陶崇花(浙江精功新材料技術(shù)有限公司 浙江省杭州市 310018)

由于傳統(tǒng)的石油、天然氣等非再生能源難以滿足人口和經(jīng)濟(jì)不斷增長的需求， 使得探尋可再生能源成為社會(huì)發(fā)展的重心和焦點(diǎn)。其中多晶硅作為光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的基石，成為眾多國家尋求可再生資源的重點(diǎn)之一。我國的多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展源于上世紀(jì)六十年代，并于二十世紀(jì)初，在光伏產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)和國家經(jīng)濟(jì)政策的優(yōu)惠下，多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開始進(jìn)入批量式生產(chǎn)。但多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在滿足社會(huì)發(fā)展需求的同時(shí)，也必然導(dǎo)致多晶硅生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品四氯化硅的增多。四氯化硅由于腐蝕性大、污染性強(qiáng)，因此會(huì)嚴(yán)重阻礙多晶硅的健康持續(xù)的發(fā)展。因此，本文在介紹四氯化硅概況的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析多晶硅生產(chǎn)副產(chǎn)品四氯化硅的綜合利用，以便使多晶硅得到長遠(yuǎn)地發(fā)展。

一、四氯化硅的概況

1.四氯化硅的危害

四氯化硅是一種帶有無色或淡黃色具有性氣味的液體，當(dāng)它遇熱或遇水時(shí)容易分解，并放出有毒的腐蝕性煙氣。在多晶硅生產(chǎn)的副產(chǎn)物中，每生產(chǎn)1噸多晶硅，就會(huì)產(chǎn)生10噸左右的四氯化硅。此外，如果將副產(chǎn)物四氯化硅填埋到土地里，就會(huì)使土地變得常年寸草不生?？梢?，四氯化硅不僅腐蝕性較大，而且環(huán)境污染也很嚴(yán)重。

2.多晶硅生產(chǎn)中四氯化硅成分的來源

多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，屬于極為重要的優(yōu)良半導(dǎo)體材料之一。由于它既是單晶硅生產(chǎn)的直接原材料，又能與任何其他的化學(xué)材料發(fā)生作用，因此它被譽(yù)為“微電子大廈的基石”。作為目前我國自動(dòng)控制、信息處理及人工智能等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)性材料，在生產(chǎn)發(fā)展過程中產(chǎn)生具有一定污染性的四氯化硅化合物。其具體的來源見圖1：

圖1 多晶硅生產(chǎn)中四氯化硅的來源分析

二、多晶硅生產(chǎn)副產(chǎn)物四氯化硅的綜合利用

多晶硅生產(chǎn)的副產(chǎn)物四氯化硅可以從提純?yōu)楣饫w級(jí)四氯化硅、合成氣相二氧化硅、氫化還原成三氯氫硅及合成為硅酸酯四個(gè)方面來綜合利用。下面主要是對(duì)這四種方法和技術(shù)的介紹：

1.提純?yōu)楣饫w級(jí)四氯化硅

隨著社會(huì)科技的快速發(fā)展，光纖通信由于其自身的通信容量大、抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為通信網(wǎng)絡(luò)的重心。光纖生產(chǎn)主要是以四氯化硅為主要原料，因此，光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無疑使得四氯化硅的需求得到突飛猛進(jìn)地發(fā)展。光纖原料的純度是整個(gè)光纖產(chǎn)品質(zhì)量的核心和關(guān)鍵，好的光纖原料有助于降低光纖的損耗，從而降低成本，提高市場競爭力。而四氯化硅作為光纖技術(shù)發(fā)展的核心，在發(fā)展過程中，可以有效利用極性吸附劑將四氯化硅內(nèi)含有的少量雜質(zhì)，如氯化鐵、氯化鋁等極性物質(zhì)吸附出來，從而保證了四氯化硅的純度。此外，通過粗四氯化硅提純獲取的光纖級(jí)四氯化硅主要是有氯氣和硅粉的自然反應(yīng)生成，但四氯化硅的提純度不高。而運(yùn)用吸附、絡(luò)合等方法對(duì)多晶硅生產(chǎn)中所產(chǎn)生的四氯化硅進(jìn)行提純的辦法，既能避免氯氣和硅粉的浪費(fèi)，解決了成本，又能科學(xué)合理地處理四氯化硅，使之為光纖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的做貢獻(xiàn)。

2.合成氣相水合二氧化硅

水合二氧化硅俗稱為“白炭黑”，它是一種無毒流動(dòng)性強(qiáng)的白色絮狀粉體物質(zhì)。由于它具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、電力絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在塑料、造紙、食品、化妝品、涂料等行業(yè)中可以用于對(duì)產(chǎn)品的補(bǔ)強(qiáng)、增稠、消光等。此外，水合二氧化硅作為重要的補(bǔ)強(qiáng)填料和功能添加劑，享有世界級(jí)真正的工業(yè)納米材料的榮譽(yù)。

氣相二氧化硅的合成，首先是通過在1800度的高溫氫氧焰中將其分解，具體的反應(yīng)方程為：

在1800度的高溫溶解過程中，四氯化硅通過釋放出大量的熱氣，從而自動(dòng)生成粒徑約為7納米至40納米的二氧化硅的原生粒子，再通過將原生粒子進(jìn)行冷卻和聚集后，最后得出二氧化硅的粉體。其具體的流程見圖2：

圖2 合成氣相水合二氧化硅的工藝流程

可見，利用多晶體生產(chǎn)副產(chǎn)物四氯化硅不僅有利于推動(dòng)氣相二氧化硅的生產(chǎn)發(fā)展，而且還有助于環(huán)保，使多晶硅的生產(chǎn)發(fā)展也更加節(jié)能和環(huán)保，從而有效實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用的目的。

3.氫化還原成三氯氫硅

市場的不斷發(fā)展使得三氯氫硅的需求量持續(xù)增長，因此如何將副產(chǎn)物四氯化硅轉(zhuǎn)換成三氯氫硅，從而實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)循環(huán)利用是具有十分現(xiàn)實(shí)意義。目前，我國四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅主要是在有鎳觸媒的前提條件下，合理利用氫氣還原成三氯氫硅。其化學(xué)反應(yīng)公式為：

4.合成為硅酸酯

硅酸脂作為一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品之一，常被用于高溫耐火材料及硅酸鹽陶瓷等方面。硅酸脂主要是通過將四氯化硅與低級(jí)脂肪醇混合一起，從而通過酯化反應(yīng)而得到。由于目前硅酸脂需求量不高，每年大約只需5000噸，而每噸硅酸脂只需1噸左右的四氯化硅?？梢姡穆然柙诤铣晒杷嶂倪^程中需求量十分有限。

結(jié)束語

一方面社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需要大規(guī)模的生產(chǎn)多晶硅以滿足市場的需求；而另一方面多晶硅生產(chǎn)的發(fā)展難免會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物四氯化硅。因此如何科學(xué)合理地處置四氯化硅成為多晶硅發(fā)展過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以上從四個(gè)方面提出了四氯化硅的綜合利用辦法，但現(xiàn)有的技術(shù)和條件遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的需求，因此只有在不斷吸收和引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，大力創(chuàng)新，從而尋找出解決多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅綜合利用的根本途徑和方法。

[1]唐玉泉,李光茜,董濤.簡談多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅的利用途徑[J].低溫與特氣,2010.

[2]張曉薇,顧克軍,殷恒志.四氯化硅綜合利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].上?；?2012.

[3]宋佳,曹祖賓,李會(huì)朋,姜召坤,朱元寶.多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅的利用[J].化學(xué)與黏合,2011.