石英精馏塔在四氯化硅精馏中的应用

                石英精馏塔在四氯化硅（SiCl₄）精馏中应用

石英（主要成分SiO₂）在四氯化硅精馏中，也是其不可替代的原因，在于其的金属惰性和纯度。

1. 消除金属污染源：即使采用经过电解抛光（EP）处理的高品质不锈钢（如316L），在长期与高温、含氯的SiCl₄及其中痕量HCl接触后，仍有极微量金属离子（如Fe、Cr、Ni）溶出的风险。对于光纤预制棒等应用，任何痕量的过渡金属离子（如Fe、Cu、Cr）都会极大地增加光纤的光衰减，是绝对不允许的。石英材质从根本上杜绝了这种污染。

2. 耐腐蚀性：石英对SiCl₄、HCl以及其混合体系具有优良的化学稳定性，不发生腐蚀。

应用场景

石英精馏塔并非SiCl₄精馏的主流选择，而是用于最终端的超高纯产品精制阶段：

• 光纤级四氯化硅（用于制造二氧化硅预制棒）：这是石英塔最典型、最主要的应用领域。光纤对传输损耗要求，痕量的金属杂质是导致光信号衰减的关键因素。因此，在生产光纤核心原料——超高纯SiCl₄的最后一道精馏工序中，普遍使用石英塔。

• 半导体级硅外延沉积的特定前驱体：在少数对金属杂质控制要求超越常规电子级的特殊半导体工艺中，可能会使用石英塔精制的SiCl₄。

石英精馏塔的组成与设计特点

其系统组成与不锈钢填料塔类似，但材质和部分设计有特殊之处：

1. 塔体：

• 由高纯度透明石英玻璃制成。

• 结构通常为法兰连接的多段式，便于制造、运输和内部填料的装填。

• 法兰密封是关键技术点，通常使用高纯度氟橡胶O型圈或柔性石墨垫片，并在外围采用水冷夹套进行冷却，防止密封件因高温失效。

2. 内部构件：

• 填料：同样使用规整填料，但材质是石英。石英规整填料的制造难度和成本远高于金属填料。

• 分布器/再分布器：也由石英玻璃精心吹制而成，结构通常比金属件更简单，以确保强度和分布的均匀性。

• 塔釜：通常是一个石英玻璃的蒸发器，外部用电加热套或红外加热器进行加热。由于石英导热性不如金属，加热需要特别均匀以避免热应力破裂。

3. 辅助系统：

• 加热系统：避免明火直接加热，采用电加热套或远红外加热器，以实现均匀、可控的加热，防止石英因局部过热而破裂。

• 保温：使用柔软、轻质的保温材料（如陶瓷纤维毯）包裹塔体，避免对石英设备产生机械应力。

• 真空系统：同样需要干式真空泵，要求更高，确保系统平稳运行，避免压力剧烈波动对脆弱石英设备造成冲击。