FI72952B - Foerfarande foer framstaellning av kisel. - Google Patents
Foerfarande foer framstaellning av kisel. Download PDFInfo
- Publication number
- FI72952B FI72952B FI850951A FI850951A FI72952B FI 72952 B FI72952 B FI 72952B FI 850951 A FI850951 A FI 850951A FI 850951 A FI850951 A FI 850951A FI 72952 B FI72952 B FI 72952B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- silicon
- sodium
- alkaline earth
- earth metal
- alkali
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 26
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 11
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 8
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 31
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 25
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 25
- 239000000047 product Substances 0.000 description 24
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- ATVLVRVBCRICNU-UHFFFAOYSA-N trifluorosilicon Chemical compound F[Si](F)F ATVLVRVBCRICNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MEYPRMGRFQCXHY-UHFFFAOYSA-N [Na].F[Si](F)(F)F Chemical compound [Na].F[Si](F)(F)F MEYPRMGRFQCXHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005662 Paraffin oil Substances 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000674 effect on sodium Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- QDRKDTQENPPHOJ-UHFFFAOYSA-N sodium ethoxide Chemical compound [Na+].CC[O-] QDRKDTQENPPHOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 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
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/033—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by reduction of silicon halides or halosilanes with a metal or a metallic alloy as the only reducing agents
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
72952
Menetelmä piin valmistamiseksi Tämä keksintö kohdistuu menetelmään monikiteisen puhtaan piin valmistamiseksi. Erityisesti tämä keksintö kohdistuu sellaiseen menetelmään, jossa kaasumaista piitetrahalogenidi a pelkistetään korotetussa lämpötilassa alkali- tai maa-alkaiimetal1in avulla, minkä jälkeen pii otetaan talteen esim. sulafaasierotuksel1 a.
Pii on puolijohdeteol1isuuden tärkein raaka-aine ja sen käytön arvellaan lisääntyvän voimakkaasti auringon säteilyenergiaan perustuvassa sähkön tuotannossa, mikäli piin valmistuksen kustannuksia pystytään oleellisesti pienentämään nykyisin käytössä olevien menetelmien kustannustasosta.
Piitä valmistetaan teollisesti pelkistämällä kvartsi hiekkaa hiilellä korkeassa lämpötilassa (DE-hakemUsjui kai su 30 232 97.4 ). Näin saatua metallurgista piitä puhdistetaan edelleen käsittelemällä sitä kloorivetykaasul1 a, jolloin syntyy erilaisia piin, vedyn ja kloorin yhdisteitä, kuten mm. trikloorisi1aania ja eräissä olosuhteissa myös silaania. Halutut yhdisteet erotetaan tislaamalla korkeassa lämpötilassa esim. tri kloorisi lääni hajoitetaan vedyn avulla takaisin piiksi ja kloorivedyksi. Tämän menetelmän epäkohtana on korkea energiankulutus ja alhainen saanto.
US-patenttijulkaisussa 2 172 969 on esitetty menetelmä natrium- o piifluoridin pelkistämiseksi natriumilla noin 500 C lämpötilassa, jolloin reaktion tuloksena syntyy piitä ja natriumf1uori-dia sisältävä amorfinen pulveri. Käsittelemällä näin saatua tuotetta rikkihapolla saadaan pii erotetuksi, jolloin natriumf1uori-di reagoi ja muodostaa fluorivetyä ja natriumsulfaatti1iuosta. Piin puhtaus on tällä menetelmällä 96-97 % ja saanto n. 87 % teo-reetti sesta.
72952
Tunnetaan myös menetelmiä piin valmistamiseksi pelkistämällä pii-tetrakloridia tai -fluoridia natriumilla. Raaka-aineet puhdistetaan johtamalla ne kaasufaasissa hienojakoisen kvartsin ja hienojakoisen piin läpi (US-patenttijulkaisu 3 041 145) tai pii ja natriumfluoridi erotetaan toisistaan sulafaasierotuksella ylläpitämällä reaktorin pohjalla lämpötilaa, joka on piin sulamispisteen yläpuolella (US-patenttijulkaisu 4 442 082).
Kaikille edellä esitetyille menetelmille on luonteenomaista, että reaktiot tapahtuvat kaasufaasissa, jolloin eksotermisten reaktioiden synnyttämä korkea lämpötila on vaikeasti hallittavissa ja prosessit siten vaikeasti toteutettavissa jatkuvatoimisina.
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada menetelmä monikiteisen puhtaan piin valmistamiseksi, jossa kaasumaisen piitetrahalogenidin ja alkali- tai maa-alkalimetallin, voimakkaasti eksotermisen, reaktion synnyttämä lämpö siirtyy väliaineeseen. Äkilliset voimakkaat lämpötilan nousut saadaan siten estettyä lämpötilan pysyessä suhteellisen tasaisena ja melko alhaisena. Prosessi on siten kaasufaasiprosesseja helpompi hallita. Prosessi on lisäksi helppo toteuttaa jatkuvatoimisena, kun kaikki raaka-aineet ja tuotteet ovat helposti virtaavassa muodossa.
Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.
Aikaisemmin tunnetuista piin valmistusmenetelmistä poiketen kaasumaista piitetrahalogenidia pelkistetään nyt korkeassa lämpötilassa kiehuvaan nestemäiseen väliaineeseen dispergoidulla alkali-metallisulalla tai maa-alkalimetallisulalla tai -jauheella eikä kaasufaasissa kuten aikaisemmin.
Il 3 72952
Korkeassa lämpötilassa kiehuvan öljyn hyväksikäyttö metallisen natriumin reaktioissa on tosin jo sinänsä tunnettua mm. US-patent-tijui kaisusta 2 898 195 ja Brit. patenttijulkaisusta 1 21 6 395, joissa on selostettu menetelmiä natriumhydridi n valmistamiseksi. US-patenttijui kai sun 2 898 1 95 mukaisessa menetelmässä natrium saatetaan reagoimaan natriumhydridiksi syöttämällä sulaa natriumia ja inerttiä korkeassa lämpötilassa kiehuvaa nestettä reaktorisar-jan läpi samalla kun nestettä sekoitetaan voimakkaasti vedyn läsnäollessa korkeassa paineessa. US-patenttijulkaisussa 4 374 111 ja 4 407 783 on lisäksi selostettu menetelmiä silaanin valmistamiseksi natriumhydridistä ja piitetraf1uoridista käyttäen eettereitä ja hiilivetyjä suspendointiväliaineina, jolloin nämä väliaineet kuitenkin osallistuvat reaktioon ja vaikuttavat siten reaktion lopputulokseen. Ennestään ei kuitenkaan ole tunnettua valmistaa piitä korkeassa lämpötilassa kiehuvassa nestemäisessä väliaineessa.
Korkea lämpötila edistää kaasumaisen piitetrahalogenidi n pelkistymistä piiksi ja alkali- tai maa-alkalihalogenidiksi keksinnön mukaisessa menetelmässä. Pel kistyslämpöti1 a on edullisesti vähin-o tään 300 C, mutta ei saa ylittää sitä lämpötilaa, jossa korkeassa lämpötilassa kiehuva nestemäinen väliaine alkaa hajota.
Korkeassa lämpö tilassa kiehuvassa nestemäisessä väliaineessa olevien natriumpisaroiden ympärille kasvavan kiinteän reaktiotuote-kerroksen rikkomiseksi ja tuoreen reaktiokykyisen pinnan paljastamiseksi käytetään edullisesti mekaanista sekoitinta, jolla on suuri leikkausnopeus. Sekoittimen kierrosnopeus on edullisesti 1000-3000 kierrosta/minuutti.
Korkeassa lämpötilassa kiehuvana nestemäisenä väliaineena käytetään edullisesti inerttiä orgaanista öljyä, johon edullisesti dispergoidaan natriumia tai magnesiumia tai niiden seosta, esimerkiksi 1 ejeeri nki ä.
4 72952
Keksinnön mukaisen menetelmän edullinen piiraaka-aine on fosfori- hapon valmistuksen yhteydessä syntyvä piif1uorivetyhappo, jolle tähän saakka on ollut vaikea löytää taloudellista käyttöä. Pii voidaan saostaa haposta kvantitatiivisesti ai kaiipiif1uoridina käyttäen saostimena esim. natriumklori di a, natriumfluoridi a tai vastaavia kaiiumsuoloja. Hapossa olevat epäpuhtaudet jäävät tällä käsittelyllä olennaisesti 1iuosfaasiin. Natriumpiif1uoridi voi- o daan hajoittaa termisesti yli 700 C:n lämpötilassa kaasumaiseksi pii tetraf1uoridiksi ja natriumfluoridiksi seuraavan reaktion mukai sesti:
Na Si F ----------> 2NaF + Si F
2 6 4
Termisellä hajoituksei 1 a saadaan erittäin puhdasta piitetraf1uo-ridia suurimman osan epäpuhtauksista jäädessä natriumfl uoridiin. Näin saatu kaasu johdetaan pelkistysreaktioon .
Piitetraf1uoridi pelkistetään keksinnön mukaisessa menetelmässä öljymäiseen väliaineeseen dispergoidul 1 a natriumilla seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti:
SiF^(g) + 4 Na öljy ------> S i ( s ) + 4 N a F ( s ) öljy Öljyssä olevien natriumpisaroiden reaktiivisuutta pidetään yllä dispersion voimakkaalla sekoituksella, jolloin sekoitinelimen suuri leikkausnopeus jatkuvasti rikkoo natriumin ympärille kasvavaa kiinteää reaktiotuotekerrosta ja paljastaa tuoretta reaktio-kykyistä pintaa. Reaktioiämpöti1 a määräytyy käytettävän öljyn 1ämmönkestävyyden perusteella korkean lämpötilan parantaessa reaktion kineettisiä edellytyksi. Muodostunut natriumfluoridi saattaa reagoida piitetraf1uoridi n kanssa edelleen, jolloin syntyy natriumpiif1uoridi a: tl 5 72952 2 N a F ( s) + Si F (g) .......> Na SiF (s) 4 2 6 Tämä reaktio on natriumpiif1uoridi n termisen hajoituksen kään-teisreaktio ja sinänsä ei-toivottu, koska se kuluttaa toista raaka-ainetta. Se ei kuitenkaan kuluta natriumia, joka on prosessin taloudellisuuden kannalta huomattavasti kriittisempi raaka-aine. Tämän kilpailevan reaktion suhteellinen merkitys vähenee lämpötilan kohotessa.
Pelkistysreaktiossa saatava tuote on öljyyn suspendoitunut amorfisesta piistä, natriumfluoridista ja natriumpiif1uoridista koostuva ruskea, hienojakoinen pulveri. Öljy voidaan suodattaa kiintoaineesta ja palauttaa pelkistysreaktoriin . Pii voidaan ottaa talteen kuumentamalla tuote piin sulamispisteen yläpuolelle, jolloin tuotteeseen jäänyt öljy haihtuu ja natriumpiif1uoridi hajoaa natriumfluoridi k s i. Natriumfluoridi ja pii erottuvat sulina faaseina toisistaan ominaispaino- ja pintajännityseron ansiosta.
Seuraavat esimerkit valaisevat eri muuttujien vaikutusta reak-tioasteeseen ja tuotteen koostumukseen. Esimerkeissä on reak-tioastiana käytetty autoklaavia, mutta se ei ole välttämätöntä, koska kaasunsyötön optimoinnilla voidaan olosuhteissa päästä hyvin lähelle normaali-ΐ1 makehää.
Esimerkki 1
Kahden litran autoklaaviin panostettiin 100 g natriumia ja 720 g korkealla kiehuvaa mineraaliöljyä ("Primol" 352, valmistaja ESSO, . o hyvin puhdas parafiiniöljy, jonka 1 eimahduspiste on 252 C). Au- o toklaavi suljettiin ja kuumennettiin ensin 120 C:seen natriu- o min sulattamiseksi ja sitten pelkistyslämpöti1 aan 300 C. Natriumia dispergoitiin öljyyn turbiinisekoittajal1 a, jonka pyörimisnopeus oli 3000 kierrosta minuutissa. Piitetraf1uoridi a syö- 72952 Γ tettiin kaasusäiliöstä nopeudella 2-0 g/min. Reaktorista otettiin välinäytteitä ajon aikana hanalla varustetun näytteenottoputken kautta. Valinäytteen määrä oli 5-20 g. Ajon päätyttyä autoklaavi avattiin, ja lopputuotteesta otettiin näyte analyysiä varten.
Näytteet käsiteltiin seuraavasti eri komponenttien osuuden ja jäljellä olevan metallisen natriumin suhteen määrätyn konversion laskemiseksi:
Tuote erotettiin öljystä dekantoimalla, ja öljy pestiin sakasta dikloorimetaanilla. Pesty sakka erotetiin sentrifugoimalla ja lietettiin spektripuhtaaseen 99,5 paino-%:seen etanoliin suhteessa 1 osa sakkaa ja 10 osaa etanolia. Liettoaika oli 30 min. Menettelyllä saatiin näytteessä ollut metallinen natrium reagoimaan hallitusti natriumetanolaatiksi seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti :
2Na + 2EtOH--------> 2NaEtO + H
2
Liete suodatettiin biichner-suppilolla, ja liuoksesta määritettiin o natrium atomiabsorptiolla. Sakka kuivattiin 70 C:ssa argon-suo jakaasussa. Kuivan sakan Sedigraph-raekokoanalyysin mukaan rakeiden d^-halkaisi ja oli 6.2 ja m. Röntgendif fraktio antoi selvän piikin natriumfluoridin ja natriumpiifluoridin kohdalla mutta ei piin kohdalla, mikä osoittaa piin syntyvän ei-kiteisenä.
Erä kuivattua sakkaa punnittiin ja lietettiin veteen suhteessa 1
osa kiintoainetta ja 100 osaa vettä vesiliukoisten suolojen NaF
ja Na SiF liuottamiseksi. Liettoaika oli 30 min. Liete suo-2 6 datettiin biichner-suppilolla, ja suodoksesta mitattiin fluoridi-pitoisuus ioniselektiivisellä elektrodilla. Sakka lietettiin uudelleen, kunnes suodoksen fluoridipitoisuus oli alle 3 mg/l. Suo-dokset yhdistettiin, ja saadusta liuoksesta analysoitiin natrium ja fluori. Natriumfluoridin ja natriumpiifluoridin osuus tuotteessa laskettiin Na- ja F-analyysien perusteella.
7 72952 o
Vesilietossa liukenematta jäänyt pusakka kuivattiin 105 C:ssa o ja hehkutettiin suodatinpapereineen 900 C:seen piin hapettumiseksi piidioksidiksi. Metallisen piin määrä näytteessä saatiin laskemalla hehkutetun SiO^-sakan painosta.
Analyysien perusteella lasketut tuotteen koostumukset ja konversio natriumin suhteen on esitetty taulukossa 1.
TAULUKKO 1.
Aika SiF :n syöttö Tuotteen koostumus Konversio 4 % teo- Nam suht.
reetti- Metall. Metall. NaF Na SiF
2 6 min g sesta Na, % Si, % % % % 30 61,3 54,2 37,8 5,7 22,5 26,4 39,0 50 101,4 89,7 29,5 7,4 34,2 22,4 40,5 70 142,8 126 20,2 8,4 37,0 30,1 51,3 74 149,7 133 11,8 8,8 35,9 37,5 72,7
Taulukossa esiintyvien komponenttien pitoisuuksien summa vaihte-lee 92.4 %:sta 95.7 %:iin. Loput tuotteesta on hienojakoisen amorfisen pulverin pintaan adsorboitunutta happea (ks. happianalyysit esimerkeissä 3 ja 4).
Esimerkki 2
Esimerkin 1 mukainen koe toistettiin nostamalla pelkistyslämpöti-o la 350 C:een. Tuote käsiteltiin kuten esimerkissä 1. Dikloori-metaani- ja etanolilieton jälkeen saadun kuivan tuotteen rakeiden 8 72952 d -halkaisija oli 3.9 um. Röntgendiffraktioi 1 a tuotteesta to- 50 „ . e dettiin NaF ja Na^SiF^. Analyysien perusteella laskettu koostumus ja natriumkonversio on esitetty taulukossa 2.
TAULUKKO 2.
Aika S i F :n syöttö Tuotteen koostumus Konversio 4 % teo- Na:n suht.
reetti- Metall. Metall . NaF Na S i F
2 6 min g sesta Na, % Si, % % % % 30 57,8 51,1 32,3 7,1 34,7 17,2 49,0 75 146,8 130,0 8,2 8,4 34,3 36,0 81,1
Vertaamalla taulukon 1 ja 2 tuloksia todetaan, että lämpö ti 1 an kohottaminen parantaa natriumin konversiota ja alentaa piitetraf- luoridia kuluttavan Na S i F :n osuutta.
2 6
Esimerkki 3
Esimerkissä 1 kuvattu koe toistettiin muuttamalla ajo-olosuhteita o siten, että pelkistyslämpöti1 a oli 350 C, sekoitinelimen pyörimisnopeus 2000 kierrosta minuutissa ja piitetraf1uoridi n syöttö-nopeus 1.5 g/min. Tuote käsiteltiin kuten esimerkissä 1. Dikloo-rimetaani- ja etanolikäsittelystä saadun kuivan tuotteen rakeiden d -halkaisija oli 2.8 m. Tuotteesta analysoitu happipitoisuus 5 0 oli 6.2 %. Tuotteen koostumus ja natriumin konversio on esitetty taulukossa 3.
9 72952 TAULUKKO 3
Aika SiF :n syöttö Tuotteen koostumus Konversio 4 % teo- Na:n suht.
reetti- Metall. Metall. NaF Na SiF
2 6 min g sesta Na, % Si, % % % % 20 42,9 36,7 42,3 6,0 36,1 - 40,1 40 66,3 56,7 19,4 9,7 55,6 6,3 67,7 80 101,7 87,0 11,1 9,5 52,8 9,0 81,1
Taulukossa 3 nähdään, että kokeessa käytetyllä aiempia esimerkkejä pienemmällä kaasunsyöttönopeudella ja sekoittajan pyörimisnopeudella natriumkonversio on korkea natriumpiifluoridin osuuden tuotteessa jäädessä pieneksi.
Esimerkki 4
Esimerkissä 1 kuvattu koe suoritettiin pelkistyslämpötilassa o 350 C käyttämällä korkeampaa piitetrafluoridin syöttönopeutta 8.
8 g/min. Näytteet käsiteltiin kuten esimerkissä 1. Dikloorimetaa-ni- ja etanolikäsittelystä saadun tuotteen happipitoisuus oli 8.7 %. Tuotteen koostumus ja natriumin konversio käyvät ilmi taulukosta 4.
TAULUKKO 4
Aika SiF :n syöttö Tuotteen koostumus Konversio 4 % teo- Na:n suht.
reetti- Metal. Metall. NaF Na SiF
2 6 min g sesta Na, % Si, % % % % 5 45,8 40,5 45,9 5,1 18,9 26,4 33,5 10 96,5 85,4 28,7 6,9 26,6 33,3 43,5 17 150,1 133,0 7,8 8,2 31,1 40,9 80,4 10 7295 2
Vertaamalla taulukkoja 4 ja 2 keskenään havaitaan tämän esimerkin ja esimerkin 2 tulosten olevan hyvin samantapaisia. Kaasunsyöttö-nopeuden nostamisella 2:sta 8.8 g:aan minuutissa ei ole suurta vaikutusta tulokseen.
Esimerkki 5
Esimerkin 1 mukainen koe suoritettiin käyttämällä pelkistyslämpö-o tilana 350 C ja nostamalla sekoittajan pyörimisnopeus 3500 kierrokseen minuutissa. Näytteet käsiteltiin kuten esimerkissä 1. Reaktion konversio metallisen natriumin suhteen käy ilmi taulukosta 5.
TAULUKKO 5.
Aika SiF :n syöttö Metall. Konversio 4 % teo- Na tuot- Na:n suht. reetti- teessä, min g sesta % % 60 92,9 82,2 8,9 82,8 98 150,1 133,4 6,6 83,5
Tuloksista nähdään, että sekoittajan pyörimisnopeuden nostamisella 3000:sta 3500 kierrokseen minuutissa ei ole oleellista vaikutusta natriumin konversioon. Pienemmillä kierrosnopeuksilla sen sijaan on vaikutusta.
Yllä olevat kokeet on suoritettu panoskokeina syöttämällä piitet-rafloridia natriumin ja öljyn dispersioon. Yllä olevissa taulukoissa on tuotteen koostumus ilmoitettu painoprosentteina kiintoaineesta, jolloin loppuosa on ollut happianalyysissa.
Claims (9)
1. Menetelmä monikiteisen puhtaan piin valmistamiseksi pelkistämällä kaasumaista piitetrahalogenidia korotetussa lämpötilassa alkali- tai maa-alkalimetallilla ja ottamalla pii tal- teeen sulafaasierotuksella, tunnettu siitä, että kaasumaista piitetrahalogenidia pelkistetään korkeassa lämpötilassa kiehuvaan nestemäiseen väliaineeseen dispergoidulla alkali-tai maa-alkalimetallilla.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumaista piitetrahalogeenidia pelkistetään vähin-o tään 300 C:ssa, mutta lämpötilassa, joka on korkeassa lämpötilassa kiehuvan nestemäisen väliainen hajoamislämpötilan alapuolella .
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkali- tai maa-alkalimetallidispersion ja kaasumaisen piitetrahalogenidin seosta sekoitetaan mekaanisesti kierrosnopeudella 1000-3000 min.
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, etä kaasumaista piitetrahalogenidia syötetään korkeassa lämpötilassa kiehuvaan nestemäiseen väliaineeseen dis-pergoidun alkali- tai maa-alkalimetallin pinnan alle pieninä kuplina.
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkali- tai maa-alkalimetallia dis-pergoidaan inerttiin orgaaniseen öljyyn.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korkealla kiehuvaan nestemäiseen väliaineeseen dispergoidaan natriumia tai magnesiumia tai niiden seosta. ____ - ττ~. - - 72952
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korkeassa lämpötilassa kiehuvaan nestemäiseen väliaineeseen dispergoituun alkali- tai maa-alkalime-talliin syötetään piifluoridia.
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistyksen tuloksena saatu kiintoaine erotetaan korkeassa lämpötilassa kiehuvasta nestemäisestä väliaineesta, erotettu kiintoaine kuumennetaan pelkistysreaktiossa mahdollisesti muodostuneen alkali- tai maa-alkalimetallipiiha-logenidin hajottamiseksi ja erillisen alkali- tai maa-alkalime-tallihalogenidisulafaasin sekä piisulafaasin aikansaamiseksi, jotka erotetaan toisistaan.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoaineesta erotettuun korkeassa lämpötilassa kiehuvaan nestemäiseen väliaineeseen dispergoidaan alkali- tai maa-alkalimetallia ja dispersio johdetaan pelkistykseen. 72952
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI850951A FI72952C (fi) | 1985-03-11 | 1985-03-11 | Foerfarande foer framstaellning av kisel. |
| EP86301616A EP0194816A1 (en) | 1985-03-11 | 1986-03-06 | Method for preparing silicon |
| US07/045,788 US4756896A (en) | 1985-03-11 | 1987-04-27 | Method of preparing silicon |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI850951A FI72952C (fi) | 1985-03-11 | 1985-03-11 | Foerfarande foer framstaellning av kisel. |
| FI850951 | 1985-03-11 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI850951A0 FI850951A0 (fi) | 1985-03-11 |
| FI850951L FI850951L (fi) | 1986-09-12 |
| FI72952B true FI72952B (fi) | 1987-04-30 |
| FI72952C FI72952C (fi) | 1987-08-10 |
Family
ID=8520489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI850951A FI72952C (fi) | 1985-03-11 | 1985-03-11 | Foerfarande foer framstaellning av kisel. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4756896A (fi) |
| EP (1) | EP0194816A1 (fi) |
| FI (1) | FI72952C (fi) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2137710C1 (ru) * | 1998-09-03 | 1999-09-20 | Петранин Николай Павлович | Способ получения моноизотопного кремния |
| WO2001014250A2 (en) * | 1999-08-23 | 2001-03-01 | University Of Hawaii | Synthesis of silicon nanoparticles and metal-centered silicon nanoparticles and applications thereof |
| US20040151664A1 (en) * | 2001-05-03 | 2004-08-05 | Norbert Auner | Method for the generation of energy |
| DE10201773A1 (de) * | 2001-05-03 | 2002-11-07 | Norbert Auner | Verfahren zur Energieerzeugung |
| CN1620404A (zh) * | 2002-01-18 | 2005-05-25 | 瓦克化学有限公司 | 制备无定形硅的方法和/或由此获得的有机卤硅烷 |
| EP1710207A1 (de) | 2002-01-18 | 2006-10-11 | Wacker Chemie AG | Verfahren zur Herstellung von amorphem Silicium |
| WO2007120871A2 (en) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | Cabot Corporation | Production of silicon through a closed-loop process |
| DE102006024490A1 (de) * | 2006-05-26 | 2007-11-29 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Siziliumschicht, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung, Suspension, enthaltend Siziliumpartikel, und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| JP2010535149A (ja) * | 2007-08-01 | 2010-11-18 | ボストン・シリコン・マテリアルズ・エルエルシー | 高純度元素シリコンの製造方法 |
| CN102365234A (zh) * | 2009-03-20 | 2012-02-29 | 波士顿硅材料有限公司 | 制造光伏级硅金属的方法 |
| DE102010045260A1 (de) | 2010-09-14 | 2012-03-15 | Spawnt Private S.À.R.L. | Verfahren zur Herstellung von fluorierten Polysilanen |
| CN103702937A (zh) * | 2011-05-16 | 2014-04-02 | 波士顿硅材料有限公司 | 金属硅的生产和应用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2791499A (en) * | 1953-07-13 | 1957-05-07 | Ethyl Corp | Method of reducing refractory metal compounds |
| US2898195A (en) * | 1956-05-31 | 1959-08-04 | Metal Hydrides Inc | Method for preparing sodium hydride |
| US3041145A (en) * | 1957-07-15 | 1962-06-26 | Robert S Aries | Production of pure silicon |
| US4442082A (en) * | 1982-12-27 | 1984-04-10 | Sri International | Process for obtaining silicon from fluosilicic acid |
| US4584181A (en) * | 1982-12-27 | 1986-04-22 | Sri International | Process and apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid |
-
1985
- 1985-03-11 FI FI850951A patent/FI72952C/fi not_active IP Right Cessation
-
1986
- 1986-03-06 EP EP86301616A patent/EP0194816A1/en not_active Ceased
-
1987
- 1987-04-27 US US07/045,788 patent/US4756896A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0194816A1 (en) | 1986-09-17 |
| FI850951A0 (fi) | 1985-03-11 |
| FI850951L (fi) | 1986-09-12 |
| US4756896A (en) | 1988-07-12 |
| FI72952C (fi) | 1987-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3933985A (en) | Process for production of polycrystalline silicon | |
| FI72952C (fi) | Foerfarande foer framstaellning av kisel. | |
| JP5133051B2 (ja) | 高純度の珪素含有生成物 | |
| JPS63367B2 (fi) | ||
| US20110158885A1 (en) | High purity crystalline silicon, high purity silicon tetrachloride and processes for producing the same | |
| NL8320390A (nl) | Werkwijze en inrichting voor het verkrijgen van silicium uit kiezelfluorwaterstofzuur. | |
| EP2424819A1 (en) | High purity silicon-containing products and method of manufacture | |
| EP0052808B1 (en) | Production of silane | |
| US20100233063A1 (en) | Method for manufacturing high-purity silicon material | |
| WO2011078225A1 (ja) | ポリシリコンの製造方法および四塩化ケイ素の製造方法 | |
| JP2007532468A5 (fi) | ||
| EP1518826A1 (en) | Method and apparatus for production of amorphous silica from silicon and silicon-containing materials | |
| JPS59182221A (ja) | ケイ素の製法 | |
| JPS6228083B2 (fi) | ||
| US4601798A (en) | Continuous preparation of silane, SiH4 | |
| US5075092A (en) | Process for preparation of silane | |
| WO2004035472A1 (ja) | 高純度シリコンの製造方法及び装置 | |
| FI74934C (fi) | Foerfarande foer framstaellning av silan. | |
| WO2009129458A2 (en) | Silicon production process | |
| Wang et al. | Experimental determination of diffusion and mass transfer of boron oxide in molten slag for metallurgical grade silicon purification | |
| EP0272777A2 (en) | Addition of calcium compounds to the carbothermic reduction of silica | |
| Ceccaroli et al. | New advances in polysilicon processes correlating feedstock properties and good crystal and wafer performances | |
| He et al. | Impurity aluminum removal in industrial silicon by CaO-SiO2-CaF2 slagging refining | |
| AU2006245664B2 (en) | Low-temperature fused-salt electrolysis of quartz | |
| CN101186299A (zh) | 一种流化床装置生产高纯度硅的新工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed |
Owner name: KEMIRA OY |