RU2399583C1 - Способ получения тетрафторида кремния - Google Patents
Способ получения тетрафторида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399583C1 RU2399583C1 RU2009104271/15A RU2009104271A RU2399583C1 RU 2399583 C1 RU2399583 C1 RU 2399583C1 RU 2009104271/15 A RU2009104271/15 A RU 2009104271/15A RU 2009104271 A RU2009104271 A RU 2009104271A RU 2399583 C1 RU2399583 C1 RU 2399583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon tetrafluoride
- temperature
- sodium silicofluoride
- heated
- tetrafluoride
- Prior art date
Links
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 title 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 20
- 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 abstract description 15
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Inorganic materials [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 101100352919 Caenorhabditis elegans ppm-2 gene Proteins 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в электронной промышленности при производстве солнечных батарей. Кремнефторид натрия предварительно сушат при температуре до 300°С и остаточном давлении до 2 мм рт.ст. На первой стадии терморазложения кремнефторид натрия нагревают до 620-650°С с постоянным удалением выделяющегося тетрафторида кремния при остаточном давлении до 30 мм рт.ст. На второй стадии оставшуюся массу нагревают до температуры не менее 750°С также при постоянном удалении тетрафторида кремния при давлении не более 30 мм рт.ст. Изобретение позволяет исключить спекание и оплавление реакционной массы и получать чистый тетрафторид кремния с выходом более 99%. 2 табл.
Description
Изобретение относится к неорганической химии, к получению фторидов неметаллов, а именно к способам получения тетрафторида кремния.
Тетрафторид кремния используется в электронной промышленности, в производстве солнечных батарей и волоконной оптики, а последнее время и как сырье для крупнотоннажного получения поликремния солнечного и электронного качества.
Известны различные способы получения тетрафторида кремния:
- в патенте РФ (З. №2006107767 от 02.09.2003, МПК C01B 33/08) предложен способ, основанный на фторировании диоксида кремния в факеле при температуре 1500-2000°C;
- авторы патента РФ №2046095 (МПК C01B 33/10) предлагают получать тетрафторид кремния обработкой органорастворимой соли кремнефтористо-водородной кислоты нелетучими минеральными кислотами;
- Вольфкович С.Н., Габриелова М.Г. описали способ получения тетрафторида кремния термическим разложением Na2SiF6 по реакции Na2SiF6+Q=2NaF+SiF4, (Q - количество тепла) при температуре 400-800°C (Химическая промышленность, 3, 1951 г. С.72-75).
Известны различные модификации этого способа, например, авторы патента РФ 2182558 (МПК C01B 33/107) предлагают до разложения обрабатывать реакционную массу при температуре 300-350°C фтором, а авторы патента РФ №2274603 (МПК C02B 33/107) предлагают проводить разложение тетрафторида кремния при температуре 500-800°C при участии фтора.
Основная цель предложенных модификаций способа, основанных на термическом разложении кремнефторида натрия, - получение сравнительно небольших количеств высокочистого тетрафторида кремния для электронной промышленности, волоконной оптики, различного рода покрытий и т.п., т.е. для областей, где основным требованием является чистота (в том числе по силоксану), а потребляемые количества невелики.
В связи с бурным ростом потребности в поликристаллическом кремнии для солнечной энергетики и, соответственно, необходимостью расширения его производства усилился интерес к более дешевым и экологически более безопасным способам без применения в процессе призводства хлора, в частности к способам, основанным на восстановлении тетрафторида кремния.
Так, например, технология, предложенная в патенте РФ №2078034 (МПК C01B 33/03), предусматривает перевод тетрафторида кремния в диоксид кремния с последующим восстановлением до поликремния. Здесь присутствие в небольших количествах такой примеси, как силоксан, не является критичным.
В случае расширения использования подобных технологий, обеспечивающих низкую себестоимость и меньшую экологическую опасность, возникает задача крупнотоннажного производства тетрафторида кремния. Так, например, для производства 1000-2000 т/г поликремния (производительность типового завода по производству поликремния) требуется 3500-7000 т/г тетрафторида кремния, для получения которого необходимо переработать 7000-14000 т/г кремнефторида натрия. В этом случае основным требованием к технологии становится возможность производства больших объемов поликремния при приемлемой чистоте и низкой себестоимости.
В качестве прототипа изобретения выбран способ, приведенный в журнале «Химическая промышленность», 3, 1951 г., с.72-75.
Согласно этому способу разложение тетрафторида кремния проходит при температуре 600-620°C по реакции Na2SiF6→2NaF+SiF4 при непрерывном удалении образовавшегося тетрафторида кремния за счет вакуумирования реактора до остаточного давления 3-5 мм водяного столба. Авторы отмечали, что скорость и полнота протекания реакции повышаются с увеличением температуры свыше 620°C, но при температуре более 730°C возможно спекание реакционной массы. Способ проверен в промышленном масштабе на трубчатой печи мощностью более 1000 т/г по кремнефториду натрия, что достаточно близко к необходимомой производительности. Однако тетрафторид кремния при этом получался с неприемлемым содержанием примесей.
Авторами настоящего изобретения экспериментально установлено, что при быстром повышении температуры до 650°C наблюдается оплавление реакционной массы, что связано с образованием эвтектики в системе Na2SiF6-NaF (имеются литературные сведения о полиморфном переходе Na2SiF6 при температуре 646°C).
Техническим результатом данного изобретения является разработка способа, пригодного для крупнотоннажного производства тетрафторида кремния термическим разложением кремнефторида натрия, исключающего возможность спекания и оплавления реакционной массы и обеспечивающего высокий выход тетрафторида кремния (более 99%) при чистоте, достаточной для производства поликремния солнечного качества.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения тетрафторида кремния, заключающемся в предварительной сушке кремнефторида натрия при температуре до 300°C и остаточном давлении до 2 мм рт.ст., дальнешее терморазложение проводят в две стадии при непрерывном удалении выделяющегося тетрафторида кремния при остаточном давлении не более 30 мм рт.ст. На первой стадии кремнефторид натрия нагревают при температуре 620-650°C. На второй стадии нагревают до температуры не менее 750°C. Процесс на каждой стадии ведут до падения скорости выделения тетрафторида кремния до экономически выгодного уровня.
На первой стадии при температуре до 300°C (при такой температуре упругость пара тетрафторида кремния над кремнефторидом натрия еще не превышает 2 мм рт ст.) осуществляется сушка исходной соли и отгонка летучих примесей. На второй стадии при температуре 620-650°C осуществляется отгонка (до 60%) тетрафторида кремния до прохождения точки полиморфного перехода, образования эвтектики и спекания. На стадии нагрева до 750°C заканчивается извлечение тертрафторида кремния до 98-99%. Полученный тетрафторид кремния собирается в сборнике, охлаждаемом до температуры ниже 130°C. Фторид натрия после охлаждения до 300°C может быть использован для более глубокой очистки тетрафторида кремния.
Способ по изобретению осуществляется следующим образом.
Кремнефторид натрия распределяется слоем толщиной 15-20 мм на противне, помещается в вакуумную печь и сушится при температуре 280-300°C при поддержании вакуума ниже 2 мм рт ст. до прекращения выделения летучих примесей. Затем температура повышается до 600- 640°C. Нагрев продолжается до прекращения интенсивного выделения тетрафторида кремния, после этого температура повышается до 750-770°C и поддерживается до тех пор, пока степень извлечения не достигнет заданного уровня. Выделяющийся на этих стадиях тетрафторид кремния перекачивается в сборник, так чтобы давление в печи поддерживалось не выше 30 мм рт.ст.
Приведенный пример иллюстрирует, но не ограничивает объем данного изобретения.
Пример. В качестве исходного вещества был использован кремнефторид натрия, полученный от ОАО «Южно-Уральский криолитовый завод. Состав его приведен в табл.1
| Таблица 1 | ||||
| №№ | Показатель, % | Норма 1 сорт |
Номер пробы | |
| 1 | 2 | |||
| 1 | Массовая доля кремнефторида натрия | 95 | 92,3 | 98.9 |
| 2 | Массовая доля свободной кислоты | 0.15 | нет | нет |
| 3 | Массовая доля железа | Не нормир. | 0.055 | 0.098 |
| 4 | Массовая доля влаги | 1 | 0.02 | 0.18 |
| 5 | Массовая доля тяжелых металлов | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| 6 | Массовая доля фторида натрия | 12 | 4.9 | 0.37 |
| 7 | Масса пробы, кг | 48 | 46 | |
Пробы обрабатывались в вакуумной печи с объемом камеры 120 л по вышеприведенной программе. Тетрафторид кремния собирался в конденсатор-испаритель, охлаждаемый жидким азотом. Результаты отражены в табл.2
| Таблица 2 | |||||||
| №№ | Вещество | Содержание | Количество извлеченного SiF4 | Извлечение, % | |||
| Проба 1 | Проба 2 | Проба 1 | Проба 2 | Проба 1 | Проба 2 | ||
| 1 | SiF4, % | 99,7 | 99,3 | 24.0 кг | 24,2 кг | 98 | 96 |
| 2 | CO2, ppm | 38 | 42 | ||||
| CO, ppm | 2 | 3 | |||||
| HF, ppm | Менее 1 | Менее 1 | |||||
| CH4, ppm | Менее 1 | Менее 1 | |||||
| H2O, ppm | Менее 1 | Менее 1 | |||||
| Si2OF6, % | 0.3 | 0.6 | |||||
Claims (1)
- Способ получения тетрафторида кремния, заключающийся в предварительной сушке кремнефторида натрия при температуре до 300°С и остаточном давлении до 2 мм рт.ст., отличающийся тем, что дальнейшее терморазложение кремнефторида натрия проводят в две стадии: на первой стадии кремнефторид натрия нагревают до 620-650°С с постоянным удалением выделяющегося тетрафторида при остаточном давлении до 30 мм рт.ст., а на второй стадии оставшуюся массу нагревают до температуры не менее 750°С также при постоянном удалении тетрафторида кремния при давлении не более 30 мм рт.ст.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009104271/15A RU2399583C1 (ru) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Способ получения тетрафторида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009104271/15A RU2399583C1 (ru) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Способ получения тетрафторида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2399583C1 true RU2399583C1 (ru) | 2010-09-20 |
Family
ID=42939116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009104271/15A RU2399583C1 (ru) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Способ получения тетрафторида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399583C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2182558C1 (ru) * | 2001-09-28 | 2002-05-20 | Зао "Астор-Электроникс" | Способ получения тетрафторида кремния |
| JP2003095636A (ja) * | 2001-07-12 | 2003-04-03 | Showa Denko Kk | テトラフルオロシランの製造方法およびその用途 |
-
2009
- 2009-02-09 RU RU2009104271/15A patent/RU2399583C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003095636A (ja) * | 2001-07-12 | 2003-04-03 | Showa Denko Kk | テトラフルオロシランの製造方法およびその用途 |
| RU2182558C1 (ru) * | 2001-09-28 | 2002-05-20 | Зао "Астор-Электроникс" | Способ получения тетрафторида кремния |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВОЛЬФКОВИЧ С.И., ГАБРИЕЛОВА М.Г. Термические процессы получения фтористого натрия. - Химическая промышленность, 1951, №3, с.72-75. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104176725B (zh) | 一种固定糖类物质中的碳并制取高纯碳（石墨）材料的方法 | |
| CN101774587A (zh) | 一种石英砂制备四氟化硅的方法 | |
| EP0606447B1 (en) | Method for producing tetrafluorosilane and aluminum fluoride by hydrofluoric acid digestion of silica/alumina matrix | |
| RU2451635C2 (ru) | Способ получения высокочистого элементного кремния | |
| CN101863478B (zh) | 高纯四氟化硅的制备方法 | |
| RU2393113C2 (ru) | Способ получения тетрафторида кремния и устройство для его осуществления | |
| US20100221171A1 (en) | Method for producing polycrystalline silicon | |
| RU2399583C1 (ru) | Способ получения тетрафторида кремния | |
| CN102001666A (zh) | 湿法处理磷矿石过程中生产高纯四氟化硅的方法 | |
| JP2017137221A (ja) | フッ化水素酸と硝酸の回収方法 | |
| EP1228000A1 (en) | Production of fumed silica | |
| CN107188129B (zh) | 含氟化钙废料制备氟化氢和四氟化硅的方法 | |
| CN102134078A (zh) | 一种硫酸石英砂闭环生产四氟化硅的方法 | |
| CN103011172B (zh) | 四氟化硅气体中杂质碘的净化方法 | |
| KR20100087270A (ko) | 사불화규소 기체 합성의 개선된 방법 | |
| CN118125452A (zh) | 低耗能转化磷矿副产物氢氟酸、氟硅酸的方法 | |
| RU2458006C2 (ru) | Способ получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты | |
| RU2356834C2 (ru) | Способ получения поликристаллического кремния в виде гранул сферической формы | |
| RU2454366C2 (ru) | Способ получения тетрафторида кремния и устройство для его реализации | |
| RU2182558C1 (ru) | Способ получения тетрафторида кремния | |
| KR101183367B1 (ko) | 사불화규소 제조방법 및 이에 사용되는 제조장치 | |
| KR100582587B1 (ko) | 인산을 정제 및 제조하는 방법 | |
| TWI797542B (zh) | 由廢緩衝氧化物蝕刻劑中回收氨且製備氟鹽晶體與二氧化矽固體的方法 | |
| CN120057872B (zh) | 一种以二氟磷酸为原料合成五氟化磷的方法 | |
| JP7303301B2 (ja) | フッ化水素の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190210 |