0164]
表1为实施例3～6中的成品高纯二氧化硅颗粒中的杂质含量。
[0165]
实施例3与实施例4存在以下不同：
①
原料不同，实施例3使用精制四氯化硅，更适合水解反应；
②
反应溶液不同，实施例3因使用精制四氯化硅，应控制水解速率，所以采用酸性水溶液，实施例4因使用氯硅烷气体，组成中存在部分氯化氢气体，需要对此进行中和，所以采用碱性水溶液。后续则是工艺参数不同。
[0166]
实施例5与实施例6存在以下不同：
①
原料不同，实施例5使用精制氯硅烷，相对适合水解反应；
②
反应溶液不同，实施例5因使用精制氯硅烷，三氯氢硅、二氯二氢硅更容易水解，更应控制水解速率，所以采用酸性水溶液，实施例6因使用氯硅烷气体，组成中存在部分氯化氢气体，需要对此进行中和，所以采用碱性水溶液。后续则是工艺参数不同。
[0167]
实施例3和实施例5对比分析，精制四氯化硅更容易控制反应，得到产物较好；实施例4和实施例6因其物料组成不同，反应控制不同，工艺偏好更倾向于氯化氢含量较少的物料。
[0168]
实施例7
[0169]
本实施例提供一种使用实施例2中的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
[0170]
(1)采用精制三氯氢硅为原料，将气化后的精制三氯氢硅与氮气进行混合，精制三氯氢硅与氮气的体积比为1:4，通过第二输入管线输送到反应釜的第一喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
[0171]
(2)将事先配置的ph值为3的盐酸溶液通过第一雾化器由反应釜顶部喷入到反应釜内；
[0172]
(3)将氨水溶液通过第三输入管线输送到反应釜的第二雾化器处，氨气在氨水溶液中的质量占比为5％，均匀喷入反应釜中；
[0173]
(4)通入气体之前，将反应釜顶部连接的排风机打开，以便通入气体后，能够及时将反应产生的烟雾和多余氮气排出反应釜；
[0174]
(5)通过实时检测反应釜底部的第一ph在线检测器，将反应釜底部溶液ph值控制在2～6之间，待运行平稳后，逐渐将反应釜底部混合物排出到第一过滤器中，滤液收集后输送到反应釜顶部由第一雾化器喷出；
[0175]
(6)待反应一段时间后，检测反应釜底部溶液ph值为4、二氧化硅聚合体含量为10mas％，停止通入精制三氯氢硅和含有氨气的气体；
[0176]
(7)将反应釜底部溶液全部排出到第一过滤器中进行过滤，收集滤液到第一滤液储罐内静置20h，通过第二过滤器再次进行过滤，并收集到第二滤液储罐内，测定二次滤液的ph值为4.7、二氧化硅聚合体含量9mas％；
[0177]
(8)将二次滤液泵送到喷雾造粒塔中进行造粒，输送过程中加入实现调配的氨气与氮气的混合物，氨气在含有氨气的气体中的质量占比为5％，调节溶液ph值为6，收集造粒后的颗粒，颗粒粒径为400～75μm，d50为280μm；
[0178]
(9)颗粒通过给料器均匀加入到高温设备加热炉中进行高温处理，运行最高温度为1000℃，维持15h，停止高温处理并降温，收集处理后的成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为110ppm，碳含量未检出，羟基含量为80ppm，金属杂质总含量为0.53ppm。
[0179]
实施例8
[0180]
本实施例提供一种使用实施例2中的二氧化硅的制备系统的二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
[0181]
(1)采用精制氯硅烷(四氯化硅占比55mas％，三氯氢硅占比30mas％，二氯二氢硅占比15mas％)为原料，将气化后的精制氯硅烷与氮气进行混合，精制氯硅烷与氮气的体积比为1:10，通过第二输入管线输送到反应釜的第一喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
[0182]
(2)将事先配置的ph值为9的盐酸溶液通过第一雾化器由反应釜顶部喷入到反应釜内；
[0183]
(3)将事先调配好的氨水溶液，氨气在氨水溶液中的质量占比为2％，通过第三输入管线输送到反应釜的第二喷嘴器处，均匀喷入反应釜中；
[0184]
(4)通入气体之前，将反应釜顶部连接的排风机打开，以便通入气体后，能够及时将反应产生的氢气、烟雾和多余氮气排出反应釜；
[0185]
(5)通过实时检测反应釜底部的第一ph在线检测器，将反应釜底部溶液ph控制在2～5之间，待运行平稳后，逐渐将反应釜底部混合物排出到第一过滤器中，滤液收集后输送到反应釜顶部由第一雾化器喷出；
[0186]
(6)待反应一段时间后，检测反应釜底部溶液ph值为3、二氧化硅聚合体含量为30mas％，停止通入精制氯硅烷和氨水溶液；
[0187]
(7)将反应釜底部溶液全部排出到第一过滤器中进行过滤，收集滤液到第一滤液储罐内静置15h，通过第二过滤器再次进行过滤，并收集到第二滤液储罐内，测定二次滤液的ph值为3.8、二氧化硅聚合体含量28mas％；
[0188]
(8)将二次滤液泵送到喷雾造粒塔中进行造粒，输送过程中加入实现调配的氨气与氮气的混合物，氨气在含有氨气的气体中的质量占比为2％％，调节溶液ph值为9.5，收集造粒后的颗粒，颗粒粒径为300～600μm，d50为350μm；
[0189]
(9)颗粒通过给料器均匀加入到高温设备加热炉中进行高温处理，运行最高温度为1300℃，维持15h，停止高温处理并降温，收集处理后的成品高纯二氧化硅颗粒，检测高纯二氧化硅颗粒中的氯离子含量为124ppm，碳含量未检出，羟基含量为20ppm，金属杂质总含量为1.06ppm。
[0190]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精
神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；2)将混合物过滤，得到滤液，对滤液进行造粒，加热，得到二氧化硅。2.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中水解反应的ph值为2～6。3.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中水溶液的ph值为3～9。4.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中通过含有氨气的气体或氨水溶液调节水解反应的ph值，氨气在含有氨气的气体或氨水溶液中的质量占比不超过10％。5.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的加热温度为1000～1300℃。6.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中当滤液中的二氧化硅聚合体的含量为10～35mas％，对滤液进行造粒。7.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中通过含有氨气的气体或氨水溶液调节滤液的ph值，氨气在含有氨气的气体或氨水溶液中的质量占比不超过10％。8.根据权利要求7所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中调节后的滤液的ph值为6～9.5。9.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，造粒得到的颗粒的粒径为600～75μm，d50为280～350μm。10.根据权利要求1所述的二氧化硅的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：在滤液进行造粒前，对滤液进行静置，静置时间至少为4h。11.一种权利要求1～10任意一项所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，其特征在于，包括：反应釜，用于含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；过滤单元，与反应釜连接，过滤单元用于将混合物过滤，得到滤液；造粒塔，与过滤单元连接，造粒塔用于对滤液进行造粒；加热炉，与造粒塔连接，加热炉用于对造粒得到的颗粒进行加热，得到二氧化硅。12.根据权利要求11所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，其特征在于，所述权利要求4中的二氧化硅的制备方法，还包括：第一输入机构，包括：储罐、与储罐连接的第一输入管线、与第一输入管线连接的第一雾化器，第一输入管线与反应釜连接，第一雾化器设置于反应釜内，储罐用于储存水溶液；第二输入机构，包括：第二输入管线、与第二输入管线连接的第一喷嘴器，第二输入管线与反应釜连接，第一喷嘴器设置于反应釜内，第一喷嘴器设置于第一雾化器下方，第二输入管线用于输入含有氯硅烷的气体；第三输入机构，包括：第三输入管线、与第三输入管线连接的第一输入部，第一输入部为第二雾化器或第二喷嘴器，第三输入管线与反应釜连接，第一输入部设置于反应釜内，第一输入部设置于第一喷嘴器下方，第三输入管线用于输入氨气或氨水溶液，当第三输入管
线输入氨气时，第一输入部为第二喷嘴器；当第三输入管线输入氨水溶液时，第一输入部为第二雾化器。13.根据权利要求11所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，其特征在于，过滤单元包括：第一过滤器，与反应釜连接，第一过滤器用于将混合物进行过滤，得到第一滤液；第一滤液储罐，与第一过滤器连接，第一滤液储罐用于储存第一滤液，第一滤液储罐还与第一输入管线连接，将第一滤液输入进反应釜内；第二过滤器，与第一滤液储罐连接，第二过滤器用于对第一滤液进行过滤，得到第二滤液，第二过滤器的滤芯的孔径小于第一过滤器的滤芯的孔径；第二滤液储罐，与第二过滤器连接，第二滤液储罐用于储存第二滤液。14.根据权利要求11所述的二氧化硅的制备方法所用的二氧化硅的制备系统，其特征在于，所述权利要求8中的二氧化硅的制备方法，还包括：固体料仓，与过滤单元连接，固体料仓用于接收过滤单元过滤得到的滤渣；固体料仓分别与第一过滤器、第二过滤器连接，用于分别接收来自第一过滤器、第二过滤器的滤渣；排风机，与反应釜连接，用于将反应釜内的气体排入到烟囱中；烟囱，与排风机连接，烟囱用于排风；第四输入机构，包括：第四输入管线、与第四输入管线连接的第二输入部，第二输入部为第三雾化器或第三喷嘴，第四输入管线与造粒塔连接，第二输入部设置于造粒塔内，第四输入管线用于输入氨气或氨水溶液，当第四输入管线输入氨气时，第二输入部为第三喷嘴；当第四输入管线输入氨水溶液时，第二输入部为第三雾化器；引风机，与造粒塔连接，引风机对造粒塔进行引风；分离器，分别与引风机、加热炉连接，通过分离器将造粒得到的颗粒与空气分离开，将颗粒送入加热炉内；鼓风机，用于鼓风；进风加热器，分别与鼓风机、造粒塔连接，进风加热器用于对鼓入的空气进行加热。

技术总结
本发明公开了一种二氧化硅的制备方法及制备系统，该方法包括以下步骤：1)将含有氯硅烷的气体与水溶液混合，氯硅烷发生水解反应，得到混合物；2)将混合物过滤，得到滤液，对滤液进行造粒，加热，得到二氧化硅。本发明中的二氧化硅的制备方法及其所使用的制备系统，有效降低高纯二氧化硅中氯含量，同时能够回收部分多晶硅生产过程中产生的氯硅烷，降低废气中氯硅烷含量，降低后续再处理的难度，同时该方案在工业化放大的方面具有便利性。工业化放大的方面具有便利性。工业化放大的方面具有便利性。


技术研发人员：仝少超 邵威 张霞飞 王文
受保护的技术使用者：新疆晶硕新材料有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/9