UA80951C2 - Electrolyte for silicon powder obtaining - Google Patents
Electrolyte for silicon powder obtaining Download PDFInfo
- Publication number
- UA80951C2 UA80951C2 UA2004042623A UA2004042623A UA80951C2 UA 80951 C2 UA80951 C2 UA 80951C2 UA 2004042623 A UA2004042623 A UA 2004042623A UA 2004042623 A UA2004042623 A UA 2004042623A UA 80951 C2 UA80951 C2 UA 80951C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- electrolyte
- silicon
- electrolysis
- potassium
- silicon powder
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 title claims abstract description 7
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 12
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 10
- -1 potassium tetrafluoroborate Chemical compound 0.000 claims abstract description 7
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- JTDPJYXDDYUJBS-UHFFFAOYSA-N quinoline-2-carbohydrazide Chemical compound C1=CC=CC2=NC(C(=O)NN)=CC=C21 JTDPJYXDDYUJBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 150000005324 oxide salts Chemical class 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- LIXXICXIKUPJBX-UHFFFAOYSA-N [Pt].[Rh].[Pt] Chemical compound [Pt].[Rh].[Pt] LIXXICXIKUPJBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011964 heteropoly acid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N molybdenum;silicon Chemical compound [Mo]#[Si] GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до кольорової металургії, електрометалургії кремнію, а саме: отриманню порошків 2 кремнію електролізом із сольових безводних розплавів і може знайти застосування у виробництві металокерамічних виробів, для отримання сплавів і сполук на основі кремнію та ін. Метою винаходу є оптимізація процесу електролізу шляхом зниження температури кристалізації оксидно-сольового розплавленого електроліту.The invention relates to non-ferrous metallurgy, electrometallurgy of silicon, namely: obtaining silicon 2 powders by electrolysis from salt anhydrous melts and can be used in the production of metal-ceramic products, for obtaining alloys and compounds based on silicon, etc. The purpose of the invention is to optimize the electrolysis process by lowering the crystallization temperature of the oxide-salt molten electrolyte.
Пропонується електроліт, що має температуру кристалізації 675 К, що на 362 нижче від відомого раніше. До то складу пропонованого низькотемпературного електроліту входять такі компоненти:An electrolyte with a crystallization temperature of 675 K is proposed, which is 362 lower than previously known. The composition of the proposed low-temperature electrolyte includes the following components:
Калій хлорид, марки "ч. д. а", температура плавлення 1043 К;Potassium chloride, grade "ch. d. a", melting point 1043 K;
Калій тетрафторборат, марки "ч. д. а", температура плавлення 803 К;Potassium tetrafluoroborate, grade "ch. d. a", melting point 803 K;
Натрій гексафторсилікат, марки "ч. д. а", температура плавлення 1119К;Sodium hexafluorosilicate, grade "ch. d. a", melting point 1119K;
Натрій хлорид, марки "х.ч.", температура плавлення 1073 К;Sodium chloride, grade "kh.ch.", melting point 1073 K;
Силіцій (ІМ) оксид (кварцове скло), температура плавлення 1685 К. Вихідні речовини завчасно просушували при температурі 378 - 393 К, а потім прожарювали при 623 К до постійної маси. Силіцій (ІМ) оксид розчиняли у сольовій суміші наступного складу, мас. 90:Silicon (IM) oxide (quartz glass), melting point 1685 K. The starting materials were dried in advance at a temperature of 378 - 393 K, and then calcined at 623 K to a constant mass. Silicon (IM) oxide was dissolved in a salt mixture of the following composition, wt. 90:
Натрій гексафторсилікат 21,5 2;Sodium hexafluorosilicate 21.5 2;
Калій хлорид 9,4 2;Potassium chloride 9.4 2;
Калій тетрафторборат 64,0 2;Potassium tetrafluoroborate 64.0 2;
Натрій хлорид 5,1-2.Sodium chloride 5.1-2.
Слід відмітити, що силіцій (ІМ) оксид добре розчиняється у сольовому розплаві без суттєвого підвищення сч 29 температури початку кристалізації до 8 мас. 95, у відношенні до маси сольової суміші, і цієї його кількості (У достатньо для проведення електролізу із даного розплаву, в якому він є джерелом кремнію.It should be noted that silicon (IM) oxide dissolves well in the salt melt without a significant increase in the temperature of the beginning of crystallization up to 8 wt. 95, in relation to the mass of the salt mixture, and this amount of it (U is enough to carry out electrolysis from this melt, in which it is a source of silicon.
Електроліз проводили у гальваностатичному і потенциостатичному режимах з використанням постійного джерела струму Б5-43. В якості електролітичної ванни використовували скловуглецевий тигель об'ємом з .44д-4 - м. Як анод використовували пластину із графіту або скловуглецю, як катод - стальну пластину, відношення величини поверхні катоду до аноду складало 71:5 для зменшення впливу анодного процесу. Температуру й регулювали і підтримували терморегулятором Р-111 і фіксували за допомогою платина - платинородієвої (Ге) термопари та цифрового вольтметра В7-23.Electrolysis was performed in galvanostatic and potentiostatic modes using a constant current source B5-43. A glass carbon crucible with a volume of .44d-4 m was used as an electrolytic bath. A plate made of graphite or glass carbon was used as an anode, a steel plate was used as a cathode, the ratio of the size of the surface of the cathode to the anode was 71:5 to reduce the influence of the anodic process. The temperature was adjusted and maintained with a P-111 thermostat and fixed with a platinum-platinum rhodium (Ge) thermocouple and a B7-23 digital voltmeter.
Для вибору оптимального режиму процесу електролізу (густини струму, напруги та ін.) проводили попередні о дослідження з встановлення механізму і кінетики процесу електровідновлення кремнію, а також його потенціалу (се) розрядження. Для цього проводили хроновольтамперометричні дослідження у потенціодинамічному режимі за допомогою потенціостата ПИ-50-1 з програматором ПР-8 з використанням триелектродної схеми (робочий електрод - катод, допоміжний електрод - анод, електрод порівняння - платина). «In order to choose the optimal mode of the electrolysis process (current density, voltage, etc.), preliminary studies were conducted to establish the mechanism and kinetics of the silicon electroreduction process, as well as its discharge potential (se). For this, chronovoltammetric studies were carried out in the potentiodynamic mode using a PI-50-1 potentiostat with a PR-8 programmer using a three-electrode circuit (the working electrode is the cathode, the auxiliary electrode is the anode, and the reference electrode is platinum). "
Густину струму у гальваностатичному режимі підтримували в інтервалі (0,07- 01 т-о? А/м2 з точністю 70 4 1а6 А/м?, а напругу - 22528) В (потенціостатичний режим) з точністю МИ В. У наших дослідах час не с електролізу складав 9-7 / години. Катодний осад утворюється у вигляді твердої металосольової структури, так з званої "груші". Ця структура включає порошок кремнію (35-50)95 у суміші з сольовими компонентами електроліту.The current density in the galvanostatic mode was maintained in the interval (0.07-01 t-o? A/m2 with an accuracy of 70 4 1a6 A/m?, and the voltage - 22528) V (potentiostatic mode) with an accuracy of MY V. In our experiments, the time not with electrolysis was 9-7 / hours. The cathode deposit is formed in the form of a solid metal salt structure, from the so-called "pear". This structure includes silicon powder (35-50)95 mixed with salt components of the electrolyte.
Очищення порошку кремнію від домішок оксидно-сольової фази проводили у два етапи: відмивка розчинних солей у гарячій дистильованій воді з наступним висушуванням основного продукту при температурі 378 - 393 К; со вакуум-термічна дистиляція продукту (порошок кремнію з сольовими домішками) при температурі (735 973) К і тиску а-1 0-3 Па. Фазовий склад продуктів електролізу визначали за допомогою дифрактометра ДРОН-2.0. о Кількісний аналіз вмісту кремнію у катодному осаді визначали колориметричним методом (ФЕК-58М) у формі се) силіціймолібденової гетерополікислоти. Вихід за струмом визначали за допомогою мідного кулонометра. Таким сл 50 чином, на основі комплексних експериментальних досліджень (термічного фазового аналізу, хроновольтамперометрії, гальваностатичного та потенціостатичного електролізу, рентгенофазового аналізу) з -з урахуванням аналізу діаграм стану відповідних сольових і металічних систем, винайдено електроліт для одержання порошку кремнію, який має температуру кристалізації нижчу на 36 г, порівняно з раніше відомим складом електроліту, і тому менш енерговитратний при проведенні електролізу з його використанням. За прототип слід вважати "Расплав для злектролитического получения мелаллического кремния", (АвторськеThe purification of silicon powder from impurities of the oxide-salt phase was carried out in two stages: washing of soluble salts in hot distilled water followed by drying of the main product at a temperature of 378 - 393 K; with vacuum-thermal distillation of the product (silicon powder with salt impurities) at a temperature of (735,973) K and a pressure of a-1 0-3 Pa. The phase composition of electrolysis products was determined using a DRON-2.0 diffractometer. o Quantitative analysis of the content of silicon in the cathode deposit was determined by a colorimetric method (FEK-58M) in the form of se) silicon-molybdenum heteropolyacid. The current output was determined using a copper coulometer. In this way, on the basis of complex experimental studies (thermal phase analysis, chronovoltammetry, galvanostatic and potentiostatic electrolysis, X-ray phase analysis) taking into account the analysis of the state diagrams of the corresponding salt and metal systems, an electrolyte was invented for the production of silicon powder, which has a lower crystallization temperature by 36 g, compared to the previously known composition of the electrolyte, and therefore less energy-consuming when conducting electrolysis using it. The prototype should be considered "Melt for the electrolytic production of melalic silicon", (Author's
ГФ! свідоцтво СРСР Мо 1546515, м.кл. С2581/00,, В.В. Бугаєнко, Г.Я. Касьяненко. - Мо 4399308/31-26; Заявл. 11.12.87 р.; Опубл. 28.02.90 р., Бюл. Мо 8.). Даний електроліт містить: калій гексафторсилікат - 9-18мас.9о; о калій хлорид - 9-17мас.9о; калій тетрафторборат - 57-81мас.бо; силіцій (ІМ) оксид - 1-8мас.9о. Застосування нового складу електроліту, який плавиться при температурі на Збгенижчій ніж відомий раніше (прототип), дає ще 60 й побічні переваги, а саме: кращу розчинність силіцій (ІМ) оксиду, зменшення корозійної активності розплаву у відношенні до матеріалів електролізеру, можливість застосування більш високих значень густини струму, що є основою збільшення швидкості електрохімічних процесів і, як наслідок, інтенсифікації процесу електролізу.GF! certificate of the USSR Mo 1546515, m.cl. C2581/00, V.V. Bugaenko, G.Ya. Kasyanenko. - MO 4399308/31-26; Application 11.12.87; Publ. 28.02.90, Bul. Mo 8.). This electrolyte contains: potassium hexafluorosilicate - 9-18wt.9o; o potassium chloride - 9-17wt.9o; potassium tetrafluoroborate - 57-81 wt.bo; silicon (IM) oxide - 1-8wt.9o. The use of a new composition of the electrolyte, which melts at a temperature higher than that previously known (prototype), gives another 60 additional advantages, namely: better solubility of silicon (IM) oxide, a decrease in the corrosion activity of the melt in relation to the materials of the electrolyzer, the possibility of using higher values of current density, which is the basis of increasing the speed of electrochemical processes and, as a result, intensification of the electrolysis process.
Результати експериментальних досліджень щодо встановлення оптимального режиму електролізу і взаємозв'язку між складом електроліту, параметрами процесу електролізу, виходом за струмом та вмістом бо кремнію у катодному осаді представлені у таблиці 1.The results of experimental studies on establishing the optimal mode of electrolysis and the relationship between the composition of the electrolyte, the parameters of the electrolysis process, the current output and the content of silicon in the cathode deposit are presented in Table 1.
Із результатів дослідження витікає, що збільшення вмісту ЗО о» у розплаві дає можливість проведення електролізу при більш високій густині струму, тобто з більшою швидкістю, і при цьому збереженні оптимальних параметрів вмісту кремнію в осаді і виходу за струмом. Крім того, збільшення вмісту 5іО»о у розплаві забезпечуєIt follows from the results of the study that increasing the content of ZO o" in the melt makes it possible to carry out electrolysis at a higher current density, i.e. at a higher speed, while maintaining the optimal parameters of the silicon content in the precipitate and the current yield. In addition, an increase in the content of 5iO»o in the melt ensures
Зменшення частоти коригування розплаву і внесення у нього добавок 5іО 5». Фазовий склад катодного продукту після комплексної очищення у воді та очищення методом вакуум-термічної дистиляції, визначений за допомогою рентгенофазового аналізу, відповідає чистій фазі кремнію без домішок. Однак, при збільшенні густини струму електролізу і відповідно напруги більше ніж (285 30) В у продукті електролізу можливі домішки бору. 70 Таблиця 1 мо Вміст ЗО» у розп., в|тжф1ло-2дімо| 0,8 |Фазовий склад) Вміст зі у катод. осаді, 95 Вихід за струм., 90 18 1ввввроом 61лю дв) во рамReducing the frequency of adjusting the melt and adding additives to it 5iO 5". The phase composition of the cathode product after complex purification in water and purification by the method of vacuum-thermal distillation, determined by X-ray phase analysis, corresponds to the pure phase of silicon without impurities. However, with an increase in the electrolysis current density and, accordingly, a voltage greater than (285 30) V, boron impurities are possible in the electrolysis product. 70 Table 1 mo Content of ZO" in the order, in|tzhf1lo-2dimo| 0.8 |Phase composition) The content of the cathode. sediment, 95 Current output, 90 18 1vvvroom 61lyu dv) in ram
Таким чином, із електроліту представленого складу з температурою кристалізації 675 К, що на 36бе нижче відThus, from the electrolyte of the presented composition with a crystallization temperature of 675 K, which is 36be lower than
Відомого раніше (прототипу), при заданих режимах електролізу сдержанно порошкоподібний продукт, фазовий склад якого відповідає кремнію.A previously known (prototype) powdery product, the phase composition of which corresponds to silicon, is restrained under the specified electrolysis modes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2004042623A UA80951C2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Electrolyte for silicon powder obtaining |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2004042623A UA80951C2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Electrolyte for silicon powder obtaining |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA80951C2 true UA80951C2 (en) | 2007-11-26 |
Family
ID=39016763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA2004042623A UA80951C2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Electrolyte for silicon powder obtaining |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA80951C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671206C1 (en) * | 2018-07-25 | 2018-10-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Electrochemical method of producing a microcrystalline powder of silicon |
-
2004
- 2004-04-07 UA UA2004042623A patent/UA80951C2/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671206C1 (en) * | 2018-07-25 | 2018-10-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Electrochemical method of producing a microcrystalline powder of silicon |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pradhan et al. | Mechanistic study of Al electrodeposition from EMIC–AlCl3 and BMIC–AlCl3 electrolytes at low temperature | |
CA2983108C (en) | Method for producing aluminium-scandium alloy and reactor for implementing the method | |
Sharma et al. | Electrowinning of cobalt from sulphate solutions | |
Rimaszeki et al. | Application of HCl solutions for recovering the high purity metal from tin scrap by electrorefining | |
Pradhan et al. | The effect of electrode surface modification and cathode overpotential on deposit characteristics in aluminum electrorefining using EMIC–AlCl3 ionic liquid electrolyte | |
SA98181043A (en) | Process for the electrolytic production of metals | |
Mishra et al. | Molten salt applications in materials processing | |
Huan et al. | Recovery of aluminum from waste aluminum alloy by low-temperature molten salt electrolysis | |
Ren et al. | The recovery of zinc from hot galvanizing slag in an anion-exchange membrane electrolysis reactor | |
Yasinskiy et al. | Electrochemical reduction and dissolution of liquid aluminium in thin layers of molten halides | |
Chen et al. | Electrodeposition of Zr and electrochemical formation of Mg–Zr alloys from the eutectic LiCl–KCl | |
US20150203978A1 (en) | Method for preparing an electrolyte and an electrolyte replenishment system during aluminum electrolysis process | |
CN102644094A (en) | Method for preparing Al-Mg-Tb ternary alloy by means of fused salt electrolysis | |
UA80951C2 (en) | Electrolyte for silicon powder obtaining | |
Awayssa et al. | Electrochemical production of Al-Si alloys in Cryolitic melts in a laboratory cell | |
RU2621207C1 (en) | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation | |
EP3315634B1 (en) | A method of electrochemical production of rare earth alloys and metals comprising a composite anode | |
RU2415973C2 (en) | Procedure for production of aluminium by electrolysis of melt | |
US2892763A (en) | Production of pure elemental silicon | |
Zhang et al. | The electrochemical dissolution mechanism and treatment process in the molten-salt electrolytic recovery of WC-Co two-phase scraps | |
Tao et al. | A novel process for recovering aluminum and silicon from fly ash in cryolite molten salt | |
RU2103391C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING REFRACTORY METALS FROM ORE CONCENTRATES | |
Awayssa et al. | Current efficiency for direct production of an aluminium–titanium alloy by electrolysis in a laboratory cell | |
Molotovska et al. | Electrochemical synthesis of chromium silicides from molten salts | |
Cao et al. | An electrochemical method for the preparation of Al-Mg master alloys from MgO |