[go: up one dir, main page]

RU2355634C1 - Method of high-purity silica preparation - Google Patents

Method of high-purity silica preparation Download PDF

Info

Publication number
RU2355634C1
RU2355634C1 RU2008111396/15A RU2008111396A RU2355634C1 RU 2355634 C1 RU2355634 C1 RU 2355634C1 RU 2008111396/15 A RU2008111396/15 A RU 2008111396/15A RU 2008111396 A RU2008111396 A RU 2008111396A RU 2355634 C1 RU2355634 C1 RU 2355634C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
ammonium
electrolysis
fluorine
purity silica
Prior art date
Application number
RU2008111396/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Андреевич Андреев (RU)
Артем Андреевич Андреев
Александр Николаевич Дьяченко (RU)
Александр Николаевич Дьяченко
Роман Иванович Крайденко (RU)
Роман Иванович Крайденко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority to RU2008111396/15A priority Critical patent/RU2355634C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2355634C1 publication Critical patent/RU2355634C1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry. ^ SUBSTANCE: invention can be applied in chemical and electronic industries. The silica is prepared by the electrolytic reduction of the ammonium silicofluoride water solution. The electrolysis is carried out in pH range 3-7.5. ^ EFFECT: invention allows to simplify the process scheme and to decrease the power consumption of the process and the product cost. ^ 4 ex

Description

Изобретение относится к химической технологии получения особо чистого кремния и может быть использовано для изготовления полупроводников и фотогальванических элементов.The invention relates to chemical technology for the production of highly pure silicon and can be used for the manufacture of semiconductors and photovoltaic cells.

Известен способ получения полупроводникового кремния [RU 2035397], включающий взаимодействие кремнефторсодержащего соединения с восстановителем. В качестве кремнефторсодержащего соединения используют кремнефтористоводородную кислоту, полученную при обработке деионизированной водой предварительно очищенного вымораживанием или контактированием с активированным углем тетрафторида кремния, образующегося при взаимодействии песка с раствором фтористоводородной кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты, в качестве восстановителя используют атомарный водород.A known method of producing semiconductor silicon [RU 2035397], including the interaction of a fluorine-containing compound with a reducing agent. As a fluorine-containing compound, hydrofluoric acid obtained by treating with deionized water preliminarily purified by freezing or by contacting with activated carbon silicon tetrafluoride formed by the interaction of sand with a solution of hydrofluoric acid in the presence of concentrated sulfuric acid, atomic hydrogen is used as a reducing agent.

Недостатки способа: дорогостоящая стадия очистки кремнефтористоводородной кислоты с помощью вымораживания; низкий выход кремния, связанный с быстрой потерей атоматизации.The disadvantages of the method: an expensive stage of purification of hydrofluoric acid by freezing; low silicon yield associated with a rapid loss of atomatization.

Известен способ [RU 2272785], выбранный в качестве прототипа, включающий фторирование диоксида кремния элементным фтором, очистку тетрафторида кремния от примесей, насыщение им расплава солей, электролитическое восстановление кремния с попутным получением оборотного фтора, отделение кремния от расплава солей.The known method [RU 2272785], selected as a prototype, including fluorination of silicon dioxide with elemental fluorine, purification of silicon tetrafluoride from impurities, saturation of molten salts with it, electrolytic reduction of silicon with the associated production of reverse fluorine, separation of silicon from molten salts.

Недостатком способа является многостадийность технологии, низкая степень насыщения тетрафторидом кремния расплава солей, сложность аппаратурного оформления и дороговизна процессов фторирования диоксида кремния и очистки кремния от электролита.The disadvantage of this method is the multi-stage technology, a low degree of saturation with silicon tetrafluoride of a molten salt, the complexity of the hardware design and the high cost of the processes of fluorination of silicon dioxide and purification of silicon from the electrolyte.

Задачей изобретения является упрощение технологической схемы, снижение энергозатрат и себестоимости конечной продукции.The objective of the invention is to simplify the technological scheme, reducing energy costs and cost of the final product.

Действием фторида аммония на диоксид кремния или силикаты получают гексафторосиликат аммония ((NH4)2SiF6), который является легкорастворимым в воде, неагрессивным веществом с температурой сублимации 320°С, что позволяет проводить очистку от легколетучих примесей, в том числе от соединений фосфора и бора (температуры кипения PF3, PF5, BF3 менее -85°С). К кремнию как к полупроводнику предъявляются высокие требования по содержанию фосфора и бора, очистка от которых легко осуществима при фтороаммонийной переработке исходного сырья, в отличие от использования других фторирующих агентов (F2, HF, HFaq), с которыми образуется тетрафторид кремния с температурой кипения -80°С. Таким образом, при переработке кварцевого сырья фторидами аммония возможно полное отделение от примесей.By the action of ammonium fluoride on silicon dioxide or silicates, ammonium hexafluorosilicate ((NH 4 ) 2 SiF 6 ) is obtained, which is readily soluble in water, a non-aggressive substance with a sublimation temperature of 320 ° C, which allows purification from volatile impurities, including phosphorus compounds and boron (boiling points PF 3 , PF 5 , BF 3 less than -85 ° C). Silicon as a semiconductor has high demands on the content of phosphorus and boron, which can be easily removed by fluorine-ammonium processing of the feedstock, in contrast to the use of other fluorinating agents (F 2 , HF, HF aq ), with which silicon tetrafluoride with a boiling point is formed -80 ° C. Thus, in the processing of quartz raw materials by ammonium fluorides, a complete separation from impurities is possible.

Сущность изобретения заключается в электролитическом восстановлении кремния из водного раствора кремнефторида аммония. Исходный кварцевый песок смешивают с фторсодержащей солью аммония, смесь нагревают с образованием кремнефторида аммония, который отделяют от примесей возгонкой с последующим растворением возгона.The invention consists in the electrolytic reduction of silicon from an aqueous solution of ammonium silicofluoride. The initial silica sand is mixed with a fluorine-containing ammonium salt, the mixture is heated to form ammonium cremne fluoride, which is separated from impurities by sublimation, followed by dissolution of the sublimate.

Фторсодержащую соль аммония берут в количестве 50-125% от стехимометрического соотношения, с учетом протекания реакций:The fluorine-containing ammonium salt is taken in an amount of 50-125% of the stoichiometric ratio, taking into account the course of reactions:

SiO2+6NH4F=(NH4)2SiF6+4NH3+2H2О,SiO 2 + 6NH 4 F = (NH 4 ) 2 SiF 6 + 4NH 3 + 2H 2 O,

SiO2+3NH4HF2=(NH4)2SiF6+NH3+2H2О.SiO 2 + 3NH 4 HF 2 = (NH 4 ) 2 SiF 6 + NH 3 + 2H 2 O.

В результате электролиза кремнефторида аммония получают кремний чистотой не менее 99,9%. Основной примесью является фтор, который отделяется при перекристаллизации. Электролиз с наибольшей скоростью ведут при рН раствора 3-7,5. При рН больше 7,5 в электролите образуется осадок кремнегеля (SiO2·nH2O), что снижает концентрацию диссоциированных ионов. При рН менее 3 скорость осаждения кремния на катоде снижается из-за частичного взаимодействия с фтор-ионами.As a result of the electrolysis of ammonium silicofluoride, silicon is obtained with a purity of at least 99.9%. The main impurity is fluorine, which is separated by recrystallization. Electrolysis is carried out at the highest rate at a solution pH of 3-7.5. At pH greater than 7.5, a silica gel precipitate (SiO 2 · nH 2 O) is formed in the electrolyte, which reduces the concentration of dissociated ions. At a pH of less than 3, the deposition rate of silicon at the cathode decreases due to partial interaction with fluoride ions.

Пример 1Example 1

Кварцевый песок смешивают с гидродифторидом аммония в массовом соотношении 1:3, смесь нагревают до 150°С, выдерживают при этой температуре 0,5 часа для более полного взаимодействия, затем гексафторосиликат отгоняют при температуре 350°С в течение часа. Возгон растворяют в воде, полученный раствор объемом 1 л с концентрацией гексафторосиликата аммония 100 г/л (или 0,56 моль/л) помещают в ванну электролизера. В качестве катода берут пластину из стали, анод - графитовый. Электролиз ведут при плотности катодного тока 50 мА/см2, напряжение на электродах 9 В, рН раствора 6. Время ведения процесса 3 часа, после чего отделяют слой кремния от электрода, промывают водой и сушат. Масса полученного кремния 4,7 г (30% извлечения из раствора). Кремний получают в аморфном виде с чистотой не менее 99,9%.Quartz sand is mixed with ammonium hydrodifluoride in a mass ratio of 1 : 3 , the mixture is heated to 150 ° C, kept at this temperature for 0.5 hours for more complete interaction, then the hexafluorosilicate is distilled off at a temperature of 350 ° C for an hour. Sublimation is dissolved in water, the resulting solution with a volume of 1 l with a concentration of ammonium hexafluorosilicate 100 g / l (or 0.56 mol / l) is placed in the electrolysis bath. A plate of steel is taken as the cathode, and the anode is graphite. The electrolysis is carried out at a cathode current density of 50 mA / cm 2 , the voltage at the electrodes is 9 V, the pH of the solution 6. The process takes 3 hours, after which the silicon layer is separated from the electrode, washed with water and dried. The mass of silicon obtained is 4.7 g (30% recovery from solution). Silicon is obtained in an amorphous form with a purity of not less than 99.9%.

Пример 2Example 2

Отличается от Примера 1 тем, что в качестве электролита используют раствор гексафторосиликата аммония с концентрацией 178 г/л (или 1 моль/л). Электролиз ведут при рН раствора 6,5 в течение 1 часа. Масса полученного кремния 3,64 г (13% извлечения кремния из раствора).It differs from Example 1 in that an electrolyte using a solution of ammonium hexafluorosilicate with a concentration of 178 g / l (or 1 mol / l). Electrolysis is carried out at a pH of 6.5 for 1 hour. The mass of silicon obtained is 3.64 g (13% recovery of silicon from solution).

Пример 3Example 3

Отличается от Примера 2 тем, что электролиз ведут при катодной плотности тока менее 20 мА/см2, с получением в конечном итоге на катоде слоя поликристаллического кремния.It differs from Example 2 in that the electrolysis is carried out at a cathodic current density of less than 20 mA / cm 2 , ultimately producing a layer of polycrystalline silicon at the cathode.

Пример 4Example 4

Отличается от Примеров 1, 2, 3 тем, что анод используют из благородного металла или из другого металла с нанесенным покрытием благородного металла.It differs from Examples 1, 2, 3 in that the anode is used from a noble metal or from another metal coated with a noble metal.

Claims (1)

Способ получения особо чистого кремния, включающий восстановление кремния электролизом, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор кремнефторида аммония, электролиз ведут в интервале рН 3-7,5. A method of obtaining highly pure silicon, including the restoration of silicon by electrolysis, characterized in that an aqueous solution of ammonium silicofluoride is used as the electrolyte;
RU2008111396/15A 2008-03-24 2008-03-24 Method of high-purity silica preparation RU2355634C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008111396/15A RU2355634C1 (en) 2008-03-24 2008-03-24 Method of high-purity silica preparation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008111396/15A RU2355634C1 (en) 2008-03-24 2008-03-24 Method of high-purity silica preparation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2355634C1 true RU2355634C1 (en) 2009-05-20

Family

ID=41021662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008111396/15A RU2355634C1 (en) 2008-03-24 2008-03-24 Method of high-purity silica preparation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2355634C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751201C1 (en) * 2020-12-11 2021-07-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Method for electrolytic production of silicon from molten salts
RU2770846C1 (en) * 2021-11-23 2022-04-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Electrolytic method for obtaining nanoscale silicon deposits in molten salts

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB839861A (en) * 1955-08-08 1960-06-29 Siemens Ag Improvements in or relating to processes for the production of ultra-pure semi-conductor substances and to composite semi-conductors prepared therefrom
SU1416060A3 (en) * 1980-05-07 1988-08-07 Металз Технолоджи Энд Инструментейшн Инк (Фирма) Method of producing metals
WO1997027143A1 (en) * 1996-01-22 1997-07-31 Jan Reidar Stubergh Production of high purity silicon metal, aluminium, their alloys, silicon carbide and aluminium oxide from alkali alkaline earth alumino silicates
RU2272785C1 (en) * 2004-08-12 2006-03-27 Общество с Ограниченной Ответственностью "Гелиос" 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
UA80951C2 (en) * 2004-04-07 2007-11-26 Electrolyte for silicon powder obtaining

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB839861A (en) * 1955-08-08 1960-06-29 Siemens Ag Improvements in or relating to processes for the production of ultra-pure semi-conductor substances and to composite semi-conductors prepared therefrom
SU1416060A3 (en) * 1980-05-07 1988-08-07 Металз Технолоджи Энд Инструментейшн Инк (Фирма) Method of producing metals
WO1997027143A1 (en) * 1996-01-22 1997-07-31 Jan Reidar Stubergh Production of high purity silicon metal, aluminium, their alloys, silicon carbide and aluminium oxide from alkali alkaline earth alumino silicates
UA80951C2 (en) * 2004-04-07 2007-11-26 Electrolyte for silicon powder obtaining
RU2272785C1 (en) * 2004-08-12 2006-03-27 Общество с Ограниченной Ответственностью "Гелиос" 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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751201C1 (en) * 2020-12-11 2021-07-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Method for electrolytic production of silicon from molten salts
RU2770846C1 (en) * 2021-11-23 2022-04-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Electrolytic method for obtaining nanoscale silicon deposits in molten salts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100641603B1 (en) Manufacturing method of high purity fluorine
CN101624708B (en) Method for electrolytically synthesizing nitrogen trifluoride
JP5392576B2 (en) Method for recovering silicon, titanium and fluorine
US20190323133A1 (en) Method of producing ammonium persulfate
KR20060100219A (en) Electrolysis anode and electrolytic synthesis method of fluorine-containing material using the same
CN114105229B (en) Preparation method of high-purity iridium trichloride
CN111777073B (en) Fluosilicic acid for lead electrolysis and preparation method thereof
RU2355634C1 (en) Method of high-purity silica preparation
KR101165453B1 (en) Method for preparing high purity lithium carbonate from brines
WO2024222872A1 (en) Method for purifying crude ammonium fluoride product
CN117165961B (en) A kind of preparation method of electronic grade ammonium fluoride
JP2017137221A (en) Recovery method of hydrofluoric acid and nitric acid
CN116254547A (en) Preparation method of nitrogen trifluoride
CN113415785B (en) Method for separating and recovering hydrofluoric acid from fluorine-containing mixed acid
TWI763694B (en) Purified potassium hexafluoromanganate and methods for purifying potassium hexafluoromanganate
JP4663053B2 (en) Indium recovery method
CN116283552B (en) Refining method of oxalic acid
CN115305568A (en) Smelting method of polycrystalline silicon
CN116411289B (en) Method for preparing hydrofluoric acid by recycling fluosilicic acid
JP6141679B2 (en) Conductive electrode active material, conductive electrode active material manufacturing method, and magnesium recovery method
Yörükoğlu et al. Recovery of europium by electrochemical reduction from sulfate solutions
JP2005052794A (en) Method and apparatus for treating aqueous solution
US20150075994A1 (en) System and method for electrorefining of silicon
RU2035397C1 (en) Method of producing semiconductive silicon
Ma et al. Dissolution Behavior of SiO2 and Electrochemical Reduction of Dissolved SiO2 in Molten Chlorides

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100325