基于络合吸附-精馏协同法除四氯化硅中极微量硼、磷杂质的研究

The purity of silicon tetrachloride is key to control the quality of the optical fiber products, especially trace impurities such as boron, phosphorus is difficult to remove .At present, almost aii of high purity silicon tetrachloride used for fiber need imported . So the removal of trace boron, phosphorus from silicon tetrachloride is a major problem in optical industry.In this project，the method of complexing adsorption – distillation is proposed to remove trace boron and phosphorus from the silicon tetrachloride.And the reaction mechanism of boron and phosphorus in silicon tetrachloride and the process of silicon tetrachloride distillation were studied.We should determine the existence form of boron and phosphorus in silicon tetrachloride.Then the complexing agent, adsorbent, the best way of loading between complexing agent and adsorbent, complexation of adsorption mechanism, the adsorption kinetics curves of boron and phosphorus，the conditions of complexing adsorption - distillation process were researched.The results obtained by this project are very important in electronic grade polysilicon production .

四氯化硅的纯度是控制光纤产品质量的关键，尤其是极微量硼、磷等杂质难以去除导致四氯化硅很难达到光纤标准。目前，我国光纤用高纯四氯化硅原料几乎全部进口，因此四氯化硅的提纯工艺中极微量硼、磷杂质的去除是我国光纤行业需要解决的重大科技问题。鉴于此，本项目提出采用络合吸附-精馏联合除四氯化硅中极微量硼、磷杂质的研究这一课题，对四氯化硅中硼、磷杂质反应机制进行了研究，并对四氯化硅精馏提纯的工艺进行了研究。本项目首先要确定硼、磷杂质在四氯化硅溶液中的具体存在形式，然后以四氯化硅溶液(含B、P)为研究对象，开展了络合剂、吸附剂、络合剂与吸附剂的最佳负载方式、络合吸附机理、硼、磷的吸附动力学曲线以及络合吸附-精馏工艺条件等的研究。通过本项目的实施将为四氯化硅深度除硼、磷杂质，生产电子级多晶硅提供强有力的数据支撑，具有十分重要的工程实际应用价值。

四氯化硅的纯度是控制光纤产品质量的关键，尤其是极微量硼、磷等杂质难以去除导致四氯化硅很难达到光纤标准。目前，我国光纤用高纯四氯化硅原料几乎全部进口，因此四氯化硅的提纯工艺中极微量硼、磷杂质的去除是我国光纤行业需要解决的重大科技问题。鉴于此，本项目提出采用络合吸附-精馏联合除四氯化硅中极微量硼、磷杂质的研究这一课题，对四氯化硅中硼、磷杂质反应机制进行了研究，并对四氯化硅精馏提纯的工艺进行了研究。.在分子筛、活性炭、氧化铝等多孔载体材料上负载铜离子，可显著提高吸附剂除磷效果。研究表明，在γ-Al2O3负载CuCl2，Cu在γ-Al2O3上有两种存在形式，铝酸铜和无定型铜。无负载的γ-Al2O3几乎没有除磷效果，当Cu以铝酸铜形式存在时，除磷效果也很差，但当Cu在γ-Al2O3上以无定型形式存在时，吸附剂表现出了优异的除磷性能。20 ℃，进料气体磷化氢浓度为50 ppm时，负载7.4%Cu的γ-Al2O3对磷化氢的静态吸附能力为32.09 mg/g，在-15 ℃至50 ℃范围内，化学吸附速率随着温度升高而增加。研究表明，在吸附过程中，磷存在形式不断变化，由PH3→H2P-OH→HO-P=O→H3PO4/P2O5，铜则由Cu2+被还原为Cu+。吸附剂可通过氮气吹扫或热空气煅烧两种方式得到再生，实验表明，四次循环后，吸附剂对磷化氢的累计静态吸附能力可达到146.1 mg/g。.通过实验研究，筛选出了高选择性、高吸附能力、可再生性能好的高效选择除磷吸附剂，探明了吸附除磷过程为物理吸附耦合化学氧化还原反应的过程。与黄河水电合作进行的20吨/年电子级多晶硅项目中，利用了本研究的成果，采用氯化铜改性的氧化铝作为吸附剂，搭建四氯化硅除硼、磷体系装置，结果显示磷的含量降低了近2/3，四氯化硅纯度达到电子级。结果表明，本研究开发的除磷吸附剂可应用于工业化，可应用于生产光纤级四氯化硅。