UA80662C2 - Method for preparation of silicium, method for separation of silicium from fusion of salts and method for preparation of silicium tetrafluoride - Google Patents
Method for preparation of silicium, method for separation of silicium from fusion of salts and method for preparation of silicium tetrafluoride Download PDFInfo
- Publication number
- UA80662C2 UA80662C2 UAA200700624A UAA200700624A UA80662C2 UA 80662 C2 UA80662 C2 UA 80662C2 UA A200700624 A UAA200700624 A UA A200700624A UA A200700624 A UAA200700624 A UA A200700624A UA 80662 C2 UA80662 C2 UA 80662C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- silicon
- melt
- differs
- carried out
- tetrafluoride
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 144
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 135
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 91
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 29
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 18
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 5
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 36
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 22
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 20
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 17
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 22
- 238000009738 saturating Methods 0.000 abstract description 3
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 7
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical compound F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H uranium hexafluoride Chemical compound F[U](F)(F)(F)(F)F SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001621721 Ziba Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical class Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000004754 hydrosilicons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- SHXXPRJOPFJRHA-UHFFFAOYSA-K iron(iii) fluoride Chemical compound F[Fe](F)F SHXXPRJOPFJRHA-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- YAFKGUAJYKXPDI-UHFFFAOYSA-J lead tetrafluoride Chemical compound F[Pb](F)(F)F YAFKGUAJYKXPDI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- YTHCQFKNFVSQBC-UHFFFAOYSA-N magnesium silicide Chemical group [Mg]=[Si]=[Mg] YTHCQFKNFVSQBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021338 magnesium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- JOHWNGGYGAVMGU-UHFFFAOYSA-N trifluorochlorine Chemical compound FCl(F)F JOHWNGGYGAVMGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
- C01B33/10705—Tetrafluoride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B7/00—Halogens; Halogen acids
- C01B7/19—Fluorine; Hydrogen fluoride
- C01B7/20—Fluorine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/24—Halogens or compounds thereof
- C25B1/245—Fluorine; Compounds thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/34—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of metals not provided for in groups C25C3/02 - C25C3/32
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
- C25C5/04—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from melts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Цей винахід стосується технологій одержання рідких металів і неметалів, а саме: виробництва 2 електролітично чистого, придатного для використання в сонячній енергетиці й у напівпровідниковій техніці, порошку силіцію, а саме способів відновлення силіцію з газоподібного тетрафлуориду силіцію, а також технології одержання тетрафлуориду силіцію.This invention relates to technologies for the production of liquid metals and non-metals, namely: the production of 2 electrolytically pure, suitable for use in solar energy and semiconductor technology, silicon powder, namely, methods of reducing silicon from gaseous silicon tetrafluoride, as well as technology for the production of silicon tetrafluoride.
Технічний силіцій одержують у промисловому масштабі карботермічним відновленням кварцових пісків вуглецем. Такий металургійний силіцій є забрудненим домішками і непридатним для використання у 70 напівпровідниковій техніці та у виробництві сонячних батарей.Technical silicon is obtained on an industrial scale by carbothermic reduction of quartz sands with carbon. Such metallurgical silicon is contaminated with impurities and unsuitable for use in semiconductor technology and in the production of solar cells.
Напівпровідниковий силіцій одержують із технічного (металургійного матеріалу шляхом хлорування тонко здрібненого порошку силіцію безвод "им хлорводнем з наступним очищенням хлорсиланів, що утворилися в процесі хлорування, методом ректифікації до необхідної чистоти див. книгу Фальсевич З.С., и др. Технология полупроводникового кремния., М.: Металлургия, 19921. У деяких країнах напівпровідниковий силіцій одержують 72 сплавленням технічного силіцію з магнієм, розкладанням силіциду магнію, наступним низько температурним ректифікаційним очищенням моносилану і його термічним розкладанням |див. книгу Белов И.П. и др. Моносилан в технологии полупроводниковьїх материалов. М.: НИИТЗХиИм., 1989). Зазначені способи мають багато стадій, мають низькі безпосередні виходи товарної продукції тобто собівартість отриманого цими технологіями напівпровідникового силіцію дуже висока, при цьому мають місце більш значні викиди хімічно шкідливим речовин у навколишнє середовище. Все це стало передумовами для пошуку інших технологій виробництва високочистого напівпровідникового силіцію. Одним з таких видів технологій є технології одержання напівпровідникового силіцію на основі тетрафлуориду силіцію.Semiconductor silicon is obtained from technical (metallurgical) material by chlorination of finely ground silicon powder with anhydrous hydrogen chloride followed by purification of the chlorosilanes formed in the chlorination process by the method of rectification to the required purity, see the book Z.S. Falsevych, et al. Semiconductor silicon technology. , M.: Metallurgy, 19921. In some countries, semiconductor silicon is obtained 72 by fusion of technical silicon with magnesium, decomposition of magnesium silicide, subsequent low-temperature rectification purification of monosilane and its thermal decomposition | see the book by I.P. Belov et al. Monosilane in Technology of Semiconductor Materials. M.: NIITZhIm., 1989). These methods have many stages, have low direct yields of commercial products, i.e. the cost price of the semiconductor silicon obtained by these technologies is very high, at the same time there are more significant emissions of chemically harmful substances into the environment. All this became prerequisites for the search for other technologies for the production of high-purity semiconductor silicon. One of these types of technologies is the technology of obtaining semiconductor silicon based on silicon tetrafluoride.
Є відомим спосіб одержання дрібнодисперсного порошку силіцію з газоподібного тетрафлуориду силіціюThere is a known method of obtaining finely dispersed silicon powder from gaseous silicon tetrafluoride
Їдив. КО 2066296, МПК СО1833/03, опубл. 10.09.96), виділеного з відходів виробництва гексафлуориду урану, с якими є Ма»зігв. В основі зазначеного способу - розкладання газоподібного тетрафлуориду силіцію під дією Ге) лазерного випромінювання. При здійсненні способу використовують потужне безперервне випромінюванняwent KO 2066296, IPC SO1833/03, publ. 10.09.96), isolated from the wastes of uranium hexafluoride production, with which Ma»zigv. The basis of this method is the decomposition of gaseous silicon tetrafluoride under the action of He) laser radiation. When implementing the method, powerful continuous radiation is used
СО»-лазеру (2-10кВт), уведеного в реакційну камеру (замкнутий об'єм), у якому одночасно створюють циркуляцію газоподібного тетрафлуориду силіцію й водню, що зв'язує флуор у процесі розпаду БІГ.CO"-laser (2-10 kW), introduced into the reaction chamber (closed volume), in which the circulation of gaseous silicon tetrafluoride and hydrogen is simultaneously created, which binds fluorine in the process of BIG decomposition.
Спосіб одержання силіцію з тетрафлуориду силіцію з допомогою лазерної технології при використанні сч відходів виробництва гексафлуориду урану дозволяє одержати чистий силіцій при його невисокій собівартості. Ге)The method of obtaining silicon from silicon tetrafluoride with the help of laser technology when using waste from the production of uranium hexafluoride makes it possible to obtain pure silicon at a low cost. Gee)
Однак чистота такого силіцію складає приблизно 9995, що є недостатнім для його застосування в сонячній енергетиці або в напівпровідниковій техніці. ее,However, the purity of such silicon is approximately 9995, which is insufficient for its use in solar energy or in semiconductor technology. eh
Відома технологія одержання напівпровідникового силіцію, зокрема, силіцію для сонячних батарей |див. КИ Га») 2035397, МПК СО1833/02. опубл. 20.05.1995), що включає серію газотранспортних реакцій з використанням 3о тетрафлуориду силіцію, з якого в результаті його взаємодії з деіїонізованою водою одержують со кремнієфлуористоводну кислоту. Силіцій одержують, відновлюючи його при кімнатній температурі із кремнієфлуористоводневої кислоти атомарним воднем.The known technology for obtaining semiconductor silicon, in particular, silicon for solar batteries | see KY Ha") 2035397, IPC SO1833/02. published 20.05.1995), which includes a series of gas transport reactions using 3o silicon tetrafluoride, from which, as a result of its interaction with deionized water, hydrosilicon hydrofluoric acid is obtained. Silicon is obtained by reducing it at room temperature from silicohydrofluoric acid with atomic hydrogen.
Основним недоліком цієї технології є низький відсоток виходу силіцію. Оскільки атомарний водень швидко « втрачає атоматизацію, процес відновлення силіцію при кімнатній температурі стає неможливим. Ця причина З 70 перешкоджає використанню цього способу в промислових цілях. с В якості прототипу способу одержання високочистого порошку силіцію з одночасним одержаннямThe main disadvantage of this technology is the low percentage of silicon yield. Since atomic hydrogen quickly "loses atomization, the process of reducing silicon at room temperature becomes impossible. This reason C 70 prevents the use of this method for industrial purposes. c As a prototype method of obtaining high-purity silicon powder with simultaneous production
Із» елементного флуору прийнято спосіб одержання металевого силіцію, який описано у (патенті КИ 2156220 (МПКFrom" elemental fluorine, a method of obtaining metallic silicon is adopted, which is described in (patent KI 2156220 (MPK
СО1833/00) опубл. 20.09.2000). Прототип характеризується тим, що силіцій виділяють із розчину металевого силіцію. Для одержання такого розчину діоксид силіцію 5іО 5», що входить у склад кремнезему або кварцового піску, з'єднують із трифлуорхлором (СІРЕ), і в результаті реакції одержують вміщуючі силіцій сполуки флуору й бо хлору - тетрафлуорид силіцію Біб; і тетрахлорид силіцію 5іСіІ.. Ці сполуки піддають електролітичному ав! розкладанню в апектролізері з рідкі// м низкоплавким катодом, у якості якого застосовують розплав металу, зокрема цинку. У результаті електролізу одержують: на аноді суміш флуору й хлору, а катод, тобто розплав б цинку, поглинає металевий силіцій, що виділився з вищезазначених вміщуючих силіцій сполук, і як розчинСО1833/00) publ. 09/20/2000). The prototype is characterized by the fact that silicon is extracted from a solution of metallic silicon. To obtain such a solution, silicon dioxide 5iO 5", which is part of silica or quartz sand, is combined with trifluorochlorine (SIRE), and as a result of the reaction, silicon-containing compounds of fluorine and chlorine are obtained - silicon tetrafluoride Bib; and silicon tetrachloride 5iSiI.. These compounds are subjected to electrolytic av! decomposition in an apectrolyzer with a liquid // m low-melting cathode, as which metal melt, in particular zinc, is used. As a result of electrolysis, a mixture of fluorine and chlorine is obtained at the anode, and the cathode, i.e., zinc melt, absorbs metallic silicon, which was released from the above-mentioned silicon-containing compounds, and as a solution
Ге»! 20 металевого силіцію піддається подальшій переробці з метою одержання силіцію як товарного продукту.Gee! 20 metallic silicon is subjected to further processing in order to obtain silicon as a commercial product.
Спосіб з (патенту КО 2156220| забезпечує одержання високочистого полікристалічного силіцію. Однак о широкого промислового застосування цей спосіб не одержав. Однією із причин цього стало те, що при використанні цинкового катода має місце низька розчинність силіцію в розплаві цинку. У підсумку процес, що характеризується вакуумнотермічним відгоном силіцію з розплаву цинку, при низькій концентрації в розплаві 25 силіцію, вимагає багаторазового насичення розплаву, що значно збільшує вартість готового продукту.The method from (patent KO 2156220| ensures the production of highly pure polycrystalline silicon. However, this method did not find wide industrial application. One of the reasons for this was that when using a zinc cathode, the solubility of silicon in the zinc melt is low. As a result, the process characterized by vacuum-thermal distillation of silicon from the zinc melt, with a low concentration of 25 silicon in the melt, requires multiple saturation of the melt, which significantly increases the cost of the finished product.
ГФ) Ще одним недоліком прототипу є періодичність процесу. Для того, щоб виділити силіцій з розплаву рідкого катода, необхідно на певному етапі, и о характеризується достатнім насиченням розплаву катода частками о силіцію, зупинити електроліз, розплав із кремнієм направити на стадію виділення силіцію, а електролітичний апарат заповнити новим розплавом цинку, і тільки по завершенні всіх цих процедур продовжити процес. Крім 60 того, недоліком відомого способу є те, що крім флуору на аноді виділяється газоподібний хлор. Незважаючи на те, що, як відзначено у формулі й в описі винаходу по (патенті КО 2156220), ЇЇ той й інший елементи, що виділилися на аноді, транспортують на виділення силіцію із кремніевміщуючої сировини, тобто ці елементи є оборотними, необхідність відокремлення одного елемента від іншого ускладнює технологію, збільшує апаратний її супровід й у підсумку веде до подорожчання готового продукту. бо У більшості відомих рішень при одержанні полікристалічного силіцію електролітичним способом із сольових розплавів відновлений силіцій осаджується на катоді і далі видобувається очищенням поверхні катода від осаду силіцію (див. КО 1416060, МПК С25С3/00, опубл. 07.08.88; див. авт. св-во Мо460326 і т.д). Відомі також технології, при яких здійснюють витяг силіцію з електроліту, при його спливанні на поверхні розплаву, або навпаки, при осадженні його у вигляді осаду на дні електролітичної ванни |див. наприклад, патент КО 2145646,GF) Another disadvantage of the prototype is the periodicity of the process. In order to isolate silicon from the liquid cathode melt, it is necessary at a certain stage, characterized by sufficient saturation of the cathode melt with silicon particles, to stop the electrolysis, send the silicon melt to the silicon extraction stage, and fill the electrolytic apparatus with a new zinc melt, and only after after completing all these procedures continue the process. In addition, the disadvantage of the known method is that, in addition to fluorine, gaseous chlorine is released at the anode. Despite the fact that, as noted in the formula and in the description of the invention according to (patent KO 2156220), these and other elements separated at the anode transport silicon from the silicon-containing raw material to be separated, that is, these elements are reversible, the need to separate one element on the other hand, it complicates the technology, increases its hardware support and ultimately leads to an increase in the price of the finished product. because in most of the known solutions for obtaining polycrystalline silicon by electrolytic method from salt melts, the reduced silicon is deposited on the cathode and further extracted by cleaning the surface of the cathode from silicon sediment (see KO 1416060, МПК С25С3/00, publ. 07.08.88; see author of St. -in Mo460326, etc.). There are also known technologies in which silicon is extracted from the electrolyte, when it floats on the surface of the melt, or vice versa, when it is deposited in the form of sediment at the bottom of the electrolytic bath | see for example, KO patent 2145646,
МПК С2581/00, опубл. 20.02.2000). Основним недоліком цих методів є висока трудомісткість витягу силіцію, що істотно підвищує вартість готового продукту.IPC C2581/00, publ. 20.02.2000). The main disadvantage of these methods is the high labor intensity of silicon extraction, which significantly increases the cost of the finished product.
Як прототип способу відокремлення силіцію від розплаву солей узято рішення з (патенту КО 2156220 МПКAs a prototype of the method of separating silicon from molten salts, a decision was made from (patent KO 2156220 IPC
СО1833/00, опубл. 20.09.2000, відповідно до якого металевий силіцій одержують перекристалізацією силіцію 7/0 розпарюванням при зниженому тиску з розчину силіцію в розплаві цинку Зазначений спосіб забезпечує одержання високочистого силіцію, однак він може застосовуватися лише при виділенні силіцію з розплаву металу, і не може застосовуватися при виділенні силіцію із сольових розплавів, а також є більш дорогим, ніж запропонований спосіб за винаходом.СО1833/00, publ. 20.09.2000, according to which metallic silicon is obtained by recrystallization of silicon 7/0 by evaporation under reduced pressure from a solution of silicon in a zinc melt. The specified method ensures the production of high-purity silicon, but it can only be used in the extraction of silicon from a metal melt, and cannot be used in the extraction silicon from salt melts, and is also more expensive than the proposed method of the invention.
Є відомими способи одержання тетрафлуориду силіцію шляхом синтезу його з діоксиду силіцію й вміщуючих 7/5 Флуор реагентів, наприклад, флуориду натрію, флуористого водню, флуористого свинцю та ін. Всі ці способи вимагають застосування хімічно отриманих реагентів, що призводить до додаткових витрат матеріальних та енергетичних засобів.There are known methods of obtaining silicon tetrafluoride by synthesizing it from silicon dioxide and reagents containing 7/5 fluorine, for example, sodium fluoride, hydrogen fluoride, lead fluoride, etc. All these methods require the use of chemically obtained reagents, which leads to additional costs of material and energy resources.
Є відомим спосіб одержання тетрафлуориду силіцію з розчину кремнієфлуористоводневої кислоти (|див. патент КО 2046095, МПК СО1833/10, опубл. 20.10.95), що включає взаємодію розчину цієї кислоти з розчином органічної основи з утворенням солі кремнієфлуористоводневої кислоти. Отриману сіль промивають, сушать і здійснюють її розкладання обробкою концентрованою мінеральною кислотою й після стадії розкладання виконують відокремлення отриманого тертрафлуориду силіцію від флуористого водню.There is a known method of obtaining silicon tetrafluoride from a solution of silicohydrofluoric acid (see patent KO 2046095, МПК СО1833/10, publ. 20.10.95), which includes the interaction of a solution of this acid with a solution of an organic base to form a salt of silicohydrofluoric acid. The obtained salt is washed, dried and decomposed by treatment with concentrated mineral acid, and after the decomposition stage, the resulting silicon tetrafluoride is separated from hydrogen fluoride.
Як прототип способу одержання тетрафлуориду силіцію узято рішення з (патенту ЗВ 1080662, МПКAs a prototype of the method of obtaining silicon tetrafluoride, a decision was made from (patent ZV 1080662, IPC
СО1833/08, опубл. 23.08.67), відповідно до якого тетрафлуорид силіцію одержують із діоксиду силіцію впливом сч ов на нього флуористим воднем.СО1833/08, publ. 23.08.67), according to which silicon tetrafluoride is obtained from silicon dioxide by treating it with hydrogen fluoride.
Основним недоліком прототипу є екологічна небезпека технології, а також те, що одержуваний тетрафлуорид і) силіцію характеризується більшим вмістом домішок, що робить його непридатним для використання в технології виробництва напівпровідникового силіцію.The main drawback of the prototype is the environmental hazard of the technology, as well as the fact that the obtained silicon tetrafluoride is characterized by a higher content of impurities, which makes it unsuitable for use in semiconductor silicon production technology.
Метою вищезгаданої групи винаходів є розробка ефективної й екологічно безпечнішої технології одержання с зо електролітично чистого й відносно недорогого напівпровідникового силіцію з одночасним одержанням високочистих тетрафлуориду силіцію й елементного флуору, які можуть бути задіяні у заявленому способі ісе) одержання напівпровідникового силіцію в якості оборотної хімічної сполуки та хімічного елемента, і можуть Ге бути товарною продукцією з високими якісними характеристиками.The purpose of the above-mentioned group of inventions is to develop an efficient and environmentally safer technology for obtaining electrolytically pure and relatively inexpensive semiconductor silicon with the simultaneous production of high-purity silicon tetrafluoride and elemental fluorine, which can be used in the claimed method (i.e.) of obtaining semiconductor silicon as a reversible chemical compound and chemical element, and they can be commercial products with high quality characteristics.
Цю мету досягають тим, що в способі одержання силіцію з тетрафлуориду силіцію з одночасним одержанням оThis goal is achieved by the fact that in the method of obtaining silicon from silicon tetrafluoride with simultaneous obtaining of
Зв елементного флуору шляхом електролізу й з виділенням елементного флуору на аноді, відповідно до винаходу со в процесі електролізу здійснюють електролітичне розкладання розплаву евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів, насиченого тетрафлуоридом силіцію. Силіцій, що виділився у вигляді суспензії порошку силіцію й електроліту, яким є вищевказаний розплав евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів, виводять із електролізеру. Після виділення суспензії, тобто поза електролізером, здійснюють «From elemental fluorine by electrolysis and with the separation of elemental fluorine at the anode, according to the invention, in the process of electrolysis, electrolytic decomposition of the eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of alkali metals, saturated with silicon tetrafluoride, is carried out. The silicon released in the form of a suspension of silicon powder and electrolyte, which is the above eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of alkali metals, is removed from the electrolyzer. After the separation of the suspension, i.e. outside the electrolyzer, carry out "
Відокремлення порошку силіцію від розплаву евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів. з с Технічним результатом заявленого способу є можливість реалізувати виробництво силіцію у безперервному режимі, з високим виходом готової продукції та її високою якістю. Цей результат обумовлений наступними з відмінними рисами.Separation of silicon powder from the eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of alkali metals. The technical result of the claimed method is the possibility to realize the production of silicon in a continuous mode, with a high yield of finished products and their high quality. This result is due to the following distinctive features.
По-перше, у заявленій технології, яку можна охарактеризувати як флуоридну технологію одержання Напівпровідникового силіцію, відмінною рисою заявленого способу є те, що в процесі одержання високочистого о силіцію використовують розплав евтектики потрійних систем флуоридних солей певних лужних металів, тобто хімічні сполуки, що містять флуор, і насичення цього розплаву здійснюють тетрафлуоридом силіцію, тобто о хімічною сполукою, що також містить флуор. Це дозволяє протягом однієї стадії одержати високоякіснийFirstly, in the claimed technology, which can be characterized as a fluoride technology for obtaining semiconductor silicon, a distinctive feature of the claimed method is that in the process of obtaining high-purity silicon, a eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of certain alkali metals is used, that is, chemical compounds containing fluorine , and the saturation of this melt is carried out with silicon tetrafluoride, that is, with a chemical compound that also contains fluorine. This allows to obtain high-quality during one stage
Ге» електролітично чистий напівпровідниковий силіцій і високочистий елементний флуор, вартість яких буде значно нижче, ніж вартість цих речовин, отриманих по відомих технологіях.Ge" electrolytically pure semiconductor silicon and highly pure elemental fluorine, the cost of which will be significantly lower than the cost of these substances obtained by known technologies.
Ме, Ще однією відмінною рисою способу одержання силіцію є те, що для виділення продукту не потрібноMe, Another distinctive feature of the method of obtaining silicon is that it is not necessary to isolate the product
Ге зупиняти процес електролізу, виділення порошку силіцію в суміші з розплавом електроліту може бути безперервним. Для відтворення цього рішення достатньо організувати постійне поповнення електролізеру розплавом солей (тобто електролітом). Це може бути виконано будь-яким способом. Однак переважним вв способом є той, при якому розплав евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів після відокремлення порошку силіцію направляють на повторне використання в процесі електролізу, тим самимTo stop the electrolysis process, the release of silicon powder mixed with the electrolyte melt can be continuous. To reproduce this solution, it is enough to organize the constant replenishment of the electrolyzer with molten salts (that is, electrolyte). This can be done in any way. However, the preferred method is the one in which the eutectic melt of the ternary systems of fluoride salts of alkali metals, after separating the silicon powder, is sent for reuse in the electrolysis process, thereby
Ф) замикаючи процес і забезпечуючи безвідхідне виробництво. Також при виділенні з електролізеру суспензії ка порошку силіцію й електроліту переважним є забір цієї суспензії в електролізері, який здійснюють в його міжполюсному зазорі. При таких варіантах способу виділення електролітично отриманого силіцію бо бупроводжується зливанням електроліту й постійним його поповненням, тобто електроліт по суті є проточним, але завдяки тому, що забір суспензії здійснюють у міжполюсному зазорі електролізеру, електроліт піддається "плину" не в повному об'ємі, а "вибраною" частиною, тобто постійно виводиться із процесу той об'єм (та частина), що являє собою суспензію з найбільшою концентрацією порошку, що виділився. Це забезпечує безперервний й ефективний протягом усього процесу електроліз, оскільки своєчасне і постійне виділення із 65 Зони, де йде процес, тієї частини електроліту, що найбільшою мірою містить порошок вже відновлених елементів, робить мінімальним ризик зворотного розпаду на іони продукту, що виділився. Крім того відновлений силіцій не осаджується на катоді, а вчасно й безперервно виводиться із процесу електролізу, порошок відновленого силіцію не нашаровується на поверхні катода, що сприяє стабільності його роботи, г отже і підвищенню ефективності процесу розрядження на катоді нових і нових іонів.F) closing the process and ensuring waste-free production. Also, when extracting a suspension of silicon powder and electrolyte from the electrolyzer, it is preferable to take this suspension in the electrolyzer, which is carried out in its interpolar gap. In such variants of the method of isolation of electrolytically obtained silicon, it is carried out by draining the electrolyte and its constant replenishment, that is, the electrolyte is essentially flowing, but due to the fact that the suspension is taken in the interpolar gap of the electrolyzer, the electrolyte is subjected to "flow" not in full volume, but the "selected" part, that is, the volume (that part) that is a suspension with the highest concentration of the separated powder is constantly removed from the process. This ensures continuous and effective electrolysis throughout the entire process, since the timely and constant separation from the 65 Zone, where the process is taking place, of that part of the electrolyte that contains the powder of the already reduced elements to the greatest extent, minimizes the risk of reverse decomposition into ions of the separated product. In addition, the reduced silicon is not deposited on the cathode, but is timely and continuously removed from the electrolysis process, the powder of reduced silicon does not layer on the surface of the cathode, which contributes to the stability of its work, thus increasing the efficiency of the discharge process of new and new ions at the cathode.
Крім того, безперервності виділення суспензії порошку силіцію й електроліту сприяє ще й те, що щільність електроліту з виділеним порошком силіцію є меншою, ніж щільність електроліту без порошку, тобто відбувається видавлювання суспензії стовпом електроліту.In addition, the continuity of the separation of the suspension of silicon powder and electrolyte is also facilitated by the fact that the density of the electrolyte with the separated silicon powder is lower than the density of the electrolyte without the powder, that is, the suspension is squeezed out by the electrolyte column.
Спосіб є найбільш технологічним, коли в якості розплаву евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів використовують розплав евтектики наступної сполуки: ГіІБ-КЕ-Мак, і виконують електроліз при 7/0 температурі 45020-6009С. Такий сольовий розплав є переважним, виходам и з того, що температура плавлення вихідних компонентів розплаву є нижчою за температуру плавлення силіцію, при цьому температурний режим є найбільш оптимальним для електролізу й процесу виділення порошку силіцію.The method is the most technological, when the eutectic melt of the following compound is used as the eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of alkali metals: GiIB-KE-Mak, and electrolysis is performed at 7/0 temperature 45020-6009C. Such a salt melt is preferable, also due to the fact that the melting temperature of the original components of the melt is lower than the melting temperature of silicon, while the temperature regime is the most optimal for electrolysis and the process of separating silicon powder.
У певних випадках реалізації винаходу розплав евтектики флуоридних солей ГІБ-КЕ-Маг насичують тетрафлуоридом силіцію в межах 2-35956 мас по Біг. При цьому параметр нижче 295 вимагає подачі дуже 75 Високої напруги, що економічно недоцільно, а параметр вище 3595 призводить до підвищення температури плавлення евтектики флуоридних солей, що також є небажаним.In certain cases of the implementation of the invention, the eutectic melt of the GIB-KE-Mag fluoride salts is saturated with silicon tetrafluoride in the range of 2-35956 mass by Big. At the same time, a parameter below 295 requires the supply of a very high voltage, which is economically impractical, and a parameter above 3595 leads to an increase in the eutectic melting temperature of fluoride salts, which is also undesirable.
Ефективність електролізу зростає, якщо насичення розплаву евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів здійснюють барботуванням тетрафлуориду силіцію в розплав. Це має місце тому, що барботуванням досягається рівномірне насичення розплавленого електроліту вищим флуоридом вихідного гор елемента в газовій фазі.The efficiency of electrolysis increases if the eutectic melt saturation of ternary systems of fluoride salts of alkali metals is carried out by bubbling silicon tetrafluoride into the melt. This happens because bubbling achieves uniform saturation of the molten electrolyte with the higher fluoride of the original element in the gas phase.
Виділення суспензії порошку силіцію в суміші з електролітом у співвідношенні 2 частини порошку та 8 частин електроліту є переважним виходячи із застосовуваних методів відокремлення силіцію від електроліту.Separation of silicon powder suspension mixed with electrolyte in the ratio of 2 parts of powder to 8 parts of electrolyte is preferred based on the applied methods of separating silicon from the electrolyte.
Одним з таких методів є нижчезазначений спосіб відокремлення силіцію від розплаву солей, заявлений як самостійний винахід, і оскільки цей спосіб може знайти застосування в інших технологіях, то разом з тим, на с думку заявника, він є охороноздатним рішенням.One of these methods is the below-mentioned method of separating silicon from molten salts, claimed as an independent invention, and since this method can find application in other technologies, at the same time, in the opinion of the applicant, it is a protectable solution.
Заявлений спосіб відокремлення силіцію від розплаву солей вирішує те ж завдання, що й охарактеризований о вище спосіб одержання високочистих напівпровідникового силіцію й елементного флуору, тобто завдання одержання високочистого напівпровідникового силіцію невисокої вартості.The claimed method of separating silicon from molten salts solves the same problem as the above-described method of obtaining high-purity semiconductor silicon and elemental fluorine, i.e. the task of obtaining high-purity semiconducting silicon of low cost.
Це завдання вирішене тим, що в способі відокремлення силіцію від розплаву солей, відповідно до винаходу, Га силіцій відокремлюють від розплаву евтектики флуоридних солей ГіІР-КЕ-Мак, при цьому згаданий розплав із частками силіцію розчиняють безводним флуористим воднем, отриману сполуку із НЕ «ж (Гіг-КЕ-Манг) у вигляді о рідкої фази та із часток силіцію, які являють собою тверду фазу, фільтрують із відокремленням твердої фази у Ге) вигляді порошку силіцію, а рідку фазу направляють на відгін флуористого водню, який використовують на стадії розчинення. З метою поліпшення процесу розчинення затверділий розплав із частками силіцію перед оThis task is solved by the fact that in the method of separating silicon from the melt of salts, according to the invention, silicon Ha is separated from the melt of the eutectic of fluoride salts GiIR-KE-Mak, while the mentioned melt with particles of silicon is dissolved with anhydrous hydrogen fluoride, the resulting compound with (Hig-KE-Mang) in the form of a liquid phase and from silicon particles, which are a solid phase, are filtered with the separation of the solid phase in the form of silicon powder, and the liquid phase is directed to the distillation of hydrogen fluoride, which is used at the dissolution stage. In order to improve the dissolution process, the solidified melt with silicon particles before
Зз5 розчиненням роздрібнюють а сам процес розчинення здійснюють при температурі від -52С до к129С, при цьому об переважним результатом процесу розчинення є одержувана сполука при співвідношенні твердої фази до рідкої фази як 1:23, тобто в 23 частинах НЕ «т (ГІг-КЕ-Маг) перебуває одна частина твердих часток силіцію. Таке співвідношення, зумовлене подачею відповідної кількості безводного флуористого водню на певну кількість « розплаву із частками силіцію, є найбільш оптимальним для подальшої фільтрації сполуки та відокремлення порошку силіцію. В окремому випадку реалізації способу фільтрацію здійснюють центрифугуванням з - с використанням центрифуг, що випускаються промисловістю, або цих же центрифуг, але конструктивно ц дороблених згідно конкретних умов виробництва. "» Для заявленого способу застосовують очищення порошку силіцію від домішок металів його промиванням розчином суміші неорганічних кислот, зокрема, сполуками: 2-3 М НьЗзО, ж 0,1-0,02 М НЕ при температурі 5960-7590, з наступним сушінням порошку силіцію в інертному середовищі при 8020-9209С (ее) Вищезгадані нижні й верхні межі параметрів способу отримані експериментальним шляхом на основі о досліджень та аналізу результатів експериментів з досягненням поставленого завдання й технічного результату у вигляді одержання високочистого напівпровідникового порошку силіцію. (22) Використовуваний в якості розчиннику флуористий водень після завершення циклу і після відгону відЗ35 is crushed by dissolution, and the dissolution process itself is carried out at a temperature from -52С to 129С, while the predominant result of the dissolution process is the obtained compound with a ratio of solid phase to liquid phase as 1:23, i.e. in 23 parts of NE «t (ГИг-КЕ- Mag) is one part of the solid particles of silicon. Such a ratio, caused by the supply of an appropriate amount of anhydrous hydrogen fluoride to a certain amount of melt with silicon particles, is the most optimal for further filtering the compound and separating the silicon powder. In a separate case of implementation of the method, filtration is carried out by centrifugation with the use of centrifuges produced by industry, or the same centrifuges, but constructively modified according to specific production conditions. "» For the claimed method, the purification of silicon powder from metal impurities is used by washing it with a solution of a mixture of inorganic acids, in particular, with compounds: 2-3 M NhZzO, and 0.1-0.02 M NE at a temperature of 5960-7590, with subsequent drying of the silicon powder in an inert environment at 8020-9209C (ee) The above-mentioned lower and upper limits of the parameters of the method were obtained experimentally on the basis of research and analysis of the results of experiments with the achievement of the set task and technical result in the form of obtaining high-purity semiconductor silicon powder. (22) Used as a solvent hydrogen fluoride after completion of the cycle and after distillation from
Фу 50 розплаву евтектики флуоридних сол зй ОР-КЕ-Макг, який здійснюють термічним методом, повертають на новий цикл знову використовують в якості розчиннику. А розплав евтектики флуоридних солей І іБ-КЕ-МагFu 50 of the eutectic melt of fluoride salts with OR-KE-Macg, which is carried out by the thermal method, is returned to a new cycle and used again as a solvent. A eutectic melt of fluoride salts I and B-KE-Mag
Ко) використовують у способі одержання високочистого порошку силіцію з тетрафлуориду силіцію з одночасним одержанням елементного флуору, тобто в першому з заявленої групи винаходів (п. 1 формули винаходу).Co.) are used in the method of obtaining high-purity silicon powder from silicon tetrafluoride with the simultaneous preparation of elemental fluorine, that is, in the first of the claimed group of inventions (item 1 of the claims).
Результатом вищезазначених рішень є одержання електролітично чистого порошку силіцію, який характеризується вмістом наступних компонентів: силіцію з ваговим вмістом С, домішок металів з ваговим о вмістом Со і домішок неметалів з ваговим вмістом Сз. Відповідно до винаходу електролітично чистий силіцій, отриманий за флуоридною технологією згідно способу по п. 1, тобто при електролітичному розкладанні розплаву ко евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів, насиченого тетрафлуоридом силіцію, виведений з електролізеру у вигляді суспензії з електролітом, виділений з розплаву електроліту відповідно до способу по 60 п. 8, і характеризується згаданою сполукою за умови: 0,01 ррра «- (С.-СовСз)/ С. «0,01 ррта, де ррба - вміст атомів домішок на мільярд атомів силіцію; ррта - вміст атомів домішок на мільйон атомів силіцію.The result of the above solutions is the production of electrolytically pure silicon powder, which is characterized by the content of the following components: silicon with a weight content of C, metal impurities with a weight content of Co and non-metal impurities with a weight content of C3. According to the invention, electrolytically pure silicon, obtained by fluoride technology according to the method according to item 1, i.e. during the electrolytic decomposition of the eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of alkali metals, saturated with silicon tetrafluoride, is removed from the electrolyzer in the form of a suspension with the electrolyte, separated from the melt of the electrolyte according to to the method according to item 60, item 8, and is characterized by the mentioned compound under the condition: 0.01 ррра "- (С.-СовСз)/ С. "0.01 ррта, where ррба is the content of impurity atoms per billion atoms of silicon; ppt - the content of impurity atoms per million silicon atoms.
Одночасно заявлені рішення забезпечують одержання високочистого елементного флуору, який включає флуор з масовим вмістом С, і домішки з їхнім масовим вмістом Св, що отриманий з допомогою флуоридної б5 технології відповідно до способу за п. 1 формули винаходу, тобто виділений на аноді при електролітичному розкладанні розплаву евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів, насиченого тетрафлуоридом силіцію, і характеризується згаданою сполукою за умови: б оБ«-(С, ж СвуУсСу«к-1,01.At the same time, the claimed solutions ensure the production of highly pure elemental fluorine, which includes fluorine with a mass content of C, and impurities with their mass content of Sv, obtained using the fluoride b5 technology in accordance with the method according to item 1 of the claim, i.e. isolated at the anode during the electrolytic decomposition of the melt eutectics of ternary systems of fluoride salts of alkali metals, saturated with silicon tetrafluoride, and is characterized by the mentioned compound under the condition:
Поставлене завдання одержання високочистого порошку силіцію вирішують також за допомогою способу одержання використовуваного у вищеописаній технології тетрафлуориду силіцію, який включає застосування вихідної сполуки діоксиду силіцію і відрізняється від відомих рішень виробництва тетрафлуориду силіцію тим, що виконують флуорування діоксиду силіцію впливом на ньс го елементним флуором, процес флуорування ведуть у дві стадії, з яких: на 1-ій стадії діоксид силіцію обробляють елементним флуором при температурі 110020 - 12002С, при цьому подачу елементного флуору здійснюють з 20-30956-им мас. надлишком відносно 70 стехіометрично необхідної кількості, і газову фазу направляють на 2-у стадію процесу, на 2-ій стадії здійснюють флуорування діоксиду силіцію при його подачі з 70-8095-им мас. надлишком, при цьому використовують надлишок елементного флуору 1-ої стадії з його повним поглинанням.The task of obtaining high-purity silicon powder is also solved with the help of the method of obtaining silicon tetrafluoride used in the technology described above, which includes the use of the original compound of silicon dioxide and differs from known solutions for the production of silicon tetrafluoride in that it performs the fluorination of silicon dioxide by exposure to it with elemental fluorine, the fluorination process are carried out in two stages, of which: in the 1st stage, silicon dioxide is treated with elemental fluorine at a temperature of 110020 - 12002C, while elemental fluorine is supplied with 20-30956 wt. an excess relative to 70 of the stoichiometrically required amount, and the gas phase is sent to the 2nd stage of the process, at the 2nd stage silicon dioxide is fluorinated when it is supplied with 70-8095 wt. in excess, while using an excess of elemental fluorine of the 1st stage with its complete absorption.
При конкретному варіанті здійснення винаходу флуорування ведуть у факелі полум'яного реактору. При цьому в якості елементного флуору може бути задіяно флуор, отриманий при здійсненні способу одержання 75 високочистого порошку силіцію електролізом розплаву евтектики потрійних систем флуоридних солей лужних металів, насиченого тетрафлуоридом силіцію, тобто флуор, отриманий за способом, вказаним у п. 1 формули винаходу.In a specific embodiment of the invention, fluorination is carried out in the torch of a flame reactor. At the same time, elemental fluorine can be used as fluorine obtained during the method of obtaining 75 high-purity silicon powder by electrolysis of the eutectic melt of ternary systems of fluoride salts of alkali metals, saturated with silicon tetrafluoride, that is, fluorine obtained by the method specified in item 1 of the claims.
Вищезазначені інтервали температур і співвідношення реагентів є найбільш оптимальними для здійснення способу та підібрані експериментальним шляхом, виходячи з поставленого завдання і отриманого технічного результату.The above-mentioned temperature intervals and the ratio of reagents are the most optimal for the implementation of the method and are selected experimentally, based on the task and the obtained technical result.
Представлена в заяві група винаходів відповідає вимозі "єдності винаходу". Ця вимога дотримана оскільки в заявку включено винахід (п.7 формули винаходу), який стосується способу одержання в одній стадії силіцію та елементного флуору, при цьому винахід, вказаний у п.8, являє собою спосіб, призначений для використання в способі за п.1 в якості частини цього способу, а винахід за п. 17 є рішенням, що стосується одержання Га тетерафлуориду силіцію, тобто речовини, використовуваної в способі за п.1. Запропоновані способи служать для однієї мети і забезпечують можливість рециркуляції хімічних елементів і сполук, що виходять у ході і) процесу, обумовлюючи тим самим замкнутість технологічного циклу одержання високочистого силіцію, що поряд з рішенням поставленого завдання за допомогою сукупності ознак, викладених у незалежних пунктах, також спрямовано на зниження собівартості готового продукту - високочистого напівпровідникового силіцію. Крім того сі можливість повернення відпрацьованої речовини знову в технологічний процес вирішує проблему відходів шкідливих речовин, виключає їхній викид в атмосферу, відпадає необхідність у їхньому знешкодженні та о очищення і т.п. Таким чином, заявлена група винаходів зв'язана між собою настільки, що ці винаходи утворюють «о єдиний загальний винахідницький задум, а між винаходами існує технічний взаємозв'язок.The group of inventions presented in the application meets the requirement of "unity of invention". This requirement is met because the application includes an invention (clause 7 of the claims), which relates to a method of obtaining silicon and elemental fluorine in one stage, while the invention specified in clause 8 is a method intended for use in the method according to clause 1 as a part of this method, and the invention according to item 17 is a solution related to the production of silicon tetrafluoride Ga, that is, the substance used in the method according to item 1. The proposed methods serve one purpose and provide the possibility of recirculation of chemical elements and compounds produced in the course of i) process, thereby determining the closure of the technological cycle of obtaining high-purity silicon, which, along with the solution of the task with the help of a set of features outlined in independent points, also aimed at reducing the cost of the finished product - high-purity semiconductor silicon. In addition, the possibility of returning the spent substance back into the technological process solves the problem of waste of harmful substances, eliminates their emission into the atmosphere, eliminates the need for their neutralization and cleaning, etc. Thus, the claimed group of inventions is interconnected to such an extent that these inventions form a single general inventive idea, and there is a technical relationship between the inventions.
Винаходи ілюструються кресленнями, на яких: оInventions are illustrated by drawings, on which: o
Фіг.1 - блок-схема, що розкриває процес (частину І) одержання високочистого порошку силіцію й елементного (о флуору, включаючи сукупність операцій способу (частину ІІ) відокремлення порошку силіцію від розплаву солей;Fig. 1 is a block diagram revealing the process (part I) of obtaining high-purity silicon powder and elemental (o) fluorine, including the set of operations of the method (part II) of separating silicon powder from molten salts;
Фіг.2 - блок-схема, що пояснює спосіб одержання тетрафлуориду силіцію;Fig. 2 is a block diagram explaining the method of obtaining silicon tetrafluoride;
Способи здійснюються наступним чином. Використовують устаткування й апаратні комплекси, застосовувані « на підприємствах хімічної промисловості й у металургії, а саме: електролізери або аналогічні їм реактори, факельні (полум'яні) реактори; установки барботування, устаткування, що забезпечує флотацію, промивання, і - с т.п., сушильні агрегати, транспортні системи, призначені для подачі газових, рідких або твердих реагентів, ц відоме контрольне устаткування і т.д. "» До початку процесу електролізу в способі одержання силіцію з одночасним одержанням елементного флуору здійснюють приготування електроліту, при цьому розплав евтектики флуоридних солей ГІБ-КЕ-Має насичують тетрафлуоридом силіцію Біг; у межах 2-3595 мас. по 5іРу. Із цією метою барботують Зіг; у зазначений розплав (оо) на установці барботування 1 (див. Фіг.1, частина І), насичуючи його до будь-якого значення в зазначених межах.The methods are carried out as follows. They use the equipment and hardware complexes used "at enterprises of the chemical industry and in metallurgy, namely: electrolyzers or reactors similar to them, torch (flame) reactors; bubbling installations, equipment providing flotation, washing, etc., drying units, transport systems intended for supplying gaseous, liquid or solid reagents, known control equipment, etc. "» Before the start of the electrolysis process, in the method of obtaining silicon with the simultaneous preparation of elemental fluorine, the preparation of the electrolyte is carried out, while the eutectic melt of the fluoride salts GIB-KE-Maye is saturated with silicon tetrafluoride Big; in the range of 2-3595 wt. per 5iRu. For this purpose, the Zig is bubbled into the specified melt (oo) at the bubbling unit 1 (see Fig. 1, part I), saturating it to any value within the specified limits.
Здійснюють безперервне надходження насиченого тетрафлуоридсім силіцію електроліту в електролізер 2, о виконаний або з рідким металевим катодом, або із твердим катодом (нержавіюча сталь, силіцій) і з інертнимиThe electrolyte saturated with silicon tetrafluoride is continuously supplied to the electrolyzer 2, which is made either with a liquid metal cathode or with a solid cathode (stainless steel, silicon) and with inert
Ге) анодами (карбід, нітрид силіцію, графіт). Конструкція електролізеру повинна бути виконана з урахуванням забезпечення безперервного виведення суспензії порошку, що виділився, силіцію й електроліту з міжполюсногоGe) anodes (carbide, silicon nitride, graphite). The design of the electrolyzer should be made taking into account the provision of continuous removal of the suspension of the separated powder, silicon and electrolyte from the interpolar
Ф зазору електролізеру.F gap of the electrolyzer.
ІЗ При подачі напруги відбувається електролітичне розкладання розплаву евтектики ГіБ-КЕ-Мак, насиченогоIZ When the voltage is applied, the electrolytic decomposition of the GiB-KE-Mak eutectic melt, saturated
Зіб., при цьому електроліз проводять при температурі 450 20-60092С. При електролізі насиченого тетрафлуоридом силіцію розплаву евтектики вищевказаних флуоридних солей утворюються гексафлуорсилікати літію та натрію (1і25іБв і Маозієв), які є нестійкими і у розплаві знову розпадаються на 5ІіР у, ГІР, і Мак, і о гексафлуорсилікат калію Кобієївє, що дизсоціюе на позитивні іони К" і негативні іони вів. Процес іде по наступній реакції: о Ковієвез2К!" я ВІгв2- во Далі Зібв?2 дизсоціює на іони: позитивні іони 5і?7" і негативні іони флуору (6бЕ7), які відновлюються: позитивні іони силіцію на катоді відновлюються до порошку металевого силіцію (51), негативні іони флуору - на аноді до елементного флуору (ЗЕ»з)Collect, while electrolysis is carried out at a temperature of 450 20-60092C. During the electrolysis of a melt saturated with silicon tetrafluoride, the eutectic of the above fluoride salts forms lithium and sodium hexafluorosilicates (1i25iBv and Maoziev), which are unstable and in the melt again decompose into 5IiR y, GIR, and Mak, and potassium hexafluorosilicate Kobieivje, which dissociates into positive ions K " and negative ions led. The process proceeds according to the following reaction: o Kovievez2K!" i VIgv2-vo Then Zibv?2 dissociates into ions: positive ions 5i?7" and negative fluorine ions (6bE7), which are reduced: positive silicon ions at the cathode are reduced to metallic silicon powder (51), negative fluorine ions - at the anode to elemental fluorine (Э»z)
При цьому силіцій отримують у вигляді суспензії порошку 5і у розплаві електроліту у співвідношенні 2:8 частин, тобто 2 частини порошку силіцію і 8 частин електроліту. Порошок силіцію в суміші з розплавом ве епектроліту (тобто суспензія, що включає порошок силіцію й розплав евтектики ГіБ-КЕ-Маг) виводиться з електролізеру.At the same time, silicon is obtained in the form of a suspension of powder 5i in a molten electrolyte in a ratio of 2:8 parts, that is, 2 parts of silicon powder and 8 parts of electrolyte. Silicon powder in a mixture with a melt in epectrolite (that is, a suspension that includes silicon powder and a melt of GiB-KE-Mag eutectics) is removed from the electrolyzer.
Отриманий вищеописаним способом елементний флуор характеризується сполукою, яка включає флуор з масовим вмістом С, і домішки з їхнім масовим вмістом С5, при виконанні умови 0, 95«-(Су. Св) 1,01, що було підтверджено експериментальними дослідженнями.Elemental fluorine obtained by the above-described method is characterized by a compound that includes fluorine with a mass content of C and impurities with their mass content of C5, when the condition 0.95"-(Su. Sv) 1.01 is met, which was confirmed by experimental studies.
Далі порошок силіцію відокремлюють від розплаву електроліту. Це може бути здійснено будь-якими відомими методами, або заявленим способом відокремлення силіцію від розплаву солей (див. Фіг.1, частина ІІ).Next, silicon powder is separated from the electrolyte melt. This can be done by any known methods, or by the claimed method of separating silicon from molten salts (see Fig. 1, part II).
Для ілюстрації заявлених винаходів процес здійснюють відповідно до заявленого способу відокремлення силіцію від сольового розплаву, а саме від розплаву евтектики флуоридних солей ОБ-КЕ-Ман.To illustrate the claimed inventions, the process is carried out in accordance with the claimed method of separating silicon from the salt melt, namely from the eutectic melt of OB-KE-Mann fluoride salts.
Затверділий розплав електроліту з порошком силіцію подрібнюють відомим способом за допомогою 70 дробарки 3. Здрібнену сполуку в реакторі 4 розчиняють флуористим воднем НЕ, здійснюють розчинення при перемішуванні і при температурі від -59С7 до 12920. Одержують суспензію з розчиненого у флуористому водні електроліту та порошку силіцію, здійснюють фільтрацію цієї суспензії з відокремленням порошку Зі з допомогою центрифуги 5. Відокремлений центрифугуванням порошок силіцію направляють у флотаційну машину 6, а потім на установці 7 промивають порошок силіцію спочатку в розчині неорганічних кислот сполуки 2-3 М 75. Н25ОД0,1-02 М НЕ, а на промивній установці 8 конденсатом (знесоленою водою). Промитий знесоленою водою порошок силіцію на агрегаті У відфільтровують від води і сушать у сушарці 10 в інертному середовищі при температурі 8020-1202С. Готовий високочистий, придатний для використання в сонячній енергетиці та у напівпровідниковій техніці, порошок силіцію пакують у тару.The solidified melt of the electrolyte with silicon powder is crushed in a known way with the help of a 70 crusher 3. The crushed compound in the reactor 4 is dissolved in hydrogen fluoride HE, dissolution is carried out with stirring and at a temperature from -59С7 to 12920. A suspension is obtained from the electrolyte dissolved in hydrogen fluoride and silicon powder, this suspension is filtered with the separation of Z powder using a centrifuge 5. The silicon powder separated by centrifugation is sent to the flotation machine 6, and then at the installation 7 the silicon powder is first washed in a solution of inorganic acids of the compound 2-3 M 75. H25OD0.1-02 M NO , and on the washing unit 8 with condensate (desalted water). Silicon powder washed with desalted water on unit B is filtered from water and dried in dryer 10 in an inert environment at a temperature of 8020-1202C. Ready high-purity, suitable for use in solar energy and semiconductor technology, silicon powder is packed in containers.
Електролітично чистий порошок силіцію, отриманий вищеописаним способом, характеризується сполукою, що включає силіцій з ваговим вмістом Сі, домішки металів з ваговим вмістом Со і домішки неметалів з ваговим вмістом Сз, при виконанні умови:Electrolytically pure silicon powder obtained by the method described above is characterized by a compound that includes silicon with a weight content of Si, metal impurities with a weight content of Co and non-metal impurities with a weight content of Cz, if the following conditions are met:
О,ОТррба «- (С. нСонСз)ууСі«0,О1ррта, де ррба - вміст атомів домішок на мільярд атомів силіцію; ррта - вміст атомів домішок на мільйон атомів силіцію. ГаO,OTrrba «- (S. nSonSz)uuSi«0,O1rrta, where rrba is the content of impurity atoms per billion atoms of silicon; ppt - the content of impurity atoms per million silicon atoms. Ha
Розчин електроліту в НЕ, отриманий після фільтрації порошку силіцію на центрифузі 5, направляють в апарат 11, де здійснюють відгін флуористого водню при температурі 5002С. Отриманий у результаті відгону і) флуористого водню електроліт сполуки ГІБ-КЕ-Має направляють на стадію електролізу для здійснення способу за п.1, а флуористий водень (газ) піддають конденсації І з конденсатора 12 у вигляді рідкого флуористого водню подають у реактор 4, використовуючи його в якості розчиннику при розчиненні роздробленого с затверділого розплаву електроліту з порошком силіцію на початковій стадії цього процесу.The solution of the electrolyte in NE, obtained after filtering the silicon powder on the centrifuge 5, is sent to the apparatus 11, where hydrogen fluoride is distilled off at a temperature of 5002C. The electrolyte of the GIB-KE-Mae compound obtained as a result of the distillation of i) hydrogen fluoride is sent to the electrolysis stage for the implementation of the method according to item 1, and the hydrogen fluoride (gas) is subjected to condensation and from the condenser 12 in the form of liquid hydrogen fluoride is fed to the reactor 4, using it is used as a solvent during the dissolution of the crushed and solidified electrolyte melt with silicon powder at the initial stage of this process.
При здійсненні способу одержання високочистого порошку силіцію Із одночасним одержанням елементного ї-о флуору застосовують тетрафлуорид силіцію, що одержують на комплексі устаткування 13 і за заявленим (Се) способом одержання тетрафлуориду силіцію, приклад конкретного здійснення якого наведений нижче (див.In the implementation of the method of obtaining high-purity silicon powder with the simultaneous obtaining of elemental fluorine, silicon tetrafluoride is used, which is obtained at the equipment complex 13 and according to the declared (Ce) method of obtaining silicon tetrafluoride, an example of a specific implementation of which is given below (see
Фіг.2). оFig. 2). at
Вихідним матеріалом одержання тетрафлуориду силіцію є природний кварцит, кварцовий пісок або інша (се) сировина, що містить у великій кількості діоксид силіцію. Як правило, ця сировина характеризується наступною сполукою: ЗІОо»9790о, макродомішки: Рег2Оз, Сас, АІ2О3.The starting material for the production of silicon tetrafluoride is natural quartzite, quartz sand or other (se) raw materials containing a large amount of silicon dioxide. As a rule, this raw material is characterized by the following compound: ЗИОо»9790о, macro impurities: Reg2Oz, Сас, AI2О3.
Процес ведуть у двох послідовно встановлених полум'яних (факельних) реакторах 14 і 15. «The process is carried out in two consecutively installed flame (torch) reactors 14 and 15.
На 1-їй стадії діоксид силіцію 51025 обробляють елементним флуором Е» (отриманим способом за п. 1) при температурі 11002С - 12002С, при цьому обробку ведуть у факелі полум'яного реактору 14. Подачу елементного - с флуору в реактор 14 здійснюють із надлишком (20-3095) відносно його стехіометрично необхідної кількості. З ч реактору 14 виводять і направляють на 2-у стадію процесу, тобто в другий полум'яний реактор 15, газоподібну » фазу, що включає газоподібний тетрафлуорид силіцію зіг/(а також включає отриманий у процесі реакції кисень і незадіяний у процесі реакції надлишок флуору (ОоїЕ2). З допомогою шнекового пристрою 16 з реактору 14 виводять шлам, що містить флуориди макродомішок:: трифлуорид алюмінію (АїІЕз), дифлуорид кальцію (Саг»), (ее) трифлуорид заліза (БеБ5). При подачі в другий полум'яний реактор її 5 газоподібної фази з 1-ої стадії о одночасно в нього здійснюють подачу діоксиду силіцію, що подають із 70-8095-им мас. надлишком. У процесі реакції в другому полум'яному реакторі 15 відбувається повне поглинання надлишку елементного флуору 1-о0ї б» стадії, отриманий тетрафлуорид силіцію використовують як реагент для насичення електроліту в способі б 50 одержання високочистого порошку силіцію та елементного флуору або виводять із процесу як готовий продукт, а надлишок діоксиду силіцію направляють у перший реактор 14, замикаючи в такий спосіб процес.At the 1st stage, silicon dioxide 51025 is treated with elemental fluorine E" (obtained by the method according to item 1) at a temperature of 11002С - 12002С, while the treatment is carried out in the flame of the flame reactor 14. The supply of elemental fluorine - c to the reactor 14 is carried out with an excess (20-3095) relative to its stoichiometrically required amount. From the reactor 14, the gaseous phase, which includes gaseous silicon tetrafluoride and also includes the oxygen obtained during the reaction and the excess of fluorine that was not used during the reaction, is taken out and sent to the 2nd stage of the process, that is, to the second flame reactor 15 (OoiE2). With the help of the screw device 16, the sludge containing fluorides of macro impurities is removed from the reactor 14:: aluminum trifluoride (AlIe3), calcium difluoride (Ca), (ee) iron trifluoride (BeB5). When fed to the second flame its gaseous phase reactor 5 from the 1st stage and at the same time it is supplied with silicon dioxide, supplied with an excess of 70-8095% by mass. During the reaction in the second flame reactor 15, the excess of elemental fluorine 1-o0 is completely absorbed b" stage, the obtained silicon tetrafluoride is used as a reagent for saturating the electrolyte in method b 50 of obtaining high-purity silicon powder and elemental fluorine or is removed from the process as a finished product, and the excess silicon dioxide is sent to are fed into the first reactor 14, closing the process in this way.
ІК) При виконанні способу одержання тетрафлуориду силіцію відбуваються наступні реакції:IR) When performing the method of obtaining silicon tetrafluoride, the following reactions occur:
ЗО» ж Роз с надл)- ЗІР Ж О5 ж надлишок ГоZO" same Roz with excess)- ZIR Z O5 same surplus Go
ЗІБА (з 1-ї стадії) й о» т надлишок ЕР (з 1-ї стадії) й ЗІ (з надл.)-У ЗІ» БІО» (надлишок) 52 Таким чином спосіб одержання тетрафлуориду силіцію забезпечує повне використання в технологічномуZIBA (from the 1st stage) and o" t excess of ER (from the 1st stage) and ZI (from the excess) - IN ZI" BIO" (surplus) 52 Thus, the method of obtaining silicon tetrafluoride ensures full use in the technological
ГФ) процесі елементного флуору, у тому числі це може бути флуор, отриманий при електролітичному одержанні порошку силіцію. о Винаходи, які формують флуоридну технологію одержання високочистого напівпровідникового силіцію, є енергозберігаючими та ресурсозберігаючими. При цьому технологія характеризується екологічною чистотою у 60 зв'язку з тим, що процес ведуть за замкнутим циклом з використанням отриманого при електролізі флуору для одержання тетрафлуориду силіцію, а також у зв'язку з тим, що відпрацьований електроліт повністю повертають в процес. Одержувані продукти (силіцій, флуор, тетрафлуорид силіцію) характеризуються дуже незначною кількістю домішок, а вартість силіцію як готового продукту є значно нижчою, ніж за іншими відомими технологіями. бо З вищевикладеного опису групи винаходів, і з урахуванням характеру винаходів, є очевидним, що всі заявлені способи призначені для промислового застосування.HF) elemental fluorine process, including fluorine obtained during the electrolytic production of silicon powder. o The inventions that form the fluoride technology for obtaining high-purity semiconductor silicon are energy-saving and resource-saving. At the same time, the technology is characterized by environmental purity of 60% due to the fact that the process is carried out in a closed cycle using the fluorine obtained during electrolysis to obtain silicon tetrafluoride, as well as due to the fact that the spent electrolyte is completely returned to the process. The resulting products (silicon, fluorine, silicon tetrafluoride) are characterized by a very small number of impurities, and the cost of silicon as a finished product is significantly lower than that of other known technologies. because From the above description of the group of inventions, and taking into account the nature of the inventions, it is obvious that all the claimed methods are intended for industrial use.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004124626/15A RU2272785C1 (en) | 2004-08-12 | 2004-08-12 | Method of preparing high-purity silicon powder from silicon perfluoride with simultaneous preparation of elementary fluorine, method of separating silicon from salt melt, silicon powder and elementary fluorine obtained by indicated method, and silicon tetrafluoride preparation process |
| PCT/RU2005/000400 WO2006019334A1 (en) | 2004-08-12 | 2005-08-01 | Method for producing silicon, method for separating silicon from molten salt and method for producing tetrafluoride |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA80662C2 true UA80662C2 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=35907667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA200700624A UA80662C2 (en) | 2004-08-12 | 2005-01-08 | Method for preparation of silicium, method for separation of silicium from fusion of salts and method for preparation of silicium tetrafluoride |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070209945A1 (en) |
| CN (1) | CN101090862B (en) |
| DE (1) | DE112005001969T5 (en) |
| ES (1) | ES2319072B1 (en) |
| RU (1) | RU2272785C1 (en) |
| UA (1) | UA80662C2 (en) |
| WO (1) | WO2006019334A1 (en) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2006245664B2 (en) * | 2005-05-13 | 2010-10-07 | Wulf Nagel | Low-temperature fused-salt electrolysis of quartz |
| CH703236B1 (en) * | 2007-12-19 | 2011-12-15 | Ecole Polytech | The process of recovery in silicon sawing waste. |
| CN101736354B (en) * | 2008-11-06 | 2011-11-16 | 北京有色金属研究总院 | Method for preparing one or more of silicon nano power, silicon nanowires and silicon nanotubes by electrochemical method |
| US9101896B2 (en) * | 2010-07-09 | 2015-08-11 | Sri International | High temperature decomposition of complex precursor salts in a molten salt |
| RU2486290C1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method for production of nano- and microstructural powders and/or fibres of crystalline and/or x-ray amorphous silicon |
| CN106145127A (en) * | 2015-04-21 | 2016-11-23 | 广州凌玮科技股份有限公司 | A kind of preparation method of hollow microsphere silicon dioxide |
| CN105019015A (en) * | 2015-07-09 | 2015-11-04 | 上海大学 | Electrochemical preparation method of amorphous silica material |
| US10106902B1 (en) | 2016-03-22 | 2018-10-23 | Plasma Processes, Llc | Zirconium coating of a substrate |
| CN109037028B (en) * | 2018-06-22 | 2021-03-02 | 江苏京尚圆电气集团有限公司 | Silicon material cleaning method |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1080662A (en) * | 1912-01-23 | 1913-12-09 | Percy E Donner | Triple valve. |
| US3022233A (en) * | 1959-11-18 | 1962-02-20 | Dow Chemical Co | Preparation of silicon |
| SU460326A1 (en) * | 1973-06-19 | 1975-02-15 | Институт общей и неорганической химии | Electrolyte to produce metallic silicon by melt electrolysis |
| US3983012A (en) * | 1975-10-08 | 1976-09-28 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University | Epitaxial growth of silicon or germanium by electrodeposition from molten salts |
| US4142947A (en) * | 1977-05-12 | 1979-03-06 | Uri Cohen | Electrodeposition of polycrystalline silicon from a molten fluoride bath and product |
| FR2480796A1 (en) * | 1980-04-21 | 1981-10-23 | Extramet Sarl | High purity silicon deposit formation - by electrolytic deposition from alkali (ne earth) metal halide melt contg. dissolved silicon |
| RU2046095C1 (en) * | 1991-06-25 | 1995-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад. А.А.Бочвара | Method of silicon trifluoride producing |
| NO942121L (en) * | 1994-06-07 | 1995-12-08 | Jan Stubergh | Manufacture and apparatus for producing silicon "metal", silumin and aluminum metal |
| RU2156220C1 (en) * | 1999-05-26 | 2000-09-20 | Карелин Александр Иванович | Method of preparing metallic silicon solution, method of recovering metallic silicon from solution, and metallic silicon obtained by these methods, method of preparing ceramic materials, and ceramic material obtained by this method |
| NO20010962D0 (en) * | 2001-02-26 | 2001-02-26 | Norwegian Silicon Refinery As | Process for producing high purity silicon by electrolysis |
| UA73847C2 (en) * | 2003-09-02 | 2005-09-15 | A method for preparing silicon tetrafluoride, a method for isolation of the silicon tetrafluoride from oxygen and highly volatile admixtures, a method for preparing silicon powder from the silicon tetrafluoride |
-
2004
- 2004-08-12 RU RU2004124626/15A patent/RU2272785C1/en not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-01-08 UA UAA200700624A patent/UA80662C2/en unknown
- 2005-08-01 CN CN2005800271905A patent/CN101090862B/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-08-01 ES ES200750013A patent/ES2319072B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-08-01 WO PCT/RU2005/000400 patent/WO2006019334A1/en active IP Right Grant
- 2005-08-01 DE DE112005001969T patent/DE112005001969T5/en not_active Withdrawn
-
2007
- 2007-02-12 US US11/673,788 patent/US20070209945A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101090862B (en) | 2010-08-11 |
| ES2319072A1 (en) | 2009-05-01 |
| WO2006019334A1 (en) | 2006-02-23 |
| DE112005001969T5 (en) | 2007-07-12 |
| CN101090862A (en) | 2007-12-19 |
| RU2272785C1 (en) | 2006-03-27 |
| US20070209945A1 (en) | 2007-09-13 |
| ES2319072B1 (en) | 2010-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA80662C2 (en) | Method for preparation of silicium, method for separation of silicium from fusion of salts and method for preparation of silicium tetrafluoride | |
| JP4160400B2 (en) | Method for preparing silicon and optionally aluminum and silmine (aluminum silicon alloy) | |
| JP5291098B2 (en) | Technology for the production of polycrystalline silicon from fluorosilicic acid solution and equipment for its production | |
| FR2691169A1 (en) | Refractory metal alloys suitable for processing into homogeneous and pure ingots and processes for producing said alloys. | |
| SK156696A3 (en) | Method for the production of silicium metal, silumin and aluminium metal | |
| EP0408468B1 (en) | Process for producing uranium from oxygen-containing uranium compounds by chlorination | |
| FR2608618A1 (en) | METHOD FOR RECOVERING FLUORIDES FROM WASTE MATERIALS | |
| WO2014181833A1 (en) | Zinc production method | |
| CN109518009B (en) | Method for synchronously recycling bismuth and tellurium from bismuth telluride-based semiconductor waste | |
| WO2010023936A1 (en) | Thallium and potassium nitrate recovery method and recovery apparatus | |
| Mukhachov et al. | Electrode processes in electrolysis of zirconium at production of plastic zirconium for nuclear energy | |
| CN109455741B (en) | Method for recycling and fully utilizing sodium chloride waste salt slag by using low-temperature roasting and interface regulation and control | |
| US20110045962A1 (en) | Process for recycling spent pot linings (spl) from primary aluminium production | |
| US2892763A (en) | Production of pure elemental silicon | |
| JP2011178586A (en) | Method for refining polycrystalline silicon | |
| CA1177775A (en) | Continuous process for preparing aluminium by carbochlorination of alunina and electrolysis of the resulting chloride | |
| JP2010043310A (en) | Method of producing zinc and silicon | |
| US3288561A (en) | Chlorination of electrolytic copper refinery slimes in a molten salt bath | |
| Yang et al. | Dissolution behavior of overhaul slag from aluminum reduction cell in a cryolite-based molten salt system | |
| RU2754214C1 (en) | Method for processing magnesium-containing waste of titanium-magnesium production | |
| RU2164258C1 (en) | Process of preparation of carnallite for electrolysis | |
| RU2339710C2 (en) | Method for metal or silicon receiving | |
| Mukhachev et al. | Influence of electrolyte on the zirconium electrolysis process for nuclear power engineering | |
| SU356303A1 (en) | METHOD OF PROCESSING SLUDES OF ELECTROLYTIC MANUFACTURE OF MAGNESIUM | |
| WO2010074180A1 (en) | Polycrystalline silicon manufacturing method and reaction furnace used therefor |