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DE3841222A1 - Process for the parallel generation of silicon tetrafluoride and sulphur hexafluoride - Google Patents

Process for the parallel generation of silicon tetrafluoride and sulphur hexafluoride

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DE3841222A1
DE3841222A1 DE19883841222 DE3841222A DE3841222A1 DE 3841222 A1 DE3841222 A1 DE 3841222A1 DE 19883841222 DE19883841222 DE 19883841222 DE 3841222 A DE3841222 A DE 3841222A DE 3841222 A1 DE3841222 A1 DE 3841222A1
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DE
Germany
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silicon
hexafluoride
sulfur
separated
temperatures
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DE19883841222
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Richard Dipl Chem Dr Doetzer
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Abstract

A process is provided for the parallel generation of silicon tetrafluoride and sulphur hexafluoride, in which elemental silicon is reacted with sulphur vapour at temperatures above 600@C to give silicon sulphide, this is purified by sublimation, finely milled and reacted at temperatures between 300 and about 550@C with depleted uranium hexafluoride, converted into the gas phase, in accordance with the equation SiS2 + 8 UF6 @ SiF4 + 2 SF6 + 8 UF4 The heterogeneous reactions, which are preferably to be carried out in a fluidised-bed furnace, give highly pure products because of the high purity of the starting material. An additional advantage arises from the fact that in the novel process using depleted uranium hexafluoride and waste silicon from semiconductor manufacture, two hitherto unutilised "waste materials" readily available in large amounts can be utilised (valorised).

Description

Zur Erzeugung von Kernbrennstoffelementen muß das in natürlichen Uranvorkommen nur in geringem Anteil vorhandene spaltbare Isotop U in einem besonderen Verfahren angereichert werden. Diese Anreicherung findet auf der Stufe des gasförmigen Uranhexafluo­ rids, UF6, statt. Neben dem auf einen Gehalt von ca. 3 Prozent an spaltbaren Isotopen angereicherten UF6 verbleibt als Neben­ produkt sogenanntes abgereichertes Uranhexafluorid in gegen­ über dem angereicherten UF6 4 bis 6-fach größerer Menge. Darin sind noch ca. 0,20 bis 0,25 Prozent an spaltbarem Isotop ent­ halten. Eine weitere Abreicherung bis auf ca. 0,1 Prozent Ge­ halt an spaltbarem Uranisotop ist technisch möglich, führt aber zu erhöhten Kosten und ist beim jetzigen Stand der Technik nicht wirtschaftlich durchzuführen. Dennoch handelt es sich bei dem ab­ gereicherten Uranmaterial um einen potentiellen Wertstoff. Welt­ weit lagern daher bereits mehr als dreihunderttausend Tonnen an abgereichertem Uranhexafluorid.In order to produce nuclear fuel elements, the fissile isotope U, which is present only to a small extent in natural uranium deposits, must be enriched in a special process. This enrichment takes place at the stage of the gaseous uranium hexafluoride, UF 6 . In addition to the UF 6 enriched to a content of about 3 percent of cleavable isotopes, so-called depleted uranium hexafluoride remains as a by-product in a quantity 4 to 6 times greater than that of the enriched UF 6 . It still contains about 0.20 to 0.25 percent of fissile isotope. Further depletion down to about 0.1 percent Ge of fissile uranium isotope is technically possible, but leads to increased costs and cannot be carried out economically in the current state of the art. Nevertheless, the depleted uranium material is a potential resource. Therefore, more than three hundred thousand tons of depleted uranium hexafluoride are already stored worldwide.

Wegen der chemischen Aggressivität des UF6 ist dessen Lagerung jedoch äußerst aufwendig und muß in teueren Edelstahltanks unter einem hohen Überwachungs-und Kontrollaufwand durchgeführt wer­ den. Neben dem Uran steckt im UF6 mit dem hohen Fluorgehalt ein weiterer potentieller Wertstoff. Zur Erzeugung von UF6 wurde nämlich gemäßBecause of the chemical aggressiveness of the UF 6 , however, its storage is extremely complex and must be carried out in expensive stainless steel tanks with a high level of monitoring and control effort. In addition to uranium, there is another potential valuable substance in the UF 6 with its high fluorine content. For the production of UF 6 was according namely

UF₄ + F₂ → UF₆UF₄ + F₂ → UF₆

teures elementares Fluor eingesetzt. Eine technische Nutzung dieses hohen Fluorierungspotentials in größerem Maßstab ist bisher noch nicht bekannt. Bereits beschriebene Fluorierungs­ reaktionen mit UF6 führen entweder zu Produkten, für die nur ein sehr geringer Bedarf besteht, oder sind als technische Ver­ fahren nicht durchzuführen.expensive elemental fluorine used. A technical use of this high fluorination potential on a larger scale is not yet known. Fluorination reactions with UF 6 that have already been described either lead to products for which there is very little need or are not to be carried out as technical processes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches Verfahren zur fluorchemischen Nutzung von abgereichertem Uran­ hexafluorid anzugeben, welches billig zu wertvollen Produkten führt, die auch in entsprechend großem Maßstab technisch ver­ wertbar sind.The object of the present invention is therefore a simple one Process for the fluorochemical use of depleted uranium hexafluoride indicate which cheap to valuable products leads, which ver also on a correspondingly large scale are valuable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur parallelen Erzeugung von Siliciumtetrafluorid und Schwefel­ hexafluorid, bei dem
elementares Silicium mit elementarem Schwefel bei Temperaturen über 600°C zu Siliciumdisulfid, SiS2, um­ gesetzt,
das SiS2 gereinigt,
feinkörnig gemahlen und
mit in die Gasphase überführtem abgereichertem Uran­ hexafluorid bei Temperaturen zwischen 300 und ca. 550°C gemäß der Gleichung
This object is achieved according to the invention by a process for the parallel production of silicon tetrafluoride and sulfur hexafluoride, in which
elemental silicon with elemental sulfur at temperatures above 600 ° C to form silicon disulfide, SiS 2 ,
cleaned the SiS 2 ,
finely ground and
with depleted uranium hexafluoride converted to the gas phase at temperatures between 300 and approx. 550 ° C according to the equation

SiS₂ + 8 UF₆ → SiF₄ + 2 SF₆ + 8 UF₄SiS₂ + 8 UF₆ → SiF₄ + 2 SF₆ + 8 UF₄

umgesetzt wird.is implemented.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß kleinteiliges Abfallsilicium aus der Halbleiterfertigung verwendet wird, wel­ ches fein gemahlen im Wirbelschichtofen mit Schwefeldampf umge­ setzt wird.Furthermore, it is within the scope of the invention that small parts Waste silicon from semiconductor manufacturing is used, wel finely ground in a fluidized bed furnace with sulfur vapor is set.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are the subclaims refer to.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Weg zur Erzeugung der technisch wertvollen Gase Siliciumtetrafluorid und Schwefel­ hexafluorid aufgezeigt, der sowohl kostengünstig ist, als auch zu hochreinen Produkten führt. Insbesondere das Schwefelhexa­ fluorid wird als Isolations- und Lichtbogenlöschgas in der Elek­ trotechnik in großen Mengen eingesetzt und ist inzwischen unver­ zichtbar. Wegen seiner guten dielektrischen Eigenschaften wird SF6 in Schalt- und Trennanlagen, Leistungs- und Meßtrafos, für gasgefüllte Stromkabel, vollgekapselte Innenraumschaltanlagen, Röntgengeneratoren, elektrostatische Teilchenbeschleuniger und in vielen anderen Anlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik verwendet.The method according to the invention shows a way of producing the technically valuable gases silicon tetrafluoride and sulfur hexafluoride, which is both inexpensive and leads to highly pure products. In particular, sulfur hexa fluoride is used as an insulation and arc extinguishing gas in electrical engineering in large quantities and is now indispensable. Because of its good dielectric properties, SF 6 is used in switchgear and disconnector systems, power and measurement transformers, for gas-filled power cables, fully enclosed indoor switchgear, X-ray generators, electrostatic particle accelerators and in many other medium and high voltage systems.

Die Herstellung von Schwefelhexafluorid erfolgt bisher aus Schwefel und dem teueren elementaren Fluorgas gemäßSo far, sulfur hexafluoride has been produced from Sulfur and the expensive elementary fluorine gas

1/8 S₈ + 3 F₂ → SF₆1/8 S₈ + 3 F₂ → SF₆

Das Siliciumtetrafluorid kann wieder in elementares Silicium überführt werden, welches eine gegenüber dem eingesetzten Sili­ ciummaterial erhöhte Reinheit aufweist und zum Beispiel gut für Solarzellenzwecke geeignet ist.The silicon tetrafluoride can be converted back into elemental silicon be transferred, which one compared to the Sili used ciummaterial has increased purity and, for example, good for Solar cell purposes is suitable.

Zur Umsetzung des Siliciumtetrafluorids zu elementarem Silicium eignen sich mehrere Verfahren. Die Reduktion von Siliciumtetra­ fluorid im Lichtbogen an Kohleelektroden liefert gemäßTo convert silicon tetrafluoride into elemental silicon several methods are suitable. The reduction of silicon tetra fluoride in the arc on carbon electrodes delivers according to

SiF₄ + C → Si + CF₄SiF₄ + C → Si + CF₄

als gasförmiges Nebenprodukt das sehr beständige und wegen seiner Reaktionsträgheit ungiftige Kohlenstofftetrafluorid, das heute ebenfalls technisch Anwendung findet. Die Bildung von Si­ liziumcarbid wird durch geeignete Reaktionsbedingungen ausge­ schlossen.as a gaseous by-product, the very stable and because its inertia non-toxic carbon tetrafluoride, the is also used technically today. The formation of Si Silicon carbide is released by suitable reaction conditions closed.

Die Reduktion im Lichtbogen unter Wasserstoffatmosphäre an Wolf­ ramelektroden verläuft gemäß der GleichungThe reduction in the arc under a hydrogen atmosphere at Wolf ram electrodes run according to the equation

SiF₄ + 2 H₂ → Si + 4 HFSiF₄ + 2 H₂ → Si + 4 HF

Der als gasförmiges Nebenprodukt entstehende Fluorwasserstoff weist eine hohe Reinheit auf und kann durch Kondensation oder Absorption in Natron- oder Kalilauge bzw. Kalkmilch oder Alumi­ niumhydroxid in technisch weiterverwertbares Natrium-, Kalium-, Calcium- oder Aluminiumfluorid überführt werden.The hydrogen fluoride produced as a gaseous by-product has a high purity and can by condensation or  Absorption in sodium or potassium hydroxide solution or milk of lime or alumi nium hydroxide in technically recyclable sodium, potassium, Calcium or aluminum fluoride can be transferred.

Die Reduktion mit metallischem Natrium von hoher Reinheit, die oberhalb von 150°C einsetzt, ergibt gemäßThe reduction with high purity metallic sodium used above 150 ° C results in

SiF₄ + 4 Na → Si + 4 NaFSiF₄ + 4 Na → Si + 4 NaF

elementares Silicium in Form von ca. 150 µm großen Partikeln, die durch Auslaugen des entstandenen Natriumfluorids gewonnen werden. Dieses Nebenprodukt Natriumfluorid kann für die Herstel­ lung von Natriumhexafluorsilikat-Schmelzflußelektrolyten zur chemischen Abscheidung dünner polykristalliner Siliciumschich­ ten für Solarzellen verwendet werden.elemental silicon in the form of approximately 150 µm large particles, obtained by leaching the resulting sodium fluoride will. This by-product sodium fluoride can be used in the manufacture development of sodium hexafluorosilicate melt flow electrolytes chemical deposition of thin polycrystalline silicon layers ten can be used for solar cells.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die Reduktion des Siliciumte­ trafluorids im Plasma oder in der Glimmentladung unter Wasser­ stoffatmosphäre. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann das Silicium­ tetrafluorid direkt zur Erzeugung amorpher Siliciumschichten auf geeigneten Substraten gemäßHowever, the reduction of the silicon part is particularly advantageous trafluorids in plasma or in glow discharge under water atmosphere. With the help of this process, the silicon tetrafluoride directly for the production of amorphous silicon layers on suitable substrates according to

SiF₄ + 2 H₂ → SiF, H) + 4 HFSiF₄ + 2 H₂ → Si F, H) + 4 HF

verwendet werden. Für den dabei anfallenden Fluorwasserstoff gilt das bereits weiter oben Vermerkte.be used. For the resulting hydrogen fluoride this applies already noted above.

Für preiswert bereitstellbares Siliciumtetrafluoridgas er­ schließt sich eine weitere Verwendung nach dem amerikanischen Ocrete-Prozeß gemäß der UmsetzungFor inexpensive silicon tetrafluoride gas another use follows after the American Ocrete process according to the implementation

2 Ca(OH)₂ + SiF₄ → 2 CaF₂ + SiO₂ + 2 H₂O2 Ca (OH) ₂ + SiF₄ → 2 CaF₂ + SiO₂ + 2 H₂O

Mit Hilfe dieser Reaktion gelingt es, Betonbauten zu festigen und abzudichten. Auch wird so die großtechnische Her­ stellung von synthetischem Kryolith, Na3AlF6 für die Aluminium­ gewinnung durch Schmelzflußelektrolyse ermöglicht.With the help of this reaction, concrete structures can be strengthened and sealed. This also enables the large-scale production of synthetic cryolite, Na 3 AlF 6 for aluminum extraction by melt flow electrolysis.

Desweiteren ist hochreines und preiswertes Siliciumtetrafluorid für die Herstellung von Silikofluoriden als Salze und Elektro­ lyte sowie für die Trinkwasserfluoridierung zur Kariesprophy­ laxe von anwendungstechnischem Interesse.Furthermore, high-purity and inexpensive silicon tetrafluoride  for the production of silicon fluoride as salts and electro lyte and for drinking water fluoridation to caries prophy lax of application engineering interest.

Als Rohstoff für das erfindungsgemäße Verfahren dient Abfallsi­ licium aus der Halbleiter- oder Solarzellensiliciumproduktion welches bei der Verarbeitung von Siliciummaterial in der Elektro­ technik bzw. Elektronik in beachtlichen Mengen anfällt. Allein beim Schneiden von Siliciumscheiben aus ein- oder polykristalli­ nen Siliciumstäben, welches meist mittels Diamantinnenlochsägen durchgeführt wird, werden 30 bis 50 Prozent und mehr Silicium­ schnittabfall erhalten. Auch bei dem Vereinzeln von Chips fal­ len die Randbereiche der Wafer als Abfall an. Eine Abschätzung ergibt, daß im Jahre 1987 weltweit ca. 5000 Tonnen Abfallsili­ cium angefallen sind.Waste Si serves as the raw material for the process according to the invention licium from semiconductor or solar cell silicon production which is used in the processing of silicon material in electronics technology or electronics in considerable quantities. Alone when cutting silicon wafers from single or polycrystalline NEN silicon rods, which mostly by means of diamond hole saws is performed, 30 to 50 percent and more silicon receive cut waste. Fal also when separating chips len the edge areas of the wafers as waste. An estimate shows that in 1987 about 5000 tons of waste silicate worldwide cium are incurred.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, im Abfallsili­ cium vorhandene Fremdelemente, zum Beispiel Dotierstoffe und Verunreinigungen, durch sulfidische Abtrennung zu entfernen. Durch Umsetzung des Abfallsiliciums mit Schwefel werden Fremd­ elemente aufoxidiert und als Sulfide weggebunden. Weil vor allem die Metallsulfide sehr stabile Verbindungen sind, die sich vom Siliciumsulfid leicht selbst oder als Thiosilikate abtrennen lassen, kann ein sehr reines SiS2 erhalten und für die Umsetzung mit abgereichertem Uranhexafluorid eingesetzt werden. Auch der Schwefel steht in ausreichender Reinheit zur Verfügung. Sollte es bei besonderen Verunreinigungen dennoch erforderlich sein, kann das Siliciumsulfid zur weiteren Reini­ gung auch bei 60 Torr sublimiert werden. Es fällt dann in farb­ losen, seidenglänzenden Kristallnadeln an.With the method according to the invention it is possible to remove foreign elements present in the waste silicon, for example dopants and impurities, by sulfidic separation. By reacting the waste silicon with sulfur, foreign elements are oxidized and bound away as sulfides. Because the metal sulfides in particular are very stable compounds that can easily be separated from the silicon sulfide themselves or as thiosilicates, a very pure SiS 2 can be obtained and used for the reaction with depleted uranium hexafluoride. The sulfur is also available in sufficient purity. Should it still be necessary for special impurities, the silicon sulfide can be sublimed for further cleaning even at 60 torr. It then occurs in colorless, silk-glossy crystal needles.

Zur Umsetzung mit mehr als 600° heißem Schwefeldampf wird das Silicium fein verteilt in den Reaktor eingebracht. Die hetero­ gene Reaktion verläuft umso vollständiger zu Siliciumdisulfid, je feinteiliger das Silicium zur Reaktion gebracht wird. Am besten wird das spröde Silicium dazu fein gemahlen. Das Pulver kann dann leicht in den Reaktor eingeblasen werden, welcher vorzugsweise als Wirbelschichtofen arbeitet. For the implementation with more than 600 ° hot sulfur vapor that becomes Silicon finely divided introduced into the reactor. The straight gene reaction proceeds all the more completely to silicon disulfide, the more finely divided the silicon is reacted. At the the brittle silicon is best finely ground. The powder can then be easily blown into the reactor, which preferably works as a fluidized bed furnace.  

Die weitere Umsetzung des SiS2 mit Uranhexafluoriddampf ist wie­ derum eine heterogene Reaktion, die in einem ähnlichen Reaktor durchgeführt werden kann. Dazu wird auch das Siliciumdisulfid fein gemahlen und zusammen mit heißen UF6-Dampf in einen Wirbel­ schichtofen eingebracht. Sowohl das Einblasen des pulverförmi­ gen Feststoffes als auch das Einbringen des Uranhexafluorid­ dampfs kann mit einem Trägergasstrom, zum Beispiel Stickstoff, unterstützt werden. Voraussetzung für diese Umsetzung ist ein Arbeiten unter Feuchtigkeitsausschluß, um eine Hydrolyse des Uranhexafluorids unter Fluorwasserstoffbildung zu vermeiden. Weiterhin sollten während der Reaktion die Seitenwände des Reak­ tors gekühlt werden, um die Reaktionswärme der exotherm verlau­ fenden Reaktion abzuführen. Außerdem wird dadurch die Abschei­ dung des einzig entstehenden Feststoffs Urantetrafluorid an den kühlen Reaktorwänden erleichtert. Diese Urantetrafluoridschicht schützt außerdem die Reaktorwand vor einem korrosiven Angriff des Uranhexafluorids.The further reaction of the SiS 2 with uranium hexafluoride vapor is again a heterogeneous reaction that can be carried out in a similar reactor. For this purpose, the silicon disulfide is also finely ground and placed in a fluidized bed furnace together with hot UF 6 steam. Both the blowing in of the powdery solid and the introduction of the uranium hexafluoride vapor can be supported with a carrier gas stream, for example nitrogen. A prerequisite for this implementation is working in the absence of moisture in order to avoid hydrolysis of the uranium hexafluoride with the formation of hydrogen fluoride. Furthermore, the side walls of the reactor should be cooled during the reaction in order to dissipate the heat of reaction of the exothermic reaction. In addition, the deposition of the only solid uranium tetrafluoride formed on the cool reactor walls is facilitated. This uranium tetrafluoride layer also protects the reactor wall from a corrosive attack by the uranium hexafluoride.

Die gasförmigen Reaktionsprodukte SiF4 und SF6 werden konti­ nuierlich aus dem Reaktor abgezogen und können zunächst einmal durch Kondensation bei tiefen Temperaturen in flüssiger Form aufgefangen werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wer­ den die beiden Komponenten dann durch fraktionierte Destilla­ tion getrennt, welche vorzugsweise unter einem geringen Über­ druck erfolgt.The gaseous reaction products SiF 4 and SF 6 are continuously withdrawn from the reactor and can first of all be collected in liquid form by condensation at low temperatures. In one embodiment of the invention, the two components are then separated by fractional distillation, which is preferably carried out under a slight excess pressure.

Wegen der unterschiedlichen Molekülgröße und des unterschied­ lichen Molekulargewichts unterscheiden sich die beiden Stoffe auch in ihrem Diffusionsverhalten, was zu einer alternativen Auftrennung der Stoffe ausgenutzt werden kann. Zum Beispiel ist die Trennung über semipermeable Membranen möglich. Eine Schei­ dung der beiden Einzelkomponenten kann auch in flüssiger Form erfolgen, da die beiden Stoffe miteinander nicht mischbare flüs­ sige Phasen bilden. Das spezifisch schwerere Schwefelhexafluo­ rid kann vom Boden des Kondensationsgefäßes abgezogen werden, während das spezifisch leichtere Siliciumtetrafluorid obenauf schwimmt.Because of the different molecular size and the difference The molecular weight differs between the two substances also in their diffusion behavior, leading to an alternative Separation of the substances can be exploited. For example is separation via semipermeable membranes possible. A shit The two individual components can also be used in liquid form take place because the two substances cannot be mixed with each other form phases. The specifically heavier sulfur hexafluo rid can be pulled off the bottom of the condensation vessel, while the specifically lighter silicon tetrafluoride on top swims.

Beschränkt man sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auf die Reindarstellung von Schwefelhexafluorid, so kann das SiF4 auch chemisch durch Adduktbildung mit geeigneten Reaktionspartnern abgetrennt werden. Dazu bieten sich Additionsverbindungen mit Ammoniak oder anderen Aminen wie zum Beispiel Pyridin an, aus denen sich das Siliciumtetrafluorid leicht wieder abspalten läßt. Mit Alkoholen wie Methanol, Isopropanol oder Glykol können Solvate gebildet werden, in denen sich das Siliciumte­ trafluorid löst. Falls hochreines SiO2 gewonnen werden soll, kann das Siliciumtetrafluorid auch unter Bildung von Kieselsäu­ re und Flußsäure hydrolysiert werden. Durch Entwässerung wird aus der Kieselsäure ein hochreines Siliciumdioxid erhalten, wel­ ches zum Beispiel durch carbothermische Reduktion in ein hoch­ reines Silicium überführt werden kann. Eine weitere Möglichkeit stellt die Bildung von Silikofluoriden durch Reaktion mit Alka­ limetallen- oder Oniumfluoriden gemäßIf the process according to the invention is limited to the pure preparation of sulfur hexafluoride, the SiF 4 can also be separated chemically by formation of an adduct with suitable reaction partners. Addition compounds with ammonia or other amines such as pyridine, from which the silicon tetrafluoride can easily be split off, are suitable for this purpose. With alcohols such as methanol, isopropanol or glycol, solvates can be formed in which the silicon tetrafluoride dissolves. If high-purity SiO 2 is to be obtained, the silicon tetrafluoride can also be hydrolyzed to form silica and hydrofluoric acid. A high-purity silicon dioxide is obtained from the silica by dewatering, which can be converted, for example by carbothermal reduction, into a high-purity silicon. Another possibility is the formation of silicofluorides by reaction with alkali metal or onium fluorides

2 MF + SiF₄ → M₂SiF₆2 MF + SiF₄ → M₂SiF₆

dar, wobei M ein einwertiges Metall oder Oniumion ist. Diese Salze können als Elektrolyte für die Schmelzflußelektrolyse ein­ gesetzt werden.where M is a monovalent metal or onium ion. These Salts can be used as electrolytes for melt flow electrolysis be set.

Mit Aluminiumtrichlorid setzt sich Siliciumtetrafluorid zu Sili­ ciumtetrachlorid und festem Aluminiumtrifluorid um:With aluminum trichloride, silicon tetrafluoride forms into sili cium tetrachloride and solid aluminum trifluoride around:

3 SiF₄ + 4 AlCl₃ → 3 SiCl₄ + 4 AlF₃3 SiF₄ + 4 AlCl₃ → 3 SiCl₄ + 4 AlF₃

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Recycling von verunreinigtem Silicium aus der Halbleiterfertigung und stellt gleichzeitig ein weiteres wichtiges technisches Gas, SF6, zur Verfügung. Da die Ausgangsstoffe billig bzw. nahezu kostenlos (UF6) erhältlich sind, stellt das Verfahren auch einen äußerst kostengünstigen Weg zur Herstellung von Siliciumtetrafluorid und Schwefelhexafluorid dar. In Schwefel oder Silicium enthal­ tene Verunreinigungen können dabei schon im ersten Verfahrens­ schritt erfolgreich abgetrennt werden. Da auch das Uranhexa­ fluorid aufgrund des technisch schwierigen Prozesses der Iso­ topenanreicherung eine sehr hohe Reinheit von größer 99,99 Pro­ zent aufweist, werden hochreine Produkte erhalten. Das schwierig zu lagernde aggressive Uranhexafluorid wird dabei in das chemisch nahezu inerte Urantetrafluorid überführt, welches gut und billig gelagert werden kann und weiterhin für eine eventuell notwendige weitere Abreicherung zur Verfügung steht. Die somit eingesparten Lagerkosten stellen einen weiteren Ko­ stenvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.The method according to the invention is suitable for recycling contaminated silicon from semiconductor production and at the same time provides another important technical gas, SF 6 . Since the starting materials are available cheaply or almost free of charge (UF 6 ), the process also represents an extremely cost-effective way of producing silicon tetrafluoride and sulfur hexafluoride. Impurities contained in sulfur or silicon can be successfully removed in the first process step. Since the uranium hexa fluoride also has a very high purity of greater than 99.99 percent due to the technically difficult process of isotope enrichment, highly pure products are obtained. The difficult to store aggressive uranium hexafluoride is converted into the almost inert uranium tetrafluoride, which can be stored cheaply and is still available for further depletion. The storage costs thus saved represent a further cost advantage of the method according to the invention.

Claims (9)

1. Verfahren zur parallelen Erzeugung von Siliciumtetrafluorid und Schwefelhexafluorid, bei dem
elementares Silicium mit elementarem Schwefel bei Tem­ peraturen über 600°C zu Siliciumdisulfid, SiS2, umge­ setzt wird,
das Siliciumdisulfid gereinigt,
feinkörnig gemahlen und
mit in die Gasphase überführtem abgereichertem Uran­ hexafluorid bei Temperaturen zwischen 300 und ca. 550°C gemäß der Gleichung SiS₂ + 8 UF₆ → SiF₄ + 2 SF₆ + 8 UF₄umgesetzt wird.
1. A process for the parallel production of silicon tetrafluoride and sulfur hexafluoride, in which
elemental silicon with elemental sulfur at temperatures above 600 ° C is converted to silicon disulfide, SiS 2 ,
cleaned the silicon disulfide,
finely ground and
is reacted with depleted uranium hexafluoride in the gas phase at temperatures between 300 and about 550 ° C according to the equation SiS₂ + 8 UF₆ → SiF₄ + 2 SF₆ + 8 UF₄.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß kleinteiliges Abfallsilizium aus der Halbleiterfertigung verwendet wird, welches fein gemahlen im Wirbelschichtofen mit Schwefeldampf umgesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized records that small-scale waste silicon from the Semiconductor manufacturing is used, which is finely ground in Fluidized bed furnace is implemented with sulfur vapor. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umsetzung von SiS2 mit Uran­ hexafluorid in einem Wirbelschichtofen durchgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reaction of SiS 2 with uranium hexafluoride is carried out in a fluidized bed furnace. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Raumtemperatur gas­ förmigen Produkte Siliziumtetrafluorid und Schwefelhexafluorid bei tiefen Temperaturen kondensiert und mittels fraktionierter Destillation getrennt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the gas at room temperature shaped products silicon tetrafluoride and sulfur hexafluoride condensed at low temperatures and by means of fractional Distillation to be separated. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die fraktionierte Destillation unter geringem Überdruck erfolgt. 5. The method according to claim 4, characterized records that the fractional distillation under slight overpressure.   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Produktgase SiF4 und SF6 über ihre unterschiedlichen Diffusionseigenschaften ge­ trennt werden.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the two product gases SiF 4 and SF 6 are separated via their different diffusion properties. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das SiF4 und SF6 über eine semipermeable Membran voneinander getrennt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that the SiF 4 and SF 6 are separated from one another via a semipermeable membrane. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase Siliciumtetrafluo­ rid und Schwefelhexafluorid gemeinsam bei tiefen Temperaturen auskondensiert werden und anschließend die beiden nicht mitein­ ander mischbaren flüssigen Phasen voneinander getrennt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the gases silicon tetrafluo rid and sulfur hexafluoride together at low temperatures are condensed out and then the two are not together be separated from one another in the miscible liquid phases. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung des SiF4 vom reaktionsträgeren Schwefelhexafluorid auf chemischem Weg durch Adduktbildung vorgenommen wird.9. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the separation of the SiF 4 from the low-reactivity sulfur hexafluoride is carried out chemically by adduct formation.
DE19883841222 1988-12-07 1988-12-07 Process for the parallel generation of silicon tetrafluoride and sulphur hexafluoride Withdrawn DE3841222A1 (en)

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