способ получения кремния

Формула изобретения

Способ получения кремния, включающий получение силицида магния, разложение силицида магния минеральной кислотой с получением моносилана кремния, разложение моносилана кремния, отличающийся тем, что для получения силицида магния используются металлический магний, очищенный от примесей металлов и неметаллов методом возгонки, и оксид кремния, очищенный от примесей металлов и неметаллов через стадию образования гексафторосиликата аммония и его осаждением аммиачной водой с получением диоксида кремния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо получить синтетический кремний.

Известен способ получения кремния, основанный на восстановлении расплава SiО₂ 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%.

Известен способ получения кремния, основанный на хлорировании технического кремния до SiCl₄ или SiHCl₃, с последующей очисткой SiCCl₄ (SiHCl₃) 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.

Известен способ получения кремния (прототип), основанный на выделении SiH₄ минеральными кислотами из силицида магния, с последующей ректификационной очисткой SiH₄ 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.

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 (NH₄)₂SiF₆ и газообразные аммиак NН₃ и вода Н₂О. Образующиеся в результате реакции NH₃ и Н₂О 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:

SiO₂+4Mg=Mg₂Si+2MgO

Полученную шихту обрабатывают минеральной кислотой для выделения газообразного моносилана кремния. При использовании соляной кислоты реакция описывается уравнением:

Mg₂Si+4НСl=2MgCl₂+SiH₄

Моносилан кремния разлагают на разогретой до 800 - 1000°С подложке с образованием кремния:

SiH₄ =Si+2Н₂

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%.