Способ получения кремния



Способ получения кремния
Способ получения кремния
Способ получения кремния
Способ получения кремния
Способ получения кремния

 


Владельцы патента RU 2415809:

Жмурин Виктор Григорьевич (RU)
Козлов Федор Алексеевич (RU)
Орлова Екатерина Андреевна (RU)
Алексеев Виктор Васильевич (RU)
Дробышев Анатолий Викторович (RU)
Сорокин Александр Павлович (RU)
Орлов Михаил Андреевич (RU)
Загребаев Сергей Анатольевич (RU)
Засорин Игорь Игоревич (RU)
Торбенкова Инга Юрьевна (RU)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Тетрафторид кремния и фторид натрия выделяют термической диссоциацией кремнефторида натрия при температуре выше 923 К, затем восстанавливают кремний из тетрафторида кремния при контакте с натрием. Выделение и восстановление проводят изолированно от внешней среды и друг от друга. Перед выделением тетрафторида кремния удаляют воду, азот и/или углеводороды вакуумной отгонкой при 923±20 К. Остатки натрия удаляют вакуумной дистилляцией при температуре выше 623 К, но ниже температуры плавления фторида натрия. Изобретение позволяет получать кремний с содержанием примесей менее 10-4 мас. долей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве кремния.

Известен способ получения кремния [патент на изобретение РФ №2181104 под названием «Способ выделения кремния». МПК8 C01B 33/033. Дата подачи заявки 03.02.2000. Опубликован 10.04.2002].

Известный способ включает восстановление кремнефторида щелочного металла с использованием металлов-восстановителей, например щелочных металлов, при температуре выше температуры плавления металла-восстановителя не менее, чем на 50 К, но ниже его температуры кипения, и осаждение кремния на подложку при температуре не менее, чем на 10 К ниже температуры расплава, но выше температуры плавления химически активного металла-восстановителя.

Недостатком известного способа является относительно большая инерционность получения кремния.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения кремния из кремнефтористых соединений натрия и калия [патент на изобретение США №4442082. Process for obtaining silicon from fluosilicic acid. МПК C01B 33/02. Дата подачи заявки 27.12.1982. Опубликован 10.04.1984].

Способ включает получение Na2SiF6 из H2SiF6:

термическое разложение кремнефторида с выделением тетрафторида кремния (SiF4):

восстановление SiF4 до элементарного кремния:

и отделение Si от NaF при температуре выше температуры плавления кремния.

Недостатками этого способа являются:

- недостаточность процедуры очистки тетрафторида кремния (SiF4);

- высокотемпературная энергозатратная процедура разделения кремния Si и фторида натрия NaF (выше температуры плавления кремния), и выделения кремния Si 1685 К, предпочтительно 1723-1773 К, приводящая к загрязнению кремния компонентами стенки контейнеров.

Предложенное техническое решение позволяет исключить указанные недостатки, а именно, повысить степень очистки тетрафторида кремния.

В способе получения кремния, включающем выделение тетрафторида кремния (SiF4) и фторида натрия (NaF) термической диссоциацией кремнефторида натрия, восстановление кремния из тетрафторида кремния при контакте с натрием, предлагается:

- процесс выделения тетрафторида кремния и восстановление кремния проводить изолированно от внешней среды и друг от друга;

- выделение тетрафторида кремния вести при температуре выше 923 К;

- перед выделением тетрафторида кремния проводить удаление воды, азота и(или) углеводородов путем вакуумной отгонки при температуре 923±20 К.

В частных случаях реализации способа предлагается следующее:

остатки натрия удалять вакуумной дистилляцией при температуре выше 623 К, но ниже температуры плавления фторида натрия.

Технический результат предложенного технического решения состоит в получении кремния с пониженным содержанием примесей.

Способ получения кремния включает выделение тетрафторида кремния (SiF4) и фторида натрия (NaF) термической диссоциацией кремнефторида натрия и восстановление кремния из тетрафторида кремния при контакте с натрием.

На фиг.1 представлена установка по выделению Si, на которой осуществляется указанный способ. На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - восстановитель; 2 - газовакуумная линия; 3 - контейнер для отделения конечного газообразного реагента (РУ-4); 4 - контейнер для отделения тетрафторида кремния (SiF4) (РУ-2); 5 - контейнер с восстановителем (РУ-3); 6 - контейнер с кремнефторидом щелочного металла (РУ-1); 7 - кремнефторид щелочного металла; 8 - сетчатая конструкция.

Процесс выделения тетрафторида кремния и восстановление кремния ведут изолированно от внешней среды и друг от друга. Данное решение исключает превращение тетрафторида кремния в кремнефторид натрия и оксидирование и возгорание натрия.

Выделение тетрафторида кремния ведут при температуре выше 923 К, которая представляет собой температуру диссоциации кремнефторида натрия, выбранную в качестве температуры удаления примесей из кремнефторида натрия. Процедура удаления примесей поясняется фиг.2÷4, результат вакуумной отгонки примесей (содержание примесей в SiF4 после вакуумной отгонки примесей) - таблицей.

На фиг.2 представлена зависимость давления SiF4 от обратной температуры при различной температуре вакуумной отгонки примесей. На фиг.3 представлена зависимость давления SiF4 от обратной температуры при двукратной отгонке и различной температуре вакуумной отгонки примесей. Из фиг.3 очевидно, что удаление примесей при температуре до 400°С не дает должного эффекта. При дальнейшем нагревании Na2SiF4 появляется новый пик давления, превышающий значение равновесного давления SiF4 над кремнефторидом натрия. Вакуумная отгонка примесей при температуре 923±20 К позволяет получить SiF4 чистотой 99,1%, в то время, как чистота SiF4, полученного по известному способу, составляет 96,9% (столбец 8 строки 20-30 известного способа). На фиг.4 представлена зависимость энергии активации процесса диссоциации кремнефторида натрия от температуры вакуумной отгонки примесей. Энергия активации процесса диссоциации Na2SiF4 увеличивается с увеличением температуры вакуумной отгонки примесей (фиг.4), что свидетельствует о снижении содержания летучих примесей в SiF4.

Кипение натрия происходит при 1153 К. Низкотемпературная процедура вакуумной дистилляции наиболее низкокипящего компонента смеси позволяет исключить повышение содержания металлических примесей в конечном продукте - кремнии. Содержание примесей в кремнии (Fe, Cr, Ni, Ti, Al, Mg, Mn) составляет менее 10-4 массовых долей после растворения NaF в воде.

Перед выделением тетрафторида кремния проводят удаление воды, азота и(или) углеводородов путем вакуумной отгонки при температуре 923±20 К. Это позволяет исключить выход указанных примесей в тетрафторид кремния.

В частных случаях реализации способа выполняют следующее.

Остатки натрия удаляют вакуумной дистилляцией при температуре выше 623 К, но ниже температуры плавления фторида натрия. Это обеспечивает интенсификацию вакуумной дистилляции и исключает распыление фторида натрия в газовакуумную линию и упрощает процедуру его изъятия из контейнера с натрием.

Пример конкретного выполнения способа

Кремний получают следующим образом.

Процесс осуществляют при начальном давлении газообразной среды, равном 1,1 Па в контейнерах установки. Примерная схема установки дана на фиг.1.

Газовый объем первого контейнера РУ-1 очищают от воды, азота и углеводородов, выделившихся из кремнефтрорида натрия, путем вакуумной отгонки этих примесей при температуре 923 К.

Масса кремнефторида натрия в первом контейнере составляет 0,05 кг.

Тетрафторид кремния выделяют термической диссоциацией кремнефторида натрия при температуре 1023 К и передавливают из первого контейнера установки во второй контейнер (РУ-2).

Первый и второй контейнеры охлаждают до температуры 293 К.

Из второго контейнера отбирают газообразную пробу и проводят ее масс-спектральный анализ на анализаторе МХ-7304. Содержание ее компонентов составляет: SiF4 - 99,1%, Н2 - 0,8%, N2 - 0,07%, воздух + Ar + H2O + CxHy - 0,02%.

Тетрафторид кремния имеет следующие характеристики: объем - 6,2·10-4 м3, давление - 2,4·105 Па и масса - 0,0064 кг.

Тетрафторд кремния из второго контейнера установки передавливают в третий контейнер (РУ-3).

Масса натрия составляет 0,0015 кг.

Кремний в третьем контейнере восстанавливают из тетрафторида кремния при контакте с натрием при температуре 800 К.

Процесс выделения тетрафторида кремния и восстановление кремния ведут изолированно от внешней среды и друг от друга.

Давление тетрафторида кремния 0,064 МПа и натрия 0,0009 МПа поддерживают в течение 300 с.

Масса прореагировавшего с натрием тетрафторида кремния составляет 0,0003 кг.

Из третьего контейнера конечный газообразный продукт передавливают в четвертый контейнер (РУ-4), отбирают из него пробу и проводят ее масс-спектральный анализ.

Остатки натрия из третьего контейнера удаляют вакуумной дистилляцией при температуре 673 К.

Содержание газообразных компонентов составляет: SiF4 - 99%, H2 - 0,7%, N2 - 0,08%, воздух + Ar + H2O + CxHy <0,2%.

1. Способ получения кремния, включающий выделение тетрафторида кремния (SiF4) и фторида натрия (NaF) термической диссоциацией кремнефторида натрия, восстановление кремния из тетрафторида кремния при контакте с натрием, отличающийся тем, что процесс выделения тетрафторида кремния и восстановление кремния ведут изолированно от внешней среды и друг от друга, причем выделение тетрафторида кремния ведут при температуре выше 923 К, а перед выделением тетрафторида кремния проводят удаление воды, азота и/или углеводородов путем вакуумной отгонки при температуре 923±20 К.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что остатки натрия удаляют вакуумной дистилляцией при температуре выше 623 К, но ниже температуры плавления фторида натрия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения поликристаллического полупроводникового кремния из природных кремнийсодержащих концентратов. .
Изобретение относится к области химии, а именно к способам восстановления кремния, и может быть использовано для получения особочистого поликристаллического кремния.

Изобретение относится к области химии, а именно к способам получения поликристаллического кремния в виде порошка, сферических гранул или слитков. .

Изобретение относится к способу выделения высокочистого кремния из отходов фосфатного производства минеральных удобрений - кремнефтористых соединений натрия или калия, который может быть использован в радиоэлектронике и производстве солнечных батарей, а также в других отраслях, использующих кремний.
Изобретение относится к технологии получения высокочистого элементного кремния с помощью реакции тетрахлорида кремния с жидким металлическим восстанавливающим агентом при использовании двухреакторной установки

Изобретение относится к области металлургии кремния и может быть использовано для получения поликристаллического кремния для фотогальваники. Способ включает восстановление кремния из паров соединений кремния с хлором или кремния с хлором и водородом при смешении этих паров с парами низших хлоридов алюминия при температуре 1000-1250°C в токе транспортирующего газа, в качестве которого используют смесь водорода с аргоном или смесь водорода с гелием, содержащую от 2 до 20 мольных частей водорода на одну мольную часть паров соединений кремния, при этом получение низших хлоридов алюминия требуемой чистоты производят из металлического алюминия чистоты 99,0-99,8% и газообразного трихлорида алюминия или хлористого водорода или хлора путем многократного повторения процесса возгонки и разложения образующихся низших хлоридов алюминия, причем осажденные кристаллы кремния подвергают термической обработке при температуре выше 577°C и ниже 1400°C, а затем обрабатывают соляной кислотой и подвергают рафинирующему переплаву. Техническим результатом изобретения является повышение чистоты получаемого кремния, а также снижение себестоимости его производства за счет использования менее дорогостоящего восстановителя. 2 ил., 4 пр.

Изобретение относится к области получения кремнийсодержащих материалов. Способ получения моносилана осуществляют диспропорционированием трихлорсилана. Способ включает контактирование трихлорсилана и смеси хлорсиланов с катализатором в ректификационной колонне. Производят отгонку из смеси тетрахлорида кремния и выделение полученных хлорсиланов с последующим возвратом смеси в ректификационную колонну. Выделение моносилана проводят методом парциальной конденсации. Моносилан с примесями хлорсиланов и частиц катализатора разделяют и очищают методом мембранного газоразделения. Для отделения хлорсиланов разделение ведут на высокопроницаемой по хлорсиланам мембране в режиме противотока, а для очистки от гетерогенных наночастиц катализатора разделение ведут на высокопроницаемой по моносилану мембране в режиме прямотока. Технический результат заключается в снижении материало- и энергоемкости процесса с получением более чистого моносилана. 1 ил., 3 пр.
Наверх