JPS6217012A - 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】 〔技術分野〕 本発明はもみがら及び／又は稲わらなどのケイ酸バイオ
マスを原料とする四塩化ケイ素の製造方法に関するもの
である。

〔従来技術〕

四塩化ケイ素（ＳｉＣ１４）は、沸点が５６．８℃の物
質であり、精密蒸留技術を適用することにより、超高純
度に精製することができる物質である。

四塩化ケイ素は、トリクロロシラン０ＩＳｉＣ１３）、
シラン（ＳｉＨ４）、ケイ素金属（Ｓｉ）、シリカ（Ｓ
ｉＯｚ　）鳶 窒＋÷イ素（Ｓｉ３ｉ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の
各種のケイ素誘導体に容易に転換させることが可能であ
る極めて有用な物質であり、各種の分野において広く利
用されている。例えば、これらの誘導体のうち、トリク
ロロシランはシリコーンゴム。

シリコーングリース等の有機ケイ素の素材、Ｓｉ金属は
半導体や太陽電池素材として用いられるアモルファスケ
イ素原料、及びシリカは光フアイバー素材等として利用
されている。

電子工業分野に用いられるケイ素製品や、有機ケイ素工
業分野で用いられるシリコーンは、高純度のものである
ことが要求されるが、このような高純度のケイ素製品を
得るには、従来、次のような方法が一般的に行われてい
る。即ち、ケイ砂。

ケイ石、石英粉末等のケイ素純度の高い鉱物を原料とし
、これを還元剤としての炭素材の存在下、２０００℃以
上に加熱させた電気炉で還元して金属ケイ素となした後
、この全席ケイ素に塩化水素を反応させてトリクロロシ
ランを製造し、トリクロロシランを精留により高純度の
ものとなし、そして、この高純度トリクロロシランを原
料として各種のケイ素製品を得ている。また、電子材料
関係で用いられるようなより高純度のケイ素製品を得る
場合には、ケイ素原料として水晶が用いられる。

ところで、前記のような高純度のケイ素原料を将来にわ
たって安定的に確保することはむつかしく、従って、資
源的に安定に供給され、かつ高純度のケイ素製品を与え
る新しいケイ素資源の探索、確保及びその処理プロセス
の開発が必要となるが、現在のところ未だ有効なプロセ
スは見出されていない。

〔目　　　的〕

本発明者らは、高純度ケイ素製品の製造分野に見られる
前記のような事情に鑑み、新しいケイ素資源の探索及び
処理プロセスの開発について鋭意研究を重ねた結果、稲
、麦などのもみがらやワラ、笹の葉、トウモロコシの葉
、クキなどにはシリカ分が多量に含まれており、ケイ素
資源として極めて有効であることを見出すと共に、その
処理プロセスの開発について鋭意研究の結果、本発明を
完成するに到った。

〔構　　成〕

即ち、本発明によれば、ケイ酸バイオマスを原料とし、
これを燃焼処理ないし、炭化処理し、得られた処理生成
物を含塩素炭素化合物又は塩素と含炭素化合物の混合物
で反応処理することを特徴とする四塩化ケイ素の製造方
法が提供される。

本発明でいうケイ酸バイオマスとは、シリカ分を含む植
物（ケイ酸植物）又はその葉、茎等の部分を意味し、稲
、麦などのもみがらやワラ、笹の葉、トウモロコシの葉
や茎等が包含される。

従来のように、鉱物中のＳｉＯ２を塩素化する場合、コ
ークス、木炭などの炭素質物質を、ＳｉＯ２粉末と混合
し、純塩素ガスで塩素化処理に供するが、この場合、炭
素質物質の表面積、細孔分布などの物理特性が、塩素化
反応性に大きな影響を与える。本発明で用いるられる塩
素化処理温度は、通常、４００〜１１００℃程度であり
、塩素化剤としては、四塩化炭素やテトラクロロエチレ
ン、ホスゲン等の含塩素炭素化合物、あるいは、塩素と
、−酸化炭素、炭化水素、塩化炭素、塩化炭化水素など
の含炭素化合物との混合物が用いられ、その組合せ、種
類は特に制約されない。従って、反応系中に炭素は固体
ではなく、塩素と結合した気体状態あるいはＣ０１ＣＨ
４のような気体として供給されるために試料中のＳｉＯ
２との接触は固体炭素の場合よりは良好である。さらに
、発明者らの研究では、従来のＳｉ０２と炭素との混合
物からなる固体と純塩素ガスを接触させて、塩素化反応
を行わせる場合、塩素が直接Ｓｉ０２と反応するのでは
なく、塩素と炭素が反応し、塩化炭素を生成し、これが
ＳｉＯ２と反応することが判明した。

これらの事実より、ＳｉＯ２の塩素化反応では。

従来法であるＳｉＯ２と固体の炭素の混合物を純塩素ガ
スで反応させる方法より、炭化塩素など炭素分が塩素と
結合した気体状態の含塩素炭素化合物又は塩素と、−酸
化炭素、炭化水素などの含炭素化合物とのガス混合物を
直接ＳｉＯ２と反応させる方が効率的であることが見出
された。

塩素化に供するケイ酸バイオマスの処理方法としては、
燃焼処理及び炭化処理の二つの方法が採用できる。ケイ
酸バイオマスを燃焼処理する場合、炭素は全＜　Ｓｉ０
２中に含まれていないが、本発明では、含塩素炭素化合
物、又は塩素と含炭素化合物との混合物を塩素化剤とし
て用いるために、Ｓｉ０２の四塩化ケイ素への転化率は
、従来法のＳｉＯ２と炭素混合物に、純塩素ガスを作用
させる場合の転化率よりも高い値を示した。

ケイ酸バイオマスに対して炭化処理を施す場合。

ケイ酸バイオマスの完全燃焼を回避して熱処理を行えば
よく、その際の熱処理温度は、通常２００〜１１００℃
である。また、この場合、熱処理雰囲気としては種々の
ものが用いられるが、一般には不活性雰囲気又は還元性
雰囲気が採用され、例えば、窒素、アルゴン、水素、−
酸化炭素、スチーム、燃焼廃ガス等が単独又は混合物の
形で用いられ、また、低温度の熱処理では空気等を用い
ることができる。このような炭化処理によって、ケイ酸
バイオマス中の有機物は炭化され、ケイ素分と炭素分を
含む炭化処理生成物が得られる。この場合、炭化条件を
調節することにより、シリカ分と炭素分との混合比を調
節することができる。炭化処理生成物中に含まれるケイ
素分と炭素は、同一の生体系中の物質に由来するため、
そのケイ素分と炭素の混合性は分子次元で混ざり合って
いるものと推定でき、しかも、各々超微粒子である。従
って、前記炭化処理生成物は表面積、細孔分布などの物
理特性等において、塩素化反応性に非常に富む物質であ
るものと考えられる。これらの点より１本発明の場合、
塩素化温度、反応時間を、従来のＳｉＯｚと固体炭素の
混合物を用いる塩素化の場合よりも、著しく低く、かつ
短くすることが可能である。

本発明においては、四塩化ケイ素は、ガス状の生成物と
して得られるが、この四塩化ケイ素は、精留により容易
に高純度のものとすることができる。例えば、もみがら
を８００℃で流動燃焼した場合、得られる灰分の組成（
％）は、一般的に、ＳｉＯ２：　９６．６５、Ｃ：　０
．９６、ｐ２ｏ５：０．１２、Ｋ２Ｏ及びＮａ　２０　
：　０．８０．　Ｃａｏ　：　０．４６、ＭｎＯ：　０
．１０．　ＭｇＯ：０．０８、Ｆｅ　２０３　：　０．
１５、Ａｌ２Ｏ３：０．５９である。従って、もみがら
や稲わらを塩素化処理した場合、ケイ素分の他、リン、
鉄、及びアルミニウムが揮発性塩化物となり、その他の
ものは反応残渣中に残留する。そして、得られた揮発性
塩化物は各々沸点が異なるため、精密蒸留により、容易
に高純度の四塩化ケイ素を分離回収することができる。

〔効　　果〕

本発明で原料として用いている稲、麦のもみがら及びわ
らなどのケイ酸バイオマスは、シリカ鉱物資源であるケ
イ石、ケイ砂等とは異なり、毎年、稲作、麦作などによ
り得ることができ、しかも農業廃棄物でもあるため、そ
の原料供給には特に問題はなく、その上、本発明により
得られる四塩化ケイ素は、精密蒸留により容易に高純度
のものとすることができるので、本発明の方法は、将来
にわたって有効なケイ素製品製造技術ということができ
る。

〔実施例〕 次に１本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例 もみがらを、窒素気流中において、９００’Ｃで１時間
炭化処理を施して、炭化処理生成物を得た。このものは
、ＳｉＯ２換算で３７．５重量％のケイ素を含有した。

次に、この炭化処理生成物を、四塩化炭素気流中で、６
００〜９００℃で５〜１８０分間塩素化処理を行った。

この塩素化処理におけるケイ素分の５ｉＣ１４への転化
率を、反応温度との関連で表−１に示す。また、比較の
ために、もみがら炭化処理物の塩素化実験で、塩素化剤
として純塩素ガスを用いた結果を表−２に示した。

さらに、比較のために、市販のＳｉ０２と炭素との重量
比１：１の混合物及びＳｉＣの塩素化を純塩素ガスを用
いて行い、その結果をそれぞれ表−３及び表−４に示す
。表−１〜表−４に示した反応結果かられかるように、
本発明により、もみがらを原料として用い、その中に含
まれているケイ素分を５ｉＣ１４へ転化する方が、他の
原料を用いる場合よりも、大きな転化率を得ることがで
き、さらに、塩素化剤として純塩素ガスを用いるよりも
四塩化炭素を用いる方が大きな転化率を得ることができ
る。また１本発明によりもみがら中のシリカ分を塩素化
する場合には、反応がはやく、ｇｏｏ’ｃ及び９００°
Ｃでは、５分間径度ですでに１８０分の転化率と同程度
の転化率を得ることができる。これに対し、９００℃、
１０分間の条件では、ＳｉＯ２／炭素混合物は１重量％
及びＳｉＣは１０重量％の転化率を示したにすぎなかっ
た。

表−１ 表−２ 表−３ 表−４ 特許出願人　工業技術院長　等　々　力　　　達指定代
理人　工業技術院北海道工業開発試験所長後藤藤太部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケイ酸バイオマスを燃焼処理し、得られた灰分を
   、４００〜１１００℃で含塩素炭素化合物又は塩素と含
   炭素化合物の混合物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. （２）ケイ酸バイオマスを炭化処理した後、得られた炭
   化処理生成物を、４００〜１１００℃で含塩素炭素化合
   物又は塩素と含炭素化合物の混合物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。