阅读说明：本技术 一种锗烷生产工艺 (Germane production process ) 是由 徐立 刘辉 黄加斗 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锗烷生产工艺,包括NaOH溶液的配制、溶液A的配制、溶液B的配制、浓硫酸溶液的装料及将溶液A、溶液B及浓硫酸进行混合发生化学反应合成锗烷,其中锗烷的合成采用DSC自动化合成。本发明以GeO<Sub>2</Sub>、NaOH、NaBH<Sub>4</Sub>及H<Sub>2</Sub>SO<Sub>4</Sub>作为原料反应生产锗烷,整个过程中只生成锗烷气体和少量H<Sub>2</Sub>,其他生成物均为液体,从而使生产的锗烷纯度及转化率均很高,而H<Sub>2</Sub>对锗化氢转化为单质锗的过程影响很小,因此不需要进行杂质分离从而节约成本,适于大量生产。此外,本发明先完成相应原料溶液的配制,然后采用DSC自动化操作合成锗烷,使整个生产过程得到精确的控制,且其操作简单,避免操作人员直接与NaBH<Sub>4</Sub>溶液和浓硫酸接触,实现安全生产。(The invention discloses a germane production process, which comprises the steps of preparing NaOH solution, preparing solution A, preparing solution B, charging concentrated sulfuric acid solution, mixing the solution A, the solution B and concentrated sulfuric acid to perform chemical reaction to synthesize germane, wherein the synthesis of germane adopts DSC automatic synthesis. The invention uses GeO 2 、NaOH、NaBH 4 And H 2 SO 4 The raw material is reacted to produce germane, and only germane gas and a small amount of H are generated in the whole process 2 Other products are all liquid, so that the purity and the conversion rate of the produced germane are high, and H is 2 The process of converting hydrogen germanide into elemental germanium is slightly affected, so that impurity separation is not needed, the cost is saved, and the method is suitable for mass production. In addition, the preparation of the corresponding raw material solution is firstly completed, and then the DSC automatic operation is adopted to synthesize the germane, so that the whole production process is accurately controlled, the operation is simple, and the direct contact between an operator and NaBH is avoided 4 The solution is contacted with concentrated sulfuric acid, so that safe production is realized.)

一种锗烷生产工艺

技术领域

本发明涉及化工气体生产技术领域，具体涉及一种锗烷生产工艺。

背景技术

锗烷的化学式为GeH₄，是高纯单质锗的重要来源之一，主要用于半导体、红外技术等方面，在电子工业中主要用于金属有机化合物气相沉积工艺，作为太阳能电池的重要前驱气体等，此外，锗烷还用于制备异质结二极晶体管。在现有技术中，锗烷的生产方法有氯化锗还原、盐酸作用于锗镁合金及在浓硫酸中电极氧化锗。

在期刊《低温与特气》第31卷第6期发布的“锗烷合成工艺及用途概述”(2013.12)中，介绍了化学还原法、电化学还原法及等离子合成发制备锗烷，其中化学还原法的生产原料来源简单，反应工艺与设备简单，反应压力低，流程控制简单，安全性能好，生产工艺成熟，适合中小企业生产，化学还原法一般采用还原剂还原锗合金、二氧化锗、四氯化锗制取锗烷。但是其综合成本、提纯及转化率等方面仍存在一些问题，比如副产物含量高，杂质不易分离等。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种锗烷生产工艺，使制得的锗烷纯度及转化率均较高，且适于大量生产。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种锗烷生产工艺，包括以下步骤：

S1：NaOH溶液的配置；

S2：向步骤S1中配置的NaOH溶液中加入NaBH₄配置成溶液A；

S3：向步骤S1中配置的NaOH溶液中加入CeO₂配制成溶液B；

S4：浓硫酸溶液的装料；

S5：将溶液A、溶液B及浓硫酸进行混合发生化学反应合成锗烷。

优选的，所述步骤S5采用DSC自动化操作。

优选的，所述步骤S1配制NaOH溶液的过程为：

S11：向NaOH罐体内加入去离子水；

S12：启动搅拌；

S13：从NaOH罐体的加料口处缓慢加入固体NaOH；

S14：将加料口密封，再次加入去离子水。

优选的，所述步骤S2配置溶液A的过程为：

S21：加入NaOH溶液；

S22：加入去离子水；

S23：启动搅拌；

S24：从混合液A罐体的加料口处缓慢加入固体NaBH₄；

S25：密封加料口，向溶液A罐体内再次加入去离子水。

优选的，所述步骤S3配制溶液B的过程为：

S31：加入NaOH溶液；

S32：加入去离子水；

S33：开启搅拌；

S34：从对溶液B罐体的加料口处缓慢加入固体GeO₂；

S35：密封加料口，向溶液B罐体内再次加入去离子水。

优选的，所述步骤S4的具体过程为：

S41：将浓硫酸罐导液四氟管***浓硫酸原料桶将浓硫酸吸入浓硫酸罐内；

S42：浓硫酸罐装好后，用水清洗四氟管表面后封口收起。

优选的，所述DSC自动化合成锗烷的具体过程为：

S51：确认所有阀门均处于关闭状态；

S52：调节减压阀的压力；

S53：放置接收瓶用于收集气排；

S54：开启真空泵，置换管道后打开接收瓶阀门，然后自动切换收集气排；

S55：设置参数，自动加入步骤S1配置的NaOH溶液；

S56：设置参数，自动加入步骤S4的浓硫酸；

S57：设置参数，自动完成加入步骤S2配置的溶液A和步骤S3配置的溶液B；

S58：设置参数，启动合成锗烷。

本发明的有益效果为：本发明以GeO₂、NaOH、NaBH₄及H₂SO₄作为原料反应生产锗烷，整个过程中只生成锗烷气体和少量H₂，其他生成物均为液体，且GeO₂完全转化为锗烷，从而使生产的锗烷纯度及转化率均很高，而H₂对锗化氢转化为单质锗的过程影响很小，因此不需要进行杂质分离从而节约成本，适于大量生产。此外，本发明先完成相应原料溶液的配制，然后采用DSC自动化操作合成锗烷，使整个生产过程得到精确的控制，且其操作简单，避免操作人员直接与NaBH₄溶液和浓硫酸接触，实现安全生产。

具体实施方式

实施例1：

锗烷生产过程中产生的废水对环境有很大的危害，因此需要对废水进行处理之后再排出，在开始锗烷生产之前需要准备大型废液桶，锗烷生产设备的废液管道放置在废液桶内，然后废水通过废液管道统一进入废液桶内进行处理后排出。

锗烷生产的步骤为：

S1：NaOH溶液的配置；

S2：向步骤S1中配置的NaOH溶液中加入NaBH₄配置成溶液A；

S3：向步骤S1中配置的NaOH溶液中加入CeO₂配制成溶液B；

S4：浓硫酸溶液的装料；

S5：将溶液A、溶液B及浓硫酸进行混合发生化学反应合成锗烷。

本发明生成的气体只有锗烷和H₂，不存在其他杂质气体，而锗烷最主要的用途是生产高纯度的单质锗，H₂对其影响很小，所以在制备单质锗时不需要额外对杂质气体进行分离，从而降低了生产成本，得到的锗烷纯度及转化率均很高，适于大量生产。

实施例2：

所述步骤S5采用DSC自动化操作，精确控制生产过程，避免操作人员直接与NaBH₄溶液和浓硫酸接触，实现安全生产且其操作简单。

在溶液配制之前需要抽真空，开启置换气气源调节减压阀的压力，然后进行溶液配置。具体的生产过程为：

S1：NaOH溶液的配置

S11：向NaOH罐体内加入去离子水；

S12：启动搅拌；

S13：从NaOH罐体的加料口处缓慢加入固体NaOH；

S14：将加料口密封，再次加入去离子水，使固体NaOH完全溶解于去离子水中。

S2：溶液A的配制

S21：加入步骤S1配制的NaOH溶液；

S22：加入去离子水；

S23：启动搅拌；

S24：从溶液A罐体的加料口处缓慢加入固体NaBH₄；

S25：密封加料口，向溶液A罐体内再次加入去离子水。

S3：溶液B的配制

S31：加入步骤S1配制的NaOH溶液；

S32：加入去离子水；

S33：开启搅拌；

S34：从溶液B罐体的加料口处缓慢加入固体GeO₂；

S35：密封加料口，向溶液B罐体内再次加入去离子水。

S4：浓硫酸的装料

S41：将浓硫酸罐导液四氟管***浓硫酸原料桶将浓硫酸吸入浓硫酸罐内；

S42：浓硫酸罐装好后，用水清洗四氟管表面后封口收起。

S5：DSC自动化合成锗烷

S51：确认所有阀门均处于关闭状态；

S52：调节减压阀的压力；

S53：放置接收瓶用于收集合成过程中产生的气体；

S54：开启真空泵，然后置换管道，完成后打开接收瓶阀门，然后按照系统设置参数自动切换收集；

S55：设置相应的参数，启动按键自动配液，在反应罐A内将NaOH罐体内的NaOH溶液按照设置的液位值加入一定量的NaOH溶液；

S56：设置相应参数，启动按键自动配液，在反应罐B内按照设置值加入一定量的酸和水；

S57：设置相应参数，启动按键自动配液，在反应罐C内按照设置值加入一定量的混溶液A、溶液B和水；

S58：设置参数，启动合成，根据设置的参数，向合成灌内加入适量的反应罐A、反应罐B和反应罐C中的反应物合成锗烷。

在本发明中，整个生产过程中液体的流动均是靠压降完成的，且整个装置均的密闭性均很好。

本发明的工作原理为：

主反应：GeO₂+NaOH+NaBH₄+H₂SO₄＝GeH₄+Na₂SO₄+H₃BO₃

副反应：2NaBH₄+H₂SO₄+6H₂O＝Na₂SO₄+8H₂+2H₃BO₃

制备得到的锗烷中仅含少量的H₂，因此其纯度较高，适于大量生产。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。