(57)【要約】【課題】有機クロロシランの製造によって生成した残留物及びクロロシランの製造によって生成した残留物から不純物を取除く、簡単で低コストの方法を提供する。【解決手段】本発明は、有機クロロシラン及びクロロシランを製造する方法による元素珪素含有残留物から不純物を取除く方法に関する。残留物は磁気分離されて珪素含有量の多い相対的に純粋な非磁性画分と非磁性画分より珪素含有量の少ない相対的に不純な磁性画分とを得るようにされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機クロロシラン及びクロロシランを製造する方法による元素珪素含有残留物から不純物を取除く方法において、残留物を磁気分離して珪素含有量の多い相対的に純粋な非磁性画分と非磁性画分より珪素含有量の少ない相対的に不純な磁性画分とを得ることを特徴とする珪素含有残留物から不純物を取除く方法。
【請求項２】
高強度、高勾配磁気分離装置を用いて磁気分離を行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
磁気分離が、ヘッドプーリーに磁石を備えた可動ベルトコンベアを用いて行なわれることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
磁気分離が、非酸化雰囲気中で行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
磁気分離が、不活性雰囲気中で行なわれることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
非磁性画分が、有機クロロシランを生成するために反応装置へ再循環されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
非磁性画分が、クロロシランを生成するために反応装置へ再循環されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機クロロシラン及びクロロシランの製造において得られる残留珪素粉末から不純物を取除く方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機クロロシランを製造する商業的な方法は周知であり、米国特許第２，３８０，９９５号明細書に開示されている。この米国特許には、塩化メチルのような有機ハロゲン化物を珪素粒子と直接反応させて有機クロロシランを製造することが開示されている。珪素粒子には銅触媒が混合されて接触塊とも呼ばれる反応塊を形成する。この反応は通常流動床型反応装置で行われる。珪素粒子の一部は、生成された有機クロロシランガスによって反応装置から出され、そしてサイクロン又はろ過装置で回収される。サイクロン又はろ過装置で回収した残留物は、銅、鉄、塩化物などの配合物で汚染された高含有量の未反応元素珪素を含んでいる。
【０００３】
さらに、反応装置は時々停止させて、使用した反応塊を除去し、そして新しい反応塊を加えなければならない。使用した反応塊にはなおかなりの量の元素珪素が含まれているが、多数の元素、特に銅、炭素、カルシウム、鉄、アルミニウム及び塩素の配合物と共にスラグからの酸化物及びカーバイド粒子で汚染されている。これらの汚染物は処理中に反応装置に蓄積し、ある一定の期間の経過後、使用した反応塊は残留物として反応装置から取除く必要がある。この使用した反応塊すなわち残留物は従来技術では堆積され又は、他のプロセスに使用するため処理及び改善されている。
【０００４】
トリクロロシラン（ＴＣＳ）を生産する商業的な方法も周知であり、流動床型反応装置又は攪拌床型反応装置において実施される。この方法は一般的には２５０℃〜５５０℃の範囲の温度で実施される。また、この方法においては、相当な量の元素珪素を含んだ残留物が得られるが、かかる残留物は鉄―アルミニウム―及びカルシウム配合物と共にスラグからの酸化物及びカーバイド粒子で汚染されている。従って、この残留物は反応装置へ再循環できない。さらに、ＴＣＳプロセスでは、珪素粒子中の硼素の幾分かが残留物に蓄積し、またＴＣＳの主な使用は、硼素の含有量が極めて低いことを必要とする電子グレードの珪素を製造することにあるので、このような残留物を再循環すると、ＴＣＳは硼素含有量の高過ぎるものとなる。
【０００５】
ＴＣＳはまた流動床型反応装置において珪素粒子を珪素テトラ塩化物及び水素と約５００℃で反応させて製造され得る。またこの方法では珪素含有残留物が作られる。
【０００６】
ＴＣＳと共に珪素テトラ塩化物は、珪素塊がＨＣＩガスと反応する約１０００℃で所謂固体床型反応装置において生成される。この方法では同様な化学組成をもつが粒子サイズの比較的大きい残留物が生成される。
【０００７】
有機ハロシランを製造するための直接反応によって接触塊から不純物を取除く方法は米国特許第４，３０７，２４２号明細書から公知である。米国特許第４，３０７，２４２号明細書に記載された方法によれば、使用した接触塊の粒子サイズ分布を分析し、分析した接触塊を比較的純粋な画分と比較的不純な画分とに区分けしている。比較的純粋な画分は粗画分であり、比較的不純な画分は微細画分である。粗画分は有機ハロシラン反応装置に再循環される。使用した接触塊の粒子サイズが非常に小さい、約５μｍから約５００μｍであるため、区分けプロセスは難しく、ろ過装置のような付加的な装置が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、有機クロロシランの製造によって生成した残留物及びクロロシランの製造によって生成した残留物から不純物を取除く、簡単で低コストの方法を提供することにあり、残留物は相対的に純粋な画分と相対的に不純な画分とに分離され、相対的に純粋な画分は有機クロロシラン反応装置又はクロロシラン反応装置に再循環され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明は、有機クロロシラン及びクロロシランを製造する方法による元素珪素含有残留物から不純物を取除く方法であって、残留物を磁気分離して珪素含有量の多い相対的に純粋な非磁性画分と非磁性画分より珪素含有量の少ない相対的に不純な磁性画分とを得ることを特徴としている。
【００１０】
磁気分離は高強度、高勾配磁気分離装置を用いて行われる。必要な分離を得るのに要する磁場の強さは、残留物の源及び粒子サイズにより変化する。約１００００ガウスの磁場の強さを用いることにより良好な結果が得られ、また卓越した結果は１７０００ガウスの磁場の強さを用いることにより得られた。しかし、１００００ガウス以下の磁場の強さを用いて満足な結果を得ることができる。従って、ある特定の残留物に対する必要な磁場の強さは各特定の残留物に毎に決められなければならない。
【００１１】
最良の結果は、ヘッドプーリーに磁石を備えた短いベルトコンベアを用いることにより得られる。粒状残留物は、フィーダーホッパー及び振動フィーダーを介して可動コンベアベルトに供給される。材料が磁石上を運ばれる際に、強磁性及び常磁性の粒子はコンベアベルトに付着し、一方非磁性粒子はコンベアの端部から自由落下する。
【００１２】
珪素含有量の高い非磁性画分は好ましくは、有機クロロシラン反応装置又はクロロシラン反応装置に再循環される。残留物は極めて吸湿性であるので、残留物の及び生成した非磁性画分の湿気及び酸化を避ける雰囲気中で磁気分離を行うのが好ましい。これは好ましくは、不活性雰囲気のもとで磁気分離を行うことによってなされる。
【００１３】
驚くべきことには、珪素含有残留物が実質的に非磁性であると信じられているとしても、残留物中の珪素粒子から不純物を取除くのに磁気分離を使用できることが分かった。従って、１７．８重量％の元素珪素を含有したＴＣＳを製造するために使用した接触塊の場合、４０．９重量％の元素珪素を含む非磁性画分及びほんの８．６重量％の元素珪素を含んだ磁性画分が得られることが分かった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に記載する例は図１に示す磁気分離装置を用いて実施した。
【００１５】
図１には、コンベアベルト１を備えた磁気分離装置が示され、コンベアベルト１は二つのプーリー２、３上を走行する。プーリー３は永久磁石であり、プーリー２は通常のコンベアプーリーである。コンベアベルトの下側には、材料を磁性画分と非磁性画分とに分画するスプリッターブレード４が設けられている。二つの画分はホッパー５、６に回収される。処理すべき材料はコンベアベルト１の上方のホッパー７に入れられ、そしてホッパー７からコンベアベルト１へ材料を供給する振動フィーダー８又は同等物が設けられている。
【００１６】
以下の例で使用した特殊な磁気分離装置は、米国コロラド州に在るOre  Sorters  （北アメリカ）Inc．，から販売されたPERMROLL（登録商標）Laboratory  Separatorである。コンベアベルトの厚さは０．２５ｍｍであり、約１７０００ガウスの磁場の強さをもたらす。
【実施例１】
【００１７】
表１に示す化学分析をもつＴＣＳ反応装置からの２９７ｇの反応残留物を図１に関して上記で説明した磁気分離装置で処理した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
１５８ｇの非磁性画分と１３９ｇの磁性画分が得られた。非磁性画分と磁性画分の化学組成を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表１の分析を表２の二つの画分の分析と比較することにより分かるように、非磁性画分における元素珪素の量は未処理反応残留物と比較して実質的に増大している。また磁性画分における元素珪素の量は低いことも分かる。さらに、非磁性画分における鉄含有量は非常に低く、未処理反応残留物のほとんどは磁気画分に分離されることが分かる。また、アルミニウムの量及び多数の微量元素が低減していることが分かる。未処理反応残留物中の塩素含有量に比較して非磁性画分における塩素含有量の低減は、鉄、アルミニウム、カルシウム及び微量元素のほとんどが塩化物として反応残留物中に存在しているためである。
【００２２】
さらに、非磁性画分における硼素は少なく、硼素のほとんどしての燐及び反応残留物に含まれた燐は磁気画分に見出されることが分かる。
【００２３】
こうして得られた非磁性画分は、ＴＣＳ反応装置に再循環できるような組成をもち、従って反応装置における珪素の収率を高めることができる。
【実施例２】
【００２４】
表３に示す化学分析をもつ直接反応による有機クロロシランの製造用の反応装置からの８４４ｇの反応残留物を図１に関して上記で説明した磁気分離装置で処理した。表３から分かるように、元素珪素の含有量が非常に高いので、反応残留物はほとんど反応していなかった。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
７７２ｇの非磁性画分と７２．２ｇの磁性画分が得られた。非磁性画分と磁性画分の化学組成を表４に示す。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
表３の反応残留物の分析を表４の磁性及び非磁性画分の化学分析と比較することにより分かるように、反応残留物中の鉄のほとんど及びアルミニウムの主要部分は磁性画分に移っている。非磁性画分における鉄及びアルミニウムの含有量は、有機クロロイラン反応装置に使用した最初の珪素粒子において予期したレベルと同じレベルにある。また、微量元素のほとんどの含有量は磁性画分より非磁性画分の方が非常に低い。従って、非磁性画分は有機クロロシラン反応装置に再循環するために極めて適した珪素源となる組成をもつている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の方法で使用できる磁気分離装置を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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