JPH01249621A - 四塩化ケイ素の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、籾殼及び稲わらなどの珪素集積バイオマスの
燃焼灰を原料とする凹地化珪素の製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術と発明が解決すべき課題〕凹地化珪素は、
種々の有機珪素化合物の合成原料としτ使用される他に
、また微細シリカ、高純度合成石英、窒化珪素、炭化珪
素などの合成原料として使用される。四項化珪素の既存
の製造法には、次の６つがある。

（１）金属珪素化合物”１４化水素によす塩素化し、ト
リクロルシラン全製造する工程で、副生物として四塩化
ケイ素全生成する方法。（２）フェロシリコン、炭化珪
素等と地素と反応させる方法。（３）珪石等の珪酸質原
料と炭素との混合物を塩素と反応させる方法。

（１）の方法では、トリクロルシランの製造工程におけ
る副生物として得られるために、四項化珪素は、トリク
ロルシランの需按量に左右される。さらに、原料である
金属珪素全製造するためには、多量の電力が必要であυ
、原料価格が高いものとなる。（２）の方法では、フェ
ロシリコン、炭化珪素製造に多量の電力會必費とするた
め、原料価格が高い。（３）の方法では原料価格は低い
が、珪石と炭素の混合物と塩素との反応性が低く、この
ために原料全ペレット化したり、高価な反応促進剤を添
加したシする必要があシ、コストが高くなる。

以上のように、従来の各々の技術には、難点があシ、満
足すべきものではなかった。

これらの難点全解決する方法として、珪素集積バイオマ
スの炭化物を４００〜１１００℃で塩素と反応させるこ
とが、特開昭５８−５５３３０号公報に提案されている
。この方法は、比較的低い泥炭で四環化珪素全製造でき
るが、反応速度が十分満足のいく速度ではなく、かつ長
時間の連続運転では反応残渣が蓄積する等の問題があシ
、十分満足のいく方法ではない。

本発明渚らは、四環化珪素全製造するための従来技術の
うち、原料価格が安い、珪石等の珪酸質原料と炭素との
混合物を塩素と反応させる方法において、さらに詳しく
は、珪酸質原料として珪素集積バイオマス全もちいる方
法において、従来法の課題を解消し、反応速度が大きく
かつ長時間の連続運転が可能な工業的に有利なプロセス
を開発することを目的として槓々仙究を行なった。

〔課題？解決するための手段〕

その結果、珪素集積バイオマス會燃焼炉等で燃焼処理し
た後に得られる灰には、燃焼条件によシ炭素分が含まれ
、炭素含有量が２０〜４０重量ノく一セントの燃焼灰を
塩素と反応させることによシ好収率で長時間連続運転が
可能な四項化珪素の製造方法全見出し、本発明全完成さ
せるに到った。

即ち、本発明は炭素含有量が２０〜４０重食パーセント
である珪素集積バイオマスの燃焼灰を１１００〜１５０
０℃の高温下、塩素と反応させることを％徴とする四項
化珪素の製造方法である。

従来の様に、珪酸質原料中の二酸化珪素と、コークス、
木炭などの炭素質物質を混合し、塩素ガスで塩素化し、
円墳化珪素ｋｍ造する場合、工業的に十分な反応速度を
もたせるために、珪酸質原料と炭素質物質を粉砕し、混
合し、炭化珪素等の高価彦反応促進剤全添加したシする
必要があった。

本発明渚らは、従来用いられ工いる、珪酸質原料及び炭
素質物質のかわ）に、炭素含有量が２０〜４０重食パー
セントである珪素集積バイオマスの燃焼灰を用いた結果
、原料全粉砕し混合し、た９、高価な反応促進剤を添加
したシすることなしに、工業的に十分な反応速度で四項
化珪素全製造出来ることを見出した。

また、従来の珪素集積バイオマスの炭化物を塩素と反応
させる方法においては、長時間の連続運転では反応残渣
が蓄積する等の問題があ夛、反応残渣を反応器から積極
的に抜き出す必要があった。

珪素集積バイオマスの炭化物のかわ夛に、炭素含有量が
２０〜４０重食パーセントである珪素集積バイオマスの
燃焼灰を用いた結果、長時間の連続運転の後でも反応残
渣の蓄積も見られず安定し１運転できることを見出した
。

本発明でいう理系集積バイオマスとは、シリカ分を含む
植物（珪素集積植物ン、又はその葉、茎等の部分を意味
し、稲、麦等の籾殼やわら、笹の葉、トウモロコシ、と
くさの葉や茎などが包含される。このうち、籾殼が珪酸
含量が高く好ましい。

本発明で用いる珪素集積バイオマスの燃焼灰の炭素含有
量は２０〜４０重食パーセントである。

さらに好ましくは、２５〜６５重食パーセントである。

炭素含有量が２０重量パーセント未満では、未反応残渣
として二酸化珪素が多量に生成し連続的に四端化珪素を
製造する場合にそれが蓄積し支障を招く。逆に炭素含有
１が４０重量パーセントを越える燃焼灰では、未反応残
渣として炭素が多量に生成し連続的に四項化珪素を製造
する場合に支障をきたす。

本発明で用いる炭素含有量２０〜４０重食パーセントで
ある珪素集積バイオマスの燃焼灰は、珪素集積バイオマ
スを４００〜１２００℃の範囲で、燃焼炉等に導入する
空気ｌ及び珪素集積バイオマス量を調製して燃焼するこ
とによシ得られる。

燃焼炉倣式は、流動床、火格子、浮遊旋回など何れでも
良いが、燃焼条件をコントロールしやすい流動床が好ま
しい。

炭素含有量２０〜４０重１パーセントである珪素集積バ
イオマスの燃焼灰と環系との反応の温度は、１１００〜
１５０口０Ｃである。１１００℃未満の反応湿度では反
応速度が十分には速くなく燃焼灰が十分には反応せず、
未反応残渣が生成し連続的に四項化珪素全製造する場合
支障をきたす。

１５０口０Ｃをこえる温度ではそれに伴う塩素化反応速
度の増大効果がそれほど大きくなく、熱的に不経済であ
る。

反応型式は固定床（移動床）、流動床等何れの方式でも
適用出来る。

固定床（移動床）で反応を行なう場合、該燃焼灰全その
ままの形状で用いるか、造粒し用いることが出来る。造
粒物は通常の方法、例えばパン型造粒機、ディスクペレ
タイデー、ブリケラティングマシン等を用いる方法によ
シ調整される。・・ンドリンク及びガス空塔速度を上げ
られる点から、造粒物を用いることが好ましい。造粒物
のサイズは１〜５０語程度の大きさが好′ましい。造粒
時に用いるバインダーは通常のもの例えば糖蜜、澱粉、
タール、ピッチ、水硝子等が用いられる。

流動床で反応を行なう場合、該燃焼灰はそのままの形状
で用いるか、粉砕して用いることが出来る。粉砕して用
いる場合、粒径としては、平均粒径として３０〜１０ロ
Ｏμｍにすることが好ましい。３０μｍ未満ではガス空
塔速度全実質的に十分な速度まで上げることが出来なく
なシ好ましくない。

〔実施例〕

次に本発明全実施例によυさらに詳しく説明する。

実施例１ 籾殼を流動床燃焼炉にて３００〜７００℃で燃焼し、炭
素含有焉２８重量パーセント、平均粒径３００μｍの籾
殼燃焼灰を得た。この籾殼燃焼灰全７５ｇ、容積３００
ｍ１の黒鉛製反応器に充填し、下部よシ烙素を毎分１３
０ｍ１供給しながら、１３００℃で反応させた。反応生
成ガスを１５分置きにガスクロマトグラフにて分析、未
反応塩素が１容量パ一セント以上検出された時点で壌素
導入を止め反応全終了した。反応生成ガスは−３０００
のコンデンサーに導き、生成した四端化珪素を捕集した
。

壌素導入晴間は２１０分であシ、コンデンサーにて捕集
した四端化珪素は１１８．５．９でおった。

また反応終了後の反応器内に残った残渣は１１．４ｙで
あった。

実施例２，６ 成力温度全１１５０℃および１４５０℃に変えて実施例
１と同様に増素化反応を行なった。結果を下表に示す。

表 実施例４ 実施例１で製造した炭素含有量２８重量パーセントの籾
殼燃焼灰を振動ボールミルにて粉砕して平均粒径６μｍ
の粉會得た。この粉に水を混ぜディスクペレタイデーに
て径１０ｍのペレット’を製造した。窒素雰囲気下で５
ｏｏ′ｃｉ時間乾燥したこのペレットを７５ｇ１容積３
　Ｄ　Ｏａｔの黒鉛製反応器に充填し、下部より壌素を
毎分３２０ゴ供給しながら、１３００℃で反応させた。

反応生成ガス’（ｉ−１５分置きにガスクロマトグラフ
にて分析、未反応環系が１容量パ一セント以上検出され
た時点で壌素導入を止め反応を終了した。反応生成ガス
は一３０℃のコンデンサーに導き、四環化珪素を捕集し
た。

壌素導入時間は１２０分であり、コンデンサーにて捕集
した四項化珪素は１２７．ＯＦであった。

また反応終了後の反応器内に残った残渣は７．２ｇであ
った。

比較例１ 籾殼を窒素雰囲気−［８００℃にて２時間炭化した。得
られた籾殼炭化物の炭素含有量は５６亜量パーセント、
嵩比重肌０６であった。容積３００４の黒鉛製反応器に
得られた籾殼炭化物１６ｊ！を充填し、反応温度１０５
００Ｃにて実施例１と同様に坦素化反応を行なった。

環系導入開始２０分後の反応ガスの分析時に未反応塩素
は１＠量パーセント全越えてお９、反応を終了した。

比較例２ 比較例１で得られた籾殼炭化物を粉砕し、嵩比重０．２
５の籾殼炭化物粉を得た。得られた籾殼炭化物粉を７５
ｇ容積３０ＯＮｌの黒鉛製反応器に充填し、反応温度１
０５０’Ｏにて実施例１と同様に塩素化反応を行なった
。

塩素導入時間は１０５分であ多、コンデンサーにて捕集
した四項化珪素は５７．５　Ｆであった。また反応終了
後の反応器内に残った残渣は４５．２Ｆであった。

比較例６ 平均粒径３０μｍの鯖波珪石１０Ｏ重量部と平均粒径５
０　ｌ１ｍのコークス４０重量部の混合物全７５夕、容
積３００ｍ／！の黒鉛製反応器に充填し、反応温度１５
００℃にて実施例１と同様に塩素化反応を行なった。

塩素導入開始２０分後の反応ガスの分析時に未反応環系
は１容量パーセン）ｋ越えてお９、反応會終了した。

〔発明の効果〕

従来法である珪酸質原料に炭素質物質上混合し塩素化す
る方法では、高価な反応促進剤の添加が必按であった。

また、珪素集積バイオマスの炭化物を４０［］〜１１０
０℃で塩素化する方法においては、長時間の連続運転で
は反応残渣が蓄積する等の問題があったが、本発明の方
法によれば高価な反応促進剤の添加の磨製がなく、また
反応残渣の蓄積もほとんどなく、容易に四環化珪素を製
造出来る。

また、珪素集積バイオマスである籾殼、稲わらなどは廃
棄物であシこれらを有効にオＵ用できるため、四項化珪
素を経済的に製造することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）炭素含有量が２０〜４０重量パーセントである珪
   素集積バイオマスの燃焼灰を１１００〜１５００℃の高
   温下、塩素と反応させることを特徴とする四塩化ケイ素
   の製造方法（２）燃焼灰が造粒物である、特許請求の範
   囲第（１）項記載の四塩化ケイ素の製造方法（３）燃焼
   灰が平均粒径３０〜１０００μｍである、特許請求の範
   囲第（１）項記載の四塩化ケイ素の製造方法 （４）珪素集積バイオマスが籾殼である、特許請求の範
   囲第（１）〜（３）項のいずれかに記載の四塩化ケイ素
   の製造方法 （５）燃焼灰が籾殼を流動床燃焼炉で炭素含有量が２５
   〜３５重量パーセントに燃焼調製されたものである、特
   許請求の範囲第（１）〜（３）項のいずれかに記載の四
   塩化ケイ素の製造方法