RU2399583C1 - Silicon tetrafluoride synthesis method - Google Patents
Silicon tetrafluoride synthesis method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399583C1 RU2399583C1 RU2009104271/15A RU2009104271A RU2399583C1 RU 2399583 C1 RU2399583 C1 RU 2399583C1 RU 2009104271/15 A RU2009104271/15 A RU 2009104271/15A RU 2009104271 A RU2009104271 A RU 2009104271A RU 2399583 C1 RU2399583 C1 RU 2399583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon tetrafluoride
- temperature
- sodium silicofluoride
- heated
- tetrafluoride
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неорганической химии, к получению фторидов неметаллов, а именно к способам получения тетрафторида кремния.The invention relates to inorganic chemistry, to the production of non-metal fluorides, and in particular to methods for producing silicon tetrafluoride.
Тетрафторид кремния используется в электронной промышленности, в производстве солнечных батарей и волоконной оптики, а последнее время и как сырье для крупнотоннажного получения поликремния солнечного и электронного качества.Silicon tetrafluoride is used in the electronic industry, in the production of solar cells and fiber optics, and more recently, as a raw material for large-tonnage production of solar and electronic polysilicon.
Известны различные способы получения тетрафторида кремния:There are various methods for producing silicon tetrafluoride:
- в патенте РФ (З. №2006107767 от 02.09.2003, МПК C01B 33/08) предложен способ, основанный на фторировании диоксида кремния в факеле при температуре 1500-2000°C;- in the patent of the Russian Federation (Z. No. 2006107767 dated 02.09.2003, IPC C01B 33/08), a method based on fluorination of silicon dioxide in a flare at a temperature of 1500-2000 ° C;
- авторы патента РФ №2046095 (МПК C01B 33/10) предлагают получать тетрафторид кремния обработкой органорастворимой соли кремнефтористо-водородной кислоты нелетучими минеральными кислотами;- the authors of RF patent No. 2046095 (IPC C01B 33/10) propose to obtain silicon tetrafluoride by treating an organosoluble salt of hydrofluoric acid with non-volatile mineral acids;
- Вольфкович С.Н., Габриелова М.Г. описали способ получения тетрафторида кремния термическим разложением Na2SiF6 по реакции Na2SiF6+Q=2NaF+SiF4, (Q - количество тепла) при температуре 400-800°C (Химическая промышленность, 3, 1951 г. С.72-75).- Volfkovich S.N., Gabrielova M.G. described a method for producing silicon tetrafluoride by thermal decomposition of Na 2 SiF 6 by the reaction of Na 2 SiF 6 + Q = 2NaF + SiF 4 , (Q is the amount of heat) at a temperature of 400-800 ° C (Chemical industry, 3, 1951, P. 72 -75).
Известны различные модификации этого способа, например, авторы патента РФ 2182558 (МПК C01B 33/107) предлагают до разложения обрабатывать реакционную массу при температуре 300-350°C фтором, а авторы патента РФ №2274603 (МПК C02B 33/107) предлагают проводить разложение тетрафторида кремния при температуре 500-800°C при участии фтора.Various modifications of this method are known, for example, the authors of RF patent 2182558 (IPC C01B 33/107) propose to treat the reaction mass at 300-350 ° C fluorine prior to decomposition, and the authors of RF patent No. 2274603 (IPC C02B 33/107) propose decomposition silicon tetrafluoride at a temperature of 500-800 ° C with the participation of fluorine.
Основная цель предложенных модификаций способа, основанных на термическом разложении кремнефторида натрия, - получение сравнительно небольших количеств высокочистого тетрафторида кремния для электронной промышленности, волоконной оптики, различного рода покрытий и т.п., т.е. для областей, где основным требованием является чистота (в том числе по силоксану), а потребляемые количества невелики.The main purpose of the proposed modifications of the method based on the thermal decomposition of sodium silicofluoride is to obtain relatively small amounts of high-purity silicon tetrafluoride for the electronics industry, fiber optics, various kinds of coatings, etc., i.e. for areas where the main requirement is cleanliness (including siloxane), and the quantities consumed are small.
В связи с бурным ростом потребности в поликристаллическом кремнии для солнечной энергетики и, соответственно, необходимостью расширения его производства усилился интерес к более дешевым и экологически более безопасным способам без применения в процессе призводства хлора, в частности к способам, основанным на восстановлении тетрафторида кремния.Due to the rapid growth in the demand for polycrystalline silicon for solar energy and, accordingly, the need to expand its production, interest in cheaper and environmentally safer methods without the use of chlorine in the manufacturing process, in particular, methods based on the reduction of silicon tetrafluoride, has intensified.
Так, например, технология, предложенная в патенте РФ №2078034 (МПК C01B 33/03), предусматривает перевод тетрафторида кремния в диоксид кремния с последующим восстановлением до поликремния. Здесь присутствие в небольших количествах такой примеси, как силоксан, не является критичным.So, for example, the technology proposed in RF patent No. 2078034 (IPC C01B 33/03) involves the conversion of silicon tetrafluoride to silicon dioxide, followed by reduction to polysilicon. Here, the presence of small amounts of an impurity such as siloxane is not critical.
В случае расширения использования подобных технологий, обеспечивающих низкую себестоимость и меньшую экологическую опасность, возникает задача крупнотоннажного производства тетрафторида кремния. Так, например, для производства 1000-2000 т/г поликремния (производительность типового завода по производству поликремния) требуется 3500-7000 т/г тетрафторида кремния, для получения которого необходимо переработать 7000-14000 т/г кремнефторида натрия. В этом случае основным требованием к технологии становится возможность производства больших объемов поликремния при приемлемой чистоте и низкой себестоимости.In the case of the expansion of the use of such technologies that provide low cost and lower environmental risk, the problem arises of large-scale production of silicon tetrafluoride. So, for example, for the production of 1000-2000 t / g of polysilicon (the productivity of a typical plant for the production of polysilicon), 3500-7000 t / g of silicon tetrafluoride is required, to obtain which it is necessary to process 7000-14000 t / g of sodium silicofluoride. In this case, the main technology requirement is the ability to produce large volumes of polysilicon at an acceptable purity and low cost.
В качестве прототипа изобретения выбран способ, приведенный в журнале «Химическая промышленность», 3, 1951 г., с.72-75.As a prototype of the invention, the method selected in the journal "Chemical industry", 3, 1951, S. 72-75.
Согласно этому способу разложение тетрафторида кремния проходит при температуре 600-620°C по реакции Na2SiF6→2NaF+SiF4 при непрерывном удалении образовавшегося тетрафторида кремния за счет вакуумирования реактора до остаточного давления 3-5 мм водяного столба. Авторы отмечали, что скорость и полнота протекания реакции повышаются с увеличением температуры свыше 620°C, но при температуре более 730°C возможно спекание реакционной массы. Способ проверен в промышленном масштабе на трубчатой печи мощностью более 1000 т/г по кремнефториду натрия, что достаточно близко к необходимомой производительности. Однако тетрафторид кремния при этом получался с неприемлемым содержанием примесей.According to this method, the decomposition of silicon tetrafluoride takes place at a temperature of 600-620 ° C by the reaction of Na 2 SiF 6 → 2NaF + SiF 4 with continuous removal of the silicon tetrafluoride formed by evacuating the reactor to a residual pressure of 3-5 mm water column. The authors noted that the rate and completeness of the reaction increase with increasing temperature above 620 ° C, but at a temperature above 730 ° C sintering of the reaction mixture is possible. The method was tested on an industrial scale on a tubular furnace with a capacity of more than 1000 t / g for sodium silicofluoride, which is quite close to the required performance. However, silicon tetrafluoride was obtained with an unacceptable impurity content.
Авторами настоящего изобретения экспериментально установлено, что при быстром повышении температуры до 650°C наблюдается оплавление реакционной массы, что связано с образованием эвтектики в системе Na2SiF6-NaF (имеются литературные сведения о полиморфном переходе Na2SiF6 при температуре 646°C).The authors of the present invention experimentally established that with a rapid increase in temperature to 650 ° C, a fusion of the reaction mass is observed, which is associated with the formation of a eutectic in the Na 2 SiF 6 -NaF system (there is literature on the polymorphic transition of Na 2 SiF 6 at a temperature of 646 ° C) .
Техническим результатом данного изобретения является разработка способа, пригодного для крупнотоннажного производства тетрафторида кремния термическим разложением кремнефторида натрия, исключающего возможность спекания и оплавления реакционной массы и обеспечивающего высокий выход тетрафторида кремния (более 99%) при чистоте, достаточной для производства поликремния солнечного качества.The technical result of this invention is the development of a method suitable for large-scale production of silicon tetrafluoride by thermal decomposition of sodium silicofluoride, eliminating the possibility of sintering and fusion of the reaction mass and providing a high yield of silicon tetrafluoride (more than 99%) with a purity sufficient to produce solar-grade polysilicon.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения тетрафторида кремния, заключающемся в предварительной сушке кремнефторида натрия при температуре до 300°C и остаточном давлении до 2 мм рт.ст., дальнешее терморазложение проводят в две стадии при непрерывном удалении выделяющегося тетрафторида кремния при остаточном давлении не более 30 мм рт.ст. На первой стадии кремнефторид натрия нагревают при температуре 620-650°C. На второй стадии нагревают до температуры не менее 750°C. Процесс на каждой стадии ведут до падения скорости выделения тетрафторида кремния до экономически выгодного уровня.The technical result is achieved by the fact that in the known method for producing silicon tetrafluoride, which consists in pre-drying sodium silicofluoride at a temperature of up to 300 ° C and a residual pressure of up to 2 mm Hg, further thermal decomposition is carried out in two stages with continuous removal of the released silicon tetrafluoride with residual pressure not more than 30 mm Hg In the first stage, sodium silicofluoride is heated at a temperature of 620-650 ° C. In the second stage, they are heated to a temperature of at least 750 ° C. The process at each stage is carried out until the rate of release of silicon tetrafluoride to a profitable level.
На первой стадии при температуре до 300°C (при такой температуре упругость пара тетрафторида кремния над кремнефторидом натрия еще не превышает 2 мм рт ст.) осуществляется сушка исходной соли и отгонка летучих примесей. На второй стадии при температуре 620-650°C осуществляется отгонка (до 60%) тетрафторида кремния до прохождения точки полиморфного перехода, образования эвтектики и спекания. На стадии нагрева до 750°C заканчивается извлечение тертрафторида кремния до 98-99%. Полученный тетрафторид кремния собирается в сборнике, охлаждаемом до температуры ниже 130°C. Фторид натрия после охлаждения до 300°C может быть использован для более глубокой очистки тетрафторида кремния.In the first stage, at a temperature of up to 300 ° C (at this temperature, the vapor elasticity of silicon tetrafluoride over sodium silicofluoride does not exceed 2 mm Hg), the initial salt is dried and the volatile impurities are distilled off. In the second stage, at a temperature of 620-650 ° C, silicon tetrafluoride is distilled (up to 60%) to the point of polymorphic transition, formation of eutectic and sintering. At the stage of heating to 750 ° C, the extraction of silicon terrafluoride to 98-99% ends. The resulting silicon tetrafluoride is collected in a collector cooled to a temperature below 130 ° C. Sodium fluoride after cooling to 300 ° C can be used for deeper purification of silicon tetrafluoride.
Способ по изобретению осуществляется следующим образом.The method according to the invention is as follows.
Кремнефторид натрия распределяется слоем толщиной 15-20 мм на противне, помещается в вакуумную печь и сушится при температуре 280-300°C при поддержании вакуума ниже 2 мм рт ст. до прекращения выделения летучих примесей. Затем температура повышается до 600- 640°C. Нагрев продолжается до прекращения интенсивного выделения тетрафторида кремния, после этого температура повышается до 750-770°C и поддерживается до тех пор, пока степень извлечения не достигнет заданного уровня. Выделяющийся на этих стадиях тетрафторид кремния перекачивается в сборник, так чтобы давление в печи поддерживалось не выше 30 мм рт.ст.Sodium silicofluoride is distributed in a layer with a thickness of 15-20 mm on a baking sheet, placed in a vacuum oven and dried at a temperature of 280-300 ° C while maintaining a vacuum below 2 mm RT. until the emission of volatile impurities has ceased. Then the temperature rises to 600 - 640 ° C. Heating continues until the intense release of silicon tetrafluoride ceases, after which the temperature rises to 750-770 ° C and is maintained until the degree of extraction reaches a predetermined level. Silicon tetrafluoride released at these stages is pumped to the collector, so that the pressure in the furnace is maintained no higher than 30 mm Hg.
Приведенный пример иллюстрирует, но не ограничивает объем данного изобретения.The above example illustrates, but does not limit the scope of the present invention.
Пример. В качестве исходного вещества был использован кремнефторид натрия, полученный от ОАО «Южно-Уральский криолитовый завод. Состав его приведен в табл.1Example. Sodium silicofluoride obtained from OJSC South Ural Cryolite Plant was used as a starting material. Its composition is given in table 1
1 сортNorm
1 grade
Пробы обрабатывались в вакуумной печи с объемом камеры 120 л по вышеприведенной программе. Тетрафторид кремния собирался в конденсатор-испаритель, охлаждаемый жидким азотом. Результаты отражены в табл.2Samples were processed in a vacuum furnace with a chamber volume of 120 l according to the above program. Silicon tetrafluoride was collected in a condenser-evaporator cooled by liquid nitrogen. The results are shown in table 2
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104271/15A RU2399583C1 (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Silicon tetrafluoride synthesis method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104271/15A RU2399583C1 (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Silicon tetrafluoride synthesis method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2399583C1 true RU2399583C1 (en) | 2010-09-20 |
Family
ID=42939116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009104271/15A RU2399583C1 (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Silicon tetrafluoride synthesis method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2399583C1 (en) |
-
2009
- 2009-02-09 RU RU2009104271/15A patent/RU2399583C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВОЛЬФКОВИЧ С.И., ГАБРИЕЛОВА М.Г. Термические процессы получения фтористого натрия. - Химическая промышленность, 1951, №3, с.72-75. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2393113C2 (en) | Silicon tetrafluoride synthesis method and device for realising said method | |
CN101774587A (en) | Method for preparing silicon tetrafluoride by quartz sand | |
CN104176725B (en) | Carbon in a kind of immobilized saccharide material the method for high purity carbon (graphite) material | |
EP0606447B1 (en) | Method for producing tetrafluorosilane and aluminum fluoride by hydrofluoric acid digestion of silica/alumina matrix | |
RU2451635C2 (en) | Method of producing highly pure elementary silicon | |
KR20160065820A (en) | Method for purifying phosphorus pentafluoride | |
CN104843712A (en) | Industrial fluosilicic acid purification and white carbon black co-production method | |
CN102001666B (en) | Method for producing high-purity silicon tetrafluoride in wet processing of phosphate ore | |
CN102099286A (en) | Process for producing fluoride gas | |
CN101863478B (en) | Preparation method of high-purity silicon tetrafluoride | |
US4515762A (en) | Process for processing waste gases resulting during the production of silicon | |
RU2399583C1 (en) | Silicon tetrafluoride synthesis method | |
JP2017137221A (en) | Recovery method of hydrofluoric acid and nitric acid | |
WO2009005412A2 (en) | Method for producing polycrystalline silicon | |
KR101215490B1 (en) | Method of continuously producing tetrafluorosilane by using various fluorinated materials, amorphous silica and sulfuric acid | |
EP1228000A1 (en) | Production of fumed silica | |
CN102134078A (en) | Method for closed-loop production of silicon tetrafluoride by utilizing sulfuric acid and quartz sand | |
CN103011172B (en) | The purifying method of impurity iodine in silicon tetrafluoride gas | |
CN107188129B (en) | Method for preparing hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride from calcium fluoride-containing waste | |
KR20100087270A (en) | Improved process of silicon tetrafluoride gas synthesis | |
RU2356834C2 (en) | Method of obtaining polycrystalline silicon in form of spherical granules | |
CN112158849A (en) | Method for preparing silicon tetrafluoride from phosphorus ore associated fluorine | |
KR101183367B1 (en) | Method for producing silicon tetrafluoride and appartus used therefor | |
KR100582587B1 (en) | Processes for Purifying Phosphoric Acid and for Preparing Phosphoric Acid | |
TWI797542B (en) | Method of recycling ammonia from wasting buffered oxide etchants and preparing fluoro-salt crystals and solid silicon dioxide |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190210 |