способ получения кремния

Формула изобретения

1. Способ получения кремния, включающий восстановление оксида кремния и кислотную обработку, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перевод оксида магния в растворимую соль осуществляется газообразным хлором.

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 хлорировании технического кремния до SiCl₄ или SiHCl₃ , последующей очистки SiCl₄ (SiHCl₃) ректификацией, сорбцией и др. методами и восстановлением при 1200°C [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, основанный на выделении SiH₄ минеральными кислотами из силицида магния, последующей ректификационной очистке SiH₄ и разложении моносилана кремния при 1000°C [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.

Известен способ получения кремния (прототип), основанный на восстановлении расплава SiO₂ углеродом при 1800°C, 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%.

Задачей настоящего изобретения является разработка промышленного способа получения элементного кремния с низким содержанием примесей неметаллов.

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)₂ SiF₆ и газообразные аммиак NH₃ и вода H ₂O. Образующиеся в результате реакции NH₃ и H₂O поступают в абсорбер, где происходит конденсация газов и получение аммиачной воды. Полученную в смесителе шихту нагревают в сублиматоре до температуры 320-340°C 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 (B, P, As и др.).

Далее смешивают диоксид кремния со стехиометрическим количеством магния (магний предварительно очищают от примесей металлов и неметаллов методом перегонки) для получения оксида магния и кремния и нагревают до температуры начала реакции, в инертной атмосфере, далее процесс протекает самопроизвольно за счет тепла реакции.

Протекающая реакция описывается уравнением:

Полученную шихту обрабатывают минеральной кислотой, для выщелачивания магния в виде растворимой соли. При использовании соляной кислоты реакции описывается уравнением:

Перевод оксида магния в растворимую соль может осуществляться газообразным хлором

Полученный хлорид магния может быть использован для получения металлического магния и хлора.

В результате перечисленных операций получается твердый продукт - элементный кремний. Снижение себестоимости конечного продукта осуществляется за счет исключения энергозатрат на стадии восстановления оксида кремния.

Пример 1. Смешивают 10 г диоксида кремния и 8 г магния, нагревают до 600°С, продукты реакции остужают до комнатной температуры и промывают 80 г соляной кислоты, твердую фракцию отфильтровывают. Получают порошок массой 4,48 г, выход продукта составляет 96%.

Пример 2. Смешивают 10 г диоксида кремния и 8 г магния, нагревают до 600°С, продукты реакции остужают до комнатной температуры и хлорируют газообразным хлором массой 25 г, полученный продукт растворяют в воде, твердую фракцию отфильтровывают. Получают порошок массой 4,6 г, выход продукта составляет 98,5%.