一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化方法和系统与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化方法和系统。

背景技术：

1、泛半导体产业含氟污泥内部富含氟化钙、高活性无定形二氧化硅、可溶性氟盐等有价组分，行业内通过含氟污泥制备再生萤石并联产氟化氢的工艺已逐步落地，但现有生产体系仍存在显著技术短板。含氟污泥中含有的大量无定形态二氧化硅反应活性高，在硫酸法反应体系初期即可快速反应，产生sif4气体，最终形成hf与sif4共存的混合反应炉气。

2、现有工艺多采用单一浓硫酸整体吸收、统一水解固化的处理模式，依靠浓硫酸化学络合吸收实现氟硅分离，但存在杂质引入量大、设备腐蚀严重、系统能耗高的固有缺陷。混存的sif4极易在含水体系中水解生成氟硅酸与二氧化硅沉淀，极易造成管道堵塞、塔器结垢，不仅大幅降低氟资源回收率，且硅化物杂质难以通过常规精馏彻底脱除。

3、因此，亟需研发一种针对含有hf与sif4的富硅炉气资源化利用的方法，以提高含氟资源利用效率并满足高纯氟化工产品生产需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化方法，能够提高含氟资源利用效率并满足高纯氟化工产品生产需求。

2、本发明提供一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化系统，能够提高含氟资源利用效率并满足高纯氟化工产品生产需求。

3、第一方面，本发明提供一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化方法，包括：

4、步骤1）：对含有hf和sif4的富硅炉气进行冷凝处理，得到液态粗hf产品和氟硅混合气体；

5、步骤2）：对所述氟硅混合气体进行氨化处理，得到氟盐混合固体和sif4气体；

6、步骤3）：对所述氟盐混合固体进行第一结晶分离处理，得到六氟硅酸铵产品和氟化铵母液，对所述氟化铵母液进行第二结晶分离处理，得到氟化铵产品。

7、在一个可能的实施例中，还包括对所述富硅炉气进行冷却除尘处理后，再进行所述冷凝处理；

8、所述冷却除尘处理包括：使用旋流沉降处理使所述富硅炉气中固体颗粒粒径降低至5μm以下，然后使用45-55℃的换热介质使所述富硅炉气的温度为55-70℃，最后进行除雾处理，使所述富硅炉气中夹带的液滴质量浓度≤100 mg/m3；所述冷却除尘处理中的压力低于大气压100-200 pa。

9、在一个可能的实施例中，以体积分数计，所述富硅炉气含有82%-94% hf，6%-18%sif4，所述氟硅混合气体中含有60%-80% sif4；

10、所述冷凝处理包括至少两级冷凝处理，冷凝介质的温度依次为10～-5℃以及-10～-25℃，得到所述氟硅混合气体温度为-5～5℃。

11、在一个可能的实施例中，所述氨化处理依次包括第一氨化阶段和第二氨化阶段，且温度为60-90℃，水含量低于500 ppm；

12、第一氨化阶段中，使用第一混合氨气与所述氟硅混合气体混合，使部分hf转化为氟化铵，

13、第二氨化阶段中，使用第二混合氨气与所述氟硅混合气体混合，并与氟化铵晶种发生流化结晶反应，使20%-50%的sif4转化为六氟硅酸铵，气体停留时间为20-60s；

14、所述氟盐混合固体包括氟化铵和六氟硅酸铵；

15、所述氟化铵晶种的粒径为50-100μm，所述六氟硅酸铵的晶粒粒径≥300μm；

16、以体积分数计，所述第一混合氨气包括5%-15%的氨气，其余为氮气，且氨气与hf的摩尔比为0.90-1.0；

17、所述第二混合氨气包括15%-25%的氨气，其余为氮气，且氨气与sif4的摩尔比为0.3-0.7。

18、在一个可能的实施例中，所述第一结晶分离处理包括：将所述氟盐混合固体与氟化铵循环母液在50-70℃、1-3h下进行混合加热处理，得到混合母液；

19、使所述混合母液温度由50-70℃逐渐降低至0-10℃，保温养晶2-4 h，再固液分离得到所述六氟硅酸铵产品和所述氟化铵母液；

20、所述氟盐混合固体与所述氟化铵循环母液质量比为1：（5-10），所述氟化铵循环母液中氟化铵质量分数为25%-35%，其余为水；

21、所述第二结晶分离处理包括：对所述氟化铵母液在压力为-0.06～-0.09 mpa，温度为40-60℃下进行负压蒸发处理得到氟化铵质量分数45~55%的浓缩液；

22、使所述浓缩液冷却至10-20℃，保温养晶2-6 h，再固液分离得到所述氟化铵产品和所述氟化铵循环母液。

23、在一个可能的实施例中，还包括对所述液态粗hf产品进行精馏处理，得到高纯hf产品；对所述sif4气体进行氮化处理，得到氮化硅产品。

24、第二方面，本发明提供一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化系统，用于实现本发明第一方面任一项所述方法，包括冷凝装置、氨化装置、第一结晶分离装置以及第二结晶分离装置；

25、所述冷凝装置设有富硅炉气入口、液态粗hf产品出口和氟硅混合气体出口；

26、所述氨化装置设有氟硅混合气体入口、氟盐混合固体出口和sif4气体出口；

27、所述第一结晶分离装置设有氟盐混合固体入口、氟化铵循环母液入口、六氟硅酸铵产品出口和氟化铵母液出口；

28、所述第二结晶分离装置设有氟化铵母液入口、氟化铵产品出口、氟化铵循环母液出口；

29、其中，所述氟硅混合气体出口与所述氟硅混合气体入口连通，所述氟盐混合固体出口与所述氟盐混合固体入口连通，所述氟化铵母液出口与所述氟化铵母液入口连通，所述氟化铵循环母液入口与所述氟化铵循环母液出口连通。

30、在一个可能的实施例中，还包括冷却除尘装置，所述冷却除尘装置包括依次连通的旋流沉降区、换热冷却段和除雾层；

31、所述旋流沉降区设有原始富硅炉气接入口和初级净化炉气导出口，所述初级净化炉气导出口与所述换热冷却段连通；

32、所述换热冷却段位于所述旋流沉降区的上方，所述换热冷却段的外周设有冷却介质夹套；

33、所述除雾层设置于所述换热冷却段的上方，所述除雾层的下端与所述换热冷却段连通，上端设有净化炉气输送口，所述净化炉气输送口与所述冷凝装置的富硅炉气入口连通。

34、在一个可能的实施例中，所述氨化装置为竖向设置的氨化塔，所述氨化塔内沿竖直方向由下至上依次设有第一氨化反应区和第二氨化反应区；

35、所述第一氨化反应区设有第一氨气喷射组件，所述第二氨化反应区设有第二氨气喷射组件和晶种流化床；

36、所述氨化塔的下部设有与所述第一氨化反应区连通的所述氟硅混合气体入口，所述氨化塔的顶部设有所述sif4气体出口，所述氨化塔的底部设有所述氟盐混合固体出口，所述第二氨化反应区与所述氟盐混合固体出口之间形成颗粒沉降通道。

37、在一个可能的实施例中，所述第一结晶分离装置包括互相连通的溶解结晶设备和第一固液分离设备，所述溶解结晶设备设有所述氟盐混合固体入口、所述氟化铵循环母液入口，所述第一固液分离设备设有所述氟化铵母液出口和所述六氟硅酸铵产品出口；

38、所述第二结晶分离装置包括互相连通的负压结晶设备和第二固液分离设备，所述负压结晶设备设有所述氟化铵母液入口，所述第二固液分离设备设有所述氟化铵产品出口、所述氟化铵循环母液出口。

39、在一个可能的实施例中，还包括与所述冷凝装置的所述液态粗hf产品出口连接的hf精馏装置，以及与所述氨化装置的所述sif4气体出口连接的氮化处理装置，所述hf精馏装置设有高纯hf产品排出口，所述氮化处理装置设有氮化硅产品排出口。

40、本发明提供一种氟化氢生产富硅炉气分级分离及资源化方法和系统。首先利用hf与sif4在冷凝行为上的差异，使大部分hf优先冷凝形成液态粗hf产品，并降低后续气相处理负荷；随后对未冷凝的氟硅混合气体进行氨化处理，使残余hf转化为氟化铵，并使部分sif4进一步转化为六氟硅酸铵，实现不同氟组分的固化分离。进一步通过两级结晶分离，利用氟化铵与六氟硅酸铵溶解度差异实现产品分离和母液循环，使氟资源分别以hf、六氟硅酸铵和氟化铵等形式回收，同时使剩余sif4气体能够进一步用于含硅产品制备。整体通过对含有hf和sif4的富硅炉气进行分级资源化处理，实现氟组分与含硅组分的定向分离及梯级利用，为后续高纯氟化工产品的生产提供稳定的原料来源。