СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ
METHOD OF PRODUCING SILICON

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо получить синтетический кремний.
2
Известен способ получения кремния, основанный на восстановлении расплава SiО углеродом при 1800°С, с последующей кислотной обработкой [Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2/ Ред - кол.: Кнунянц И.Л. (гл.ред) и др. - М.: Большая Российская энциклопедия 1990. - 671 с. (Статья «Кремний» стр.508)]. Недостатком данного метода является низкая чистота конечного продукта 99,9%.
4
3
4
3
Известен способ получения кремния, основанный на хлорировании технического кремния до SiCl или SiHCl, с последующей очисткой SiCCl (SiHCl) ректификацией, сорбцией и др. методами и восстановлением при 1200°С [Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2/ Ред - кол.: Кнунянц И.Л. (гл.ред) и др. - М.: Большая Российская энциклопедия 1990. - 671 с. (Статья «Кремний» стр.508)]. Недостатком данного метода является энергоемкость и, как следствие, высокая стоимость конечного продукта.
4
4
Известен способ получения кремния (прототип), основанный на выделении SiH минеральными кислотами из силицида магния, с последующей ректификационной очисткой SiH и разложением моносилана кремния при 1000°С [Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2/ Ред - кол.: Кнунянц И.Л. (гл.ред) и др. - М.: Большая Российская энциклопедия 1990. - 671 с.(Статья «Кремний» стр.509)]. Недостатком данного метода является использование дорогостоящей стадии ректификации моносилана кремния.
Задачей настоящего изобретения является разработка промышленного способа получения элементного кремния с низким содержанием примесей.
4
2
6
3
2
3
2
Поставленная задача решается тем, что предварительно диспергированное исходное кремнийсодержащее сырье механически смешивают с фторидом-гидродифторидом аммония в смесителе. При комнатной температуре начинается процесс взаимодействия диоксида кремния, находящегося в исходной руде, механическое перемешивание способствует увеличению поверхности реагирования и интенсифицирует процесс, для интенсификации процесса также можно подводить тепло. В результате реакции образуется твердый гексафторосиликат аммония (NH)SiF и газообразные аммиак NН и вода НО. Образующиеся в результате реакции NH и НО поступают в абсорбер, где происходит конденсация газов и получение аммиачной воды. Полученную в смесителе шихту нагревают в сублиматоре до температуры 320-340°С и выдерживают до полного сублимационного отделения гексафторосиликата аммония. Гексафторосиликат аммония по обогреваемому трубопроводу поступает в десублиматор для перевода в твердое агрегатное состояние. Твердый гексафторосиликат аммония растворяют в воде, в раствор приливают аммиачную воду до полного перевода кремния в форму диоксида кремния. Диоксид кремния фильтруют и сушат. Таким образом, получают оксид кремния, очищенный от примесей металлов (Fe, Al, Ti и др.) и неметаллов (В, Р, As и др.).
Далее смешивают диоксид кремния с избытком магния (магний предварительно очищают от примесей металлов и неметаллов методом перегонки) 100-120% от стехиометрического соотношения для получения силицида магния и оксида магния и нагревают до температуры начала реакции, далее процесс протекает самопроизвольно за счет тепла реакции.
Протекающая реакция описывается уравнением:
2
2
SiO+4Mg=MgSi+2MgO
Полученную шихту обрабатывают минеральной кислотой для выделения газообразного моносилана кремния. При использовании соляной кислоты реакция описывается уравнением:
2
2
4
MgSi+4НСl=2MgCl+SiH
Моносилан кремния разлагают на разогретой до 800 - 1000°С подложке с образованием кремния:
4
2
SiH=Si+2Н
Полученный хлорид магния может быть использован для получения металлического магния и хлора. Хлор и водород могут быть использованы для получения соляной кислоты.
В результате перечисленных операций получается твердый продукт - элементный кремний. Снижение себестоимости конечного продукта осуществляется за счет исключения стадии ректификации моносилана кремния.
Пример 1. Смешивают 10 г диоксида кремния и 16 г магния, нагревают до 600°С, продукты реакции остужают до комнатной температуры и промывают 160 г соляной кислоты. Выделяющийся газ направляют в реактор с разогретым до 800°С стержнем. Увеличение массы стержня составило 3,83 г, выход продукта составил 82%.