RU2542274C1 - Method for preparing silicon - Google Patents
Method for preparing silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542274C1 RU2542274C1 RU2013138937/05A RU2013138937A RU2542274C1 RU 2542274 C1 RU2542274 C1 RU 2542274C1 RU 2013138937/05 A RU2013138937/05 A RU 2013138937/05A RU 2013138937 A RU2013138937 A RU 2013138937A RU 2542274 C1 RU2542274 C1 RU 2542274C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicone
- silicon
- methane
- hydrogen
- melt
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения синтетического кремния.The invention relates to the field of chemical technology of inorganic substances and can be used to produce synthetic silicon.
Известен способ получения кремния, основанный на восстановлении расплава диоксида кремния углеродом при температуре не менее 1800°C с последующей кислотной обработкой. (Химическая Энциклопедия // Под ред. И.Л. Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, с.508.)A known method of producing silicon, based on the restoration of the melt of silicon dioxide by carbon at a temperature of at least 1800 ° C, followed by acid treatment. (Chemical Encyclopedia // Ed. By I.L. Knunyants. - M .: Soviet Encyclopedia, 1990, v. 2, p. 508.)
Недостатком данного способа является низкая чистота конечного продукта.The disadvantage of this method is the low purity of the final product.
Известен способ получения кремния, включающий введение в кремнийсодержащий расплав твердого диоксида кремния с образованием монооксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния углеродным восстановителем, при этом в качестве кремнийсодержащего расплава используют диоксид кремния, в который вводят смесь порошков диоксида кремния с элементарным кремнием, взятых в стехиометрическом соотношении, а в качестве углеродного восстановителя используется метан (патент RU №2327639, М. кл. С01В 33/027, опубл. 27.06.2008).A known method of producing silicon, comprising introducing solid silicon dioxide into a silicon-containing melt to form silicon monoxide and then reducing silicon monoxide to elemental silicon with a carbon reducing agent, using silicon dioxide as a silicon-containing melt, into which a mixture of silicon dioxide and elemental silicon powders taken in a stoichiometric ratio, and methane is used as a carbon reducing agent (Patent RU No. 22327639, M. class C.01B 33/027, publ. 06.27.200 8).
Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:
- использование высокочистого кремния в качестве сырьевого материала;- the use of high-purity silicon as a raw material;
- загрязнение кремния углеродом, содержащимся в метане;- contamination of silicon with carbon contained in methane;
- необходимость соблюдать стехиометрическое соотношение компонентов реакции.- the need to observe a stoichiometric ratio of the components of the reaction.
Известен способ получения кремния, включающий получение монооксида кремния из диоксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния с использованием метана, при этом монооксид кремния получают термической диссоциацией диоксида кремния в электродуговой плазме в атмосфере водорода, а восстановление монооксида кремния до элементарного кремния проводят в электродуговой плазме с использованием метана в смеси с водородом при содержании метании 5-10% по объему (патент на изобретение RU 2367600 С1, М. кл. С01В 33/023, опубл. 20.09.2009 - прототип).A known method of producing silicon, including the preparation of silicon monoxide from silicon dioxide and the subsequent reduction of silicon monoxide to elemental silicon using methane, the silicon monoxide obtained by thermal dissociation of silicon dioxide in an electric arc plasma in a hydrogen atmosphere, and the reduction of silicon monoxide to elemental silicon is carried out in an electric arc plasma using methane in a mixture with hydrogen with a throwing content of 5-10% by volume (patent for invention RU 2367600 C1, M. cl. С01В 33/023 , publ. 09/20/2009 - prototype).
Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:
- малая производительность процесса, которая ограничена небольшим объемом электродуговой плазмы;- low productivity of the process, which is limited by a small amount of electric arc plasma;
- необходимость соблюдения пропорции в смеси метана и водорода;- the need to maintain proportions in a mixture of methane and hydrogen;
- невысокая степень извлечения кремния из диоксида кремния (порядка 86%).- a low degree of extraction of silicon from silicon dioxide (about 86%).
Техническим результатом изобретения является упрощение способа, повышение его производительности и экономичности.The technical result of the invention is to simplify the method, increase its productivity and profitability.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кремния, включающем получение монооксида кремния из диоксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния с использованием метана, согласно заявляемому изобретению непосредственно в расплав диоксида кремния при температуре не менее 2000°C вводят метан в смеси с водяным паром и создают над расплавом избыточное давление парогазовой смеси.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing silicon, which includes the preparation of silicon monoxide from silicon dioxide and the subsequent reduction of silicon monoxide to elemental silicon using methane, according to the claimed invention, methane is introduced directly into the silicon dioxide melt at a temperature of at least 2000 ° C in a mixture with water vapor and create over the melt overpressure of the vapor-gas mixture.
Пример осуществления способаAn example of the method
В качестве исходного материала используется диоксид кремния, очищенный от примесей металлов и неметаллов. В тигель емкостью от 0.5 до 80 т при температуре не менее 2000°C заливают расплав диоксида кремния и закрывают тигель крышкой с дренажным парогазовым клапаном для создания условий поддержания в газовой фазе над расплавом избыточного давления не менее 2,0 МПа. Затем внутрь расплава диоксида кремния по газотранспортной системе трубопроводов подается смесь водяного пара и метана ("дутье"). Под воздействием температуры расплава в смеси водяного пара и метана внутри расплава происходит химическая реакция, известная под названием "Паровая конверсия метана" (ПКМ) с получением водорода, в том числе атомарного, и окислов углерода:Silicon dioxide purified from impurities of metals and nonmetals is used as a starting material. A silica melt is poured into a crucible with a capacity of 0.5 to 80 t at a temperature of at least 2000 ° C and the crucible is closed with a lid with a steam and gas drain valve to create conditions for maintaining an overpressure of at least 2.0 MPa in the gas phase above the melt. Then, a mixture of water vapor and methane ("blast") is fed into the silicon dioxide melt through a gas pipeline system. Under the influence of the temperature of the melt in a mixture of water vapor and methane inside the melt, a chemical reaction occurs, known as the "Steam Methane Conversion" (PCM) to produce hydrogen, including atomic, and carbon oxides:
CH4+2H2O=CO2+8H (4H2)CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 8H (4H 2 )
Окислы углерода не взаимодействуют с расплавом и под действием "Архимедовой" силы покидают расплав. Полученный внутри расплава водород взаимодействует с расплавом диоксида кремния, восстанавливая кремний:Carbon oxides do not interact with the melt and leave the melt under the influence of the "Archimedean" force. The hydrogen obtained inside the melt interacts with the silicon dioxide melt, reducing silicon:
SiO2+2H2=Si+2H2OSiO 2 + 2H 2 = Si + 2H 2 O
В связи с тем, что процесс восстановления растянут во времени по мере поступления водорода, то сначала диоксид кремния восстанавливается водородом до элементарного кремния, который в свою очередь реагирует в расплаве с диоксидом кремния с получением монооксида кремния:Due to the fact that the recovery process is stretched in time as hydrogen arrives, first the silicon dioxide is reduced by hydrogen to elemental silicon, which in turn reacts in the melt with silicon dioxide to produce silicon monoxide:
Si+SiO2=2SiOSi + SiO 2 = 2SiO
Полученный в результате реакции монооксид кремния под воздействием избыточного давления над расплавом не возгоняется в газообразное состояние, а остается в жидкой фазе в расплаве и взаимодействует с водородом, восстанавливая кремний:The resulting silicon monoxide under the influence of excess pressure above the melt does not sublimate to the gaseous state, but remains in the liquid phase in the melt and interacts with hydrogen, restoring silicon:
SiO+H2=Si+H2OSiO + H2 = Si + H2O
Поскольку кремний с водородом напрямую химически не взаимодействует, то индикатором окончания реакции восстановления кремния служит замещение водородом в газовой фазе над расплавом других продуктов реакции восстановления кремния.Since silicon does not directly interact with hydrogen chemically, substitution of hydrogen in the gas phase over the melt of other products of the silicon reduction reaction serves as an indicator of the end of the silicon reduction reaction.
На выходе парогазовой смеси из дренажного парогазового клапана весь период процесса работает горелка. Значительное усиление пламени горелки говорит о дожигании водорода, т.е. о завершении процесса восстановления кремния.At the outlet of the gas-vapor mixture from the drainage gas-vapor valve, the burner works for the entire period of the process. A significant increase in the burner flame indicates afterburning of hydrogen, i.e. about the completion of the silicon reduction process.
Заявляемый способ позволяет получать кремний с низким содержанием примесей, в том числе углерода и кислорода. Снижение себестоимости конечного продукта достигается за счет возможности производить кремний в больших количествах и простоты технологического процесса, а также за счет минимальных затрат на утилизацию побочных продуктов реакции восстановления кремния, таких как вода и окислы углерода. Удешевление процесса достигается уменьшением расхода водорода на единицу массы производимого кремния, а также ненадобностью точного метрологического оборудования для обеспечения стехиометрического соотношения массы диоксида кремния и восстановителя. Кроме того, степень извлечения кремния из диоксида кремния по заявляемому способу значительно выше, чем у способа-прототипа и достигает 93-95% за счет того, что монооксид кремния под воздействием избыточного давления над расплавом не возгоняется в газообразное состояние, а остается в жидкой фазе в расплаве и взаимодействует с водородом, восстанавливая кремний.The inventive method allows to obtain silicon with a low content of impurities, including carbon and oxygen. Reducing the cost of the final product is achieved due to the ability to produce silicon in large quantities and the simplicity of the process, as well as due to the minimum cost of recycling by-products of the silicon reduction reaction, such as water and carbon oxides. Cheaper process is achieved by reducing the consumption of hydrogen per unit mass of silicon produced, as well as the unnecessary precision metrological equipment to ensure a stoichiometric ratio of the mass of silicon dioxide and reducing agent. In addition, the degree of extraction of silicon from silicon dioxide according to the claimed method is significantly higher than that of the prototype method and reaches 93-95% due to the fact that silicon monoxide under the influence of excessive pressure above the melt does not sublimate to the gaseous state, but remains in the liquid phase in the melt and interacts with hydrogen, reducing silicon.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138937/05A RU2542274C1 (en) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Method for preparing silicon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138937/05A RU2542274C1 (en) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Method for preparing silicon |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2542274C1 true RU2542274C1 (en) | 2015-02-20 |
RU2013138937A RU2013138937A (en) | 2015-02-27 |
Family
ID=53279332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013138937/05A RU2542274C1 (en) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Method for preparing silicon |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542274C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2327639C2 (en) * | 2006-08-22 | 2008-06-27 | Борис Георгиевич Грибов | Method of producing high purity silicon |
RU2367600C1 (en) * | 2008-04-16 | 2009-09-20 | Борис Георгиевич Грибов | Method for preparation of high-purity silicon |
-
2013
- 2013-08-20 RU RU2013138937/05A patent/RU2542274C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2327639C2 (en) * | 2006-08-22 | 2008-06-27 | Борис Георгиевич Грибов | Method of producing high purity silicon |
RU2367600C1 (en) * | 2008-04-16 | 2009-09-20 | Борис Георгиевич Грибов | Method for preparation of high-purity silicon |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013138937A (en) | 2015-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
MX2009012456A (en) | Process for the manufacture of p4o6. | |
CN108147406A (en) | A kind of method for purifying Delanium | |
JP2015533827A5 (en) | ||
CN107416841B (en) | Method and device for producing silicon tetrachloride | |
CN106744730A (en) | Gallium oxide, gallium nitride nano-powder are prepared by raw material two-step method of gallium | |
UA106349C2 (en) | Removing of liquid slug and alkali from synthesis gas | |
JP2018131351A (en) | Method for recovering co2 in air to separate carbon | |
RU2542274C1 (en) | Method for preparing silicon | |
JP2009057240A (en) | Method for producing high purity silicon | |
US3019087A (en) | Purification of silane | |
WO2012064046A3 (en) | Apparatus for manufacturing fine powder of high purity silicon. | |
JPH04318920A (en) | Vapor crystal growth device | |
JP2010540211A (en) | Carbon-based material decomposition method, composition and system thereof | |
CN107055552B (en) | A kind of purification method of silicon tetrachloride and application | |
WO2019131600A1 (en) | Method for producing tetraalkoxysilane using calcium oxide | |
CN101973553B (en) | Method for producing high-purity silicon tetrafluoride by using fluosilicic acid | |
JP6039474B2 (en) | Method for producing alkaline earth metal imide | |
JP2014047117A (en) | Method of producing lithium oxide | |
JP2008081387A (en) | Manufacturing method of high purity silicon | |
JPS62123009A (en) | Production of silicon and production unit therefor | |
RU2707053C1 (en) | Method of cleaning metallurgical silicon from carbon | |
JP6286573B2 (en) | Method for producing silicon dioxide particles | |
JP2019119614A (en) | Method for producing high-purity boron trichloride | |
JP2007246342A (en) | Method for producing hydrogen selenide | |
RU2385291C1 (en) | Method of production of high purity crystal silicon (versions) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170821 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200826 |