Silic tetraclorua là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học SiCl4. Nó là một nguyên liệu thô quan trọng được sử dụng trong sản xuất silicon, silicon có độ tinh khiết cao và sợi quang học. Nó cũng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Silic tetraclorua được sản xuất thương mại bằng phản ứng giữa silic và khí clo ở nhiệt độ cao.
Quy trình công nghiệp:
Việc sản xuất silicon tetrachlorua bắt đầu bằng phản ứng của silicon và khí clo. Phản ứng tỏa nhiệt rất cao và nhiệt độ trên 800 °C là cần thiết để phản ứng xảy ra. Phản ứng thường được thực hiện trong lò phản ứng tầng sôi hoặc lò phản ứng lò quay. Trong lò phản ứng tầng sôi, khí silic và khí clo được đưa vào một lớp hạt silic silic tầng sôi. Các hạt silica hoạt động như một phương tiện truyền nhiệt và giúp duy trì nhiệt độ phản ứng. Phản ứng xảy ra trên bề mặt của các hạt silica và hơi silicon tetrachloride được đưa ra khỏi lò phản ứng bằng một dòng khí nitơ.
Lò phản ứng bao gồm một trống hình trụ quay quanh trục của nó. Khí silic và clo được đưa vào một đầu của trống và phản ứng xảy ra khi trống quay. Hơi silic tetraclorua được đưa ra khỏi lò phản ứng bằng dòng khí nitơ. Lò phản ứng lò quay hiệu quả hơn lò phản ứng tầng sôi vì nó có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và có thể tạo ra sản lượng silicon tetrachlorua cao hơn.
Phản ứng giữa silic và khí clo tỏa nhiệt rất cao, và nhiệt phải được loại bỏ khỏi lò phản ứng để tránh thoát nhiệt. Lò phản ứng được làm mát bằng nước hoặc bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí. Các bộ trao đổi nhiệt loại bỏ nhiệt do phản ứng tạo ra và khí được làm mát sau đó được tái chế trở lại lò phản ứng.
Phản ứng giữa silic và khí clo có tính ăn mòn cao, thiết bị sử dụng trong quá trình sản xuất phải có khả năng chống ăn mòn. Lò phản ứng, bộ trao đổi nhiệt và các thiết bị khác thường được làm bằng các vật liệu như titan.
Điều kiện phản ứng:
Phản ứng giữa silic và khí clo tỏa nhiệt rất cao và nhiệt độ trên 800 °C là cần thiết để phản ứng xảy ra. Phản ứng thường được thực hiện với sự có mặt của chất xúc tác như than hoạt tính hoặc sắt. Chất xúc tác giúp bắt đầu phản ứng và tăng hiệu suất của silicon tetrachlorua.
Phản ứng giữa silic và khí clo cũng phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ của silic với khí clo. Tỷ lệ thức ăn tối ưu thường nằm trong khoảng từ 1:3 đến 1:4,5. Nếu tỷ lệ thức ăn quá thấp, silic chưa phản ứng sẽ được đưa ra khỏi lò phản ứng và sản lượng silic tetraclorua sẽ giảm. Nếu tỷ lệ quá cao, khí clo dư thừa sẽ phản ứng với silicon tetrachloride để tạo thành trichlorosilane, đây là một sản phẩm có giá trị thấp hơn.
Các ứng dụng:
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của silicon tetrachlorua là sản xuất silicon có độ tinh khiết cao. Silicon có độ tinh khiết cao được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn và pin mặt trời. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất sợi quang, được sử dụng trong viễn thông và truyền dữ liệu. Chúng cũng được sử dụng trong sản xuất các thiết bị y tế, chẳng hạn như ống thông và cấy ghép.
