多晶硅和石英玻璃聯(lián)合制備法的優(yōu)點(diǎn)

多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法的熱能是被充分利用的，其生產(chǎn)過程沒有反復(fù)升降溫的現(xiàn)象，因此可以節(jié)能，而且節(jié)能的數(shù)字是相當(dāng)可觀的。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅，還原料從鼓泡器里出來后被送進(jìn)還原爐。在爐內(nèi)還原料被加熱到1150～1250℃，發(fā)生了氫還原反應(yīng)，生成多晶硅。采用這種生產(chǎn)法，進(jìn)入還原爐的還原料只有少數(shù)(一般認(rèn)為10％～20％)參加反應(yīng)，生成了多晶硅，絕大多數(shù)被當(dāng)作尾氣排放了。最初，這些尾氣被當(dāng)成廢氣放掉，造成極大的浪費(fèi)。為避免浪費(fèi)，人們把尾氣中的氫氣和四氯化硅回收，經(jīng)凈化提純后再利用。這樣一來，出來的高溫料，進(jìn)入由冷凍分離器和氫氣回收組成的回收系統(tǒng)回收。在回收系統(tǒng)里，還原料被冷凍降溫至四氯化硅的沸點(diǎn)(57．6。C)之下，一般認(rèn)為應(yīng)在40～38℃為好。如按還原料在還原爐里的低限溫度1150℃，
　　
　　降溫后的上限溫度40。C計(jì)算，也要降溫1100℃。問題是，回收后4()℃的常溫還原料要重新被送入鼓泡器里，然后通進(jìn)還原爐，再次被加熱到11501250。C的高溫。
　　
　　從上述工藝中可以看出，進(jìn)入還原爐被加熱的大部分還原料(占進(jìn)爐料9()％)沒有被利用就被送出降溫，而且降溫后又被重新送入還原爐成為參加新一輪反應(yīng)的還原料。很明顯，這是一種浪費(fèi)，沒有參加反應(yīng)的還原料按理說應(yīng)該不加熱?？蓡栴}是，在還原爐里，沒有參加反應(yīng)的還原料與參加反應(yīng)的還原料是混在一起的，根本無法分開，如果沒有參加反應(yīng)的還原料不加熱，那么，參加反應(yīng)的還原料也無法加熱。我們知道，參加反應(yīng)的還原料溫度低是無法進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的，也就無法生產(chǎn)出多晶硅。所以，如果采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅的話，上述浪費(fèi)是不可避免的。
　　
　　如果采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法，由還原爐里出來沒有參加反應(yīng)的還原料不進(jìn)入回收系統(tǒng)，而被當(dāng)成生產(chǎn)石英玻璃的原料直接進(jìn)入制砣機(jī)，因此不用降溫。也就是說，采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)多晶硅是可以避免上述浪費(fèi)的，可以節(jié)約80％～90％的能源。這只是生產(chǎn)多晶硅，采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法來生產(chǎn)石英玻璃也一樣具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)石英玻璃，也需要將送進(jìn)制砣機(jī)的合成料加熱，而且升溫的幅度要更大。一般認(rèn)為，制砣機(jī)的反應(yīng)區(qū)里要達(dá)到1400～1600℃的高溫，而要達(dá)到如此高溫需要消耗大量的能源。傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)石英玻璃是靠氫氧燃燒來獲取高溫的。我們知道，在單項(xiàng)生產(chǎn)的合成料里已經(jīng)含有氫氣了，可為了達(dá)到此高溫，還得另外向制砣機(jī)的反應(yīng)區(qū)里通人燃料氫氣和助燃的氧氣，而且燃料氫氣的量要大于合成料所含的氫氣。
　　
　　如果采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法，由還原爐里出來沒有參加反應(yīng)的還原料被當(dāng)成合成料直接進(jìn)入制砣機(jī)。該料溫度已經(jīng)很高，在1150～1250℃左右。這樣的料通入制砣機(jī)就不用再另外向制砣機(jī)的反應(yīng)區(qū)通人燃料氫氣，因?yàn)樵摿纤臍錃馊紵a(chǎn)生的熱量已經(jīng)完全可以滿足化學(xué)反應(yīng)的需要了。由此可以看出，
　　
　　采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法來生產(chǎn)石英玻璃可以節(jié)省50％～6()％的氫氣，可見這些數(shù)字是相當(dāng)可觀的。
　　
　　2.環(huán)境保護(hù)
　　
　　多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)是連續(xù)的，設(shè)備是串聯(lián)的，是將上一個(gè)產(chǎn)品的尾氣或尾液作為下一個(gè)產(chǎn)品的原料，使本應(yīng)作為廢氣排出的尾氣得到了綜合利用。因此，它不僅可以減少廢氣的排放量，而且還可以減輕對環(huán)境的污染。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅，要放出尾氣，即使有了由冷凍分離器和氫氣回收組成的回收系統(tǒng)，也還是要排放出尾氣，只不過，尾氣的數(shù)量少得多。上述尾氣是由沒有參加反應(yīng)的還原料與參加反應(yīng)后產(chǎn)生的廢氣共同組成。沒有參加反應(yīng)的還原料主要是由氫氣和四氯化硅組成；參加反應(yīng)后產(chǎn)生的廢氣主要是氯化氫。氫氣的排放不會對環(huán)境造成污染，可四氯化硅和氯化氫就不同了，它們都是有毒物質(zhì)，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，是不可以直接排放到大氣中的。四氯化硅是有強(qiáng)烈刺激性的物質(zhì)，可以使人窒息。據(jù)說，在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)德國人曾經(jīng)想把四氯化硅當(dāng)作化學(xué)武器來使用，由此可以想像到它的危害有多大了。氯化氫氣體的毒性也是相當(dāng)大的，它遇水會變成三大強(qiáng)酸之一的鹽酸，對人體、建筑物、設(shè)備、環(huán)境都有極大的危害。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)石英玻璃，也要排放出尾氣。該尾氣中也同樣含有有毒的氯化氫，因此也同樣會對環(huán)境造成危害。
　　
　　如果采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法來生產(chǎn)多晶硅和石英玻璃，尾氣問題就會解決了。多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)多晶硅的還原爐放出尾氣沒有直接放空，而是被直接送入制砣機(jī)里來生產(chǎn)石英玻璃。這樣一來，生產(chǎn)多晶硅的尾氣污染問題就會大大減輕了。
　　
　　采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)石英玻璃，制砣機(jī)出來的尾氣被送人尾氣處理系統(tǒng)。該尾氣處理系統(tǒng)可將制砣機(jī)放出來的尾氣轉(zhuǎn)變?yōu)橄←}酸和二氧化硅。二氧化硅是無害的，它的顆粒細(xì)小而且純度極高，是高級的納米級材料，其用途是比較廣的。它不僅可以成為制藥、制漆添加劑，而且還可以成為很多化工生產(chǎn)的原材料。稀鹽酸是有害的，但可以把它回收，濃縮成為成品酸。成品鹽酸也是重要的化工產(chǎn)品，用途廣泛。稀鹽酸也可以不回收，只要再加進(jìn)一些堿，使其中和，危害就沒有了，也就可以排放了。由此看來，采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法來生產(chǎn)多晶硅和石英玻璃，不僅可以減少廢氣的排放量，而且還可以減輕對環(huán)境的污染。
　　
　　3.設(shè)備費(fèi)用少
　　
　　多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)可以省掉一些設(shè)備，從而可以節(jié)約投資，并可減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅，需要有一臺四氯化硅合成爐和一套四氯化硅提純系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)石英玻璃，同樣需要有一臺四氯化硅合成爐和一套四氯化硅提純系統(tǒng)。如果采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)四氯化硅和多晶硅，上述設(shè)備是合一的，從設(shè)備數(shù)量上看，多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法比傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法減少一半。只是設(shè)備要大一些，但單個(gè)設(shè)備的投資增加不會太多。比如四氯化硅合成爐，它的直徑加大一倍，它的產(chǎn)量就可以增加四倍。四氯化硅提純系統(tǒng)里的設(shè)備也同樣，尺寸增加一點(diǎn)，產(chǎn)量就會增加很多。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅和采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)石英玻璃都同樣需要有一套由冷凍除濕、除氧、干燥組成的氫氣凈化系統(tǒng)和一個(gè)鼓泡器。如果采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)，這些設(shè)備也是合一的。
　　
　　采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)比單項(xiàng)生產(chǎn)法節(jié)省最多的地方還不在于此。
　　
　　采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)比單項(xiàng)生產(chǎn)法節(jié)省最多的地方還不在于此。
　　
　　采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅，需要一套由冷凍分離器和氫氣回收系統(tǒng)組成的回收系統(tǒng)，而采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)就不需要這套回收系統(tǒng)。這套系統(tǒng)是由科技含量高、造價(jià)高的成套設(shè)備組成的。我們知道，家用的冰箱的最低溫只有攝氏零下十幾度，一般的冷庫的最低溫也只有攝氏零下三十幾度，可這套系統(tǒng)所用的冷凍溫度要到攝氏零下八十幾度，甚至更低；家用的冰箱只是單級壓縮，要求深冷的冷庫也只有雙級壓縮，而這套系統(tǒng)所用的冷凍機(jī)是復(fù)疊式的，是在雙級之上再加了一級壓縮的，而且組合方式也是特別的。據(jù)估算，這套系統(tǒng)所需的費(fèi)用應(yīng)占總設(shè)備費(fèi)用的三分之一左右。就此一項(xiàng)，采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)就可節(jié)省設(shè)備費(fèi)三分之一左右。
　　
　　很顯然，設(shè)備少，不僅可以節(jié)約投資，而且還減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
　　
　　4.基建投資少
　　
　　采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)，可以省掉一些設(shè)備和廠房，基建投資減少，總的投入也減少(見附表3)，付出的代價(jià)也就小，從而促進(jìn)這些產(chǎn)品的生產(chǎn)。
　　
　　5.與氯堿工業(yè)聯(lián)合對平衡問題和污染問題的解決
　　
　　近年來我國的氯堿工業(yè)發(fā)展較快，目前，其產(chǎn)量已居世界第2位。雖然如此，我國的氯、堿產(chǎn)品還是不能滿足國內(nèi)市場的需求。
　　
　　我國的氯堿工業(yè)能不能再進(jìn)一步發(fā)展呢?這要看氯與堿的平衡問題能不能得到解決了。
　　
　　目前燒堿的生產(chǎn)方法幾乎全部采用電解食鹽水的方法，這樣，每生產(chǎn)0．88t氯氣則聯(lián)產(chǎn)1t燒堿，這一比例，目前是無法改變的。但問題是，市場對氯堿的需求比例并不是0．88：1，而是一個(gè)變數(shù)，也就是說，氯與堿的市場需求是不平衡的。有的時(shí)候氯是過剩的，有的時(shí)候堿是過剩的，無論氯與堿哪種過剩都會造成氯與堿的不平衡。氯與堿的不平衡還會影響環(huán)境，不管氯與堿哪一方過剩積存，都可能造成對環(huán)境的污染。所以，氯與堿的平衡是氯堿工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，氯與堿的平衡問題得不到解決，我國的氯堿工業(yè)就很難再發(fā)展。
　　
　　氯氣是多晶硅和石英玻璃聯(lián)合制備法的重要原料，該制備法是消耗氯的。如果在氯過剩時(shí)，讓該制備法與氯過剩的氯堿工業(yè)聯(lián)手，就可以幫助解決氯與堿的平衡問題。氯與堿的平衡問題解決了，氯的積存就會減少，甚至為零，污染問題也就迎刃而解了。
　　
　　6.電子工業(yè)材料——多晶硅瓶頸問題的解決
　　
　　前面我們說過，多晶硅是電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料。由于采用傳統(tǒng)的單項(xiàng)生產(chǎn)法生產(chǎn)多晶硅，需要付出資源和環(huán)境的極大代價(jià)。過大的代價(jià)制約了多晶硅的生產(chǎn)發(fā)展。目前，由于多晶硅短缺，迫使一些電子工業(yè)廠家減產(chǎn)，甚至停業(yè)。很顯然，多晶硅已經(jīng)成為當(dāng)前電子工業(yè)發(fā)展的瓶頸，阻礙了電子工業(yè)的發(fā)展。
　　
　　采用多晶硅和石英玻璃的聯(lián)合制備法生產(chǎn)多晶硅，代價(jià)會減少，從而促進(jìn)多晶硅的發(fā)展，電子工業(yè)材料(多晶硅)的瓶頸問題也就因此得以解決。