RU2618265C1 - Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния - Google Patents
Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618265C1 RU2618265C1 RU2016102741A RU2016102741A RU2618265C1 RU 2618265 C1 RU2618265 C1 RU 2618265C1 RU 2016102741 A RU2016102741 A RU 2016102741A RU 2016102741 A RU2016102741 A RU 2016102741A RU 2618265 C1 RU2618265 C1 RU 2618265C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sicl
- sif
- silicon
- isotopically enriched
- iii
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 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 title abstract description 20
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 title abstract description 20
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 25
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical class F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 3
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical class Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 229910003910 SiCl4 Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910004014 SiF4 Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- NCGBFHRHXQDSQM-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)silane Chemical class F[SiH2]Cl NCGBFHRHXQDSQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2,2-bis(chloromethyl)propane Chemical compound ClCC(CCl)(CCl)CCl KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 2
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- KVRXUBCNDACNHK-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)silicon Chemical compound F[Si]Cl KVRXUBCNDACNHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical class F* 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- -1 silicon halides Chemical class 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-IGMARMGPSA-N silicon-28 atom Chemical compound [28Si] XUIMIQQOPSSXEZ-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-OUBTZVSYSA-N silicon-29 atom Chemical compound [29Si] XUIMIQQOPSSXEZ-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-NJFSPNSNSA-N silicon-30 atom Chemical compound [30Si] XUIMIQQOPSSXEZ-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 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
- C01B33/08—Compounds containing halogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению изотопнообогащенного тетрахлорида кремния, который может быть использован для получения изотопов кремния, оптических материалов, волоконных световодов и пленок. Способ получения изотопнообогащенных тетрахлоридов кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4 включает взаимодействие изотопнообогащенных тетрафторидов кремния 28SiF4, 29SiF4, 30SiF4 и хлорида алюминия(III) при температуре 250-400°C в закрытом реакторе при 2-10-кратном избытке хлорида алюминия(III) относительно стехиометрического соотношения и продолжительности контакта реагентов 30-60 ч. Изобретение обеспечивает высокий выход изотопнообогащенного тетрахлорида кремния, повышение экономичности способа и безопасность процесса. 2 пр.
Description
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению изотопнообогащенного тетрахлорида кремния SiCl4, обогащенного изотопами 28Si или 29Si или 30Si, используемого для получения указанных изотопов кремния, оптических материалов, волоконных световодов и пленок из изотопнообогащенного диоксида кремния.
Известен способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния-28 путем центробежного разделения изотопов кремния с применением в качестве рабочего вещества тетрахлорида кремния (патент Российской Федерации №2172642, МПК B01D 59/20, опубл. 27.08.2001 г.). Существенным недостатком этого способа является низкое значение выхода целевого продукта (не более 20%) и невозможность получения продукта, обогащенного изотопом кремния-29 или изотопом кремния-30.
Основным способом разделения изотопов кремния является центробежное фракционирование с использованием тетрафторида кремния, в результате которого получают 28SiF4, 29SiF4 и 30SiF4 с высоким выходом и низким содержанием примесей. Описание способов конверсии изотопнообогащенного тетрафторида кремния в тетрахлорид кремния 28SiCl4, 29SiCl4 и 30SiCl4 в литературе не приводится.
В связи с этим актуальной задачей является разработка эффективной методики конверсии изотопнообогащенного SiF4 в SiCl4, обеспечивающей высокий выход, химическую и изотопную чистоту продукта.
Известен способ получения тетрахлорида кремния по реакции тетрафторида кремния с безводными хлоридом магния или хлоридом кальция при атмосферном давлении (W.C. Schumb, D.W. Breck «Some Metathetical Reactions of the Gaseous Fluorides of Group IV», J. Amer. Chem. Soc., 1952, 74 (7), pp. 1754-1760). Недостатками способа являются: низкое значение практического выхода тетрахлорида кремния, не превышающее 11% по SiF4; проведение синтеза при повышенной температуре (выше 630°С), что приводит к дополнительным энергозатратам; неполное замещение атомов фтора на атомы хлора в тетрафториде кремния и образование хлорфторсиланов (SiClF3, SiCl2F2, SiCl3F), что обусловливает необходимость проведения дополнительных операций для выделения и очистки тетрахлорида кремния.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ получения тетрахлорида кремния по реакции тетрафторида кремния с безводным хлоридом алюминия(III) при атмосферном давлении в проточном реакторе при 500-610°С, а также при повышенном давлении SiF4 в статических условиях при 195-250°С (W.C. Schumb, D.W. Breck «Some Metathetical Reactions of the Gaseous Fluorides of Group IV», J. Am. Chem. Soc., 1952, 74(7), pp. 1754-1760). Недостатками способа являются низкое значение выхода SiCl4 (от 23% до 83%), неполное протекание обменной реакции тетрафторида кремния и хлорида алюминия(III) и наличие хлорфторсиланов (SiCl3F, SiCl3F2, SiClF3) в получаемом тетрахлориде кремния на уровне до 45 мол. %. Отмеченные недостатки влекут необходимость проведения операций по очистке тетрахлорида кремния от указанных примесей и повышение стоимости получаемого продукта.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния, с высоким выходом, направленного на упрощение и повышение экономичности способа и проведение его в условиях безопасной работы.
Техническим результатом является увеличение выхода изотопнообогащенного тетрахлорида кремния до 90% и снижение содержания примесей фторхлорсиланов до уровня 1 - 2%.
Указанный результат достигается тем, что в способе получения изотопнообогащенных тетрахлоридов кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4 из неорганических соединений, в качестве неорганических соединений используют изотопнообогащенные тетрафториды кремния 28SiF4, 29SiF4, 30SiF4 и хлорид алюминия(III), взаимодействие которых проводят при температуре 250-400°С в закрытом реакторе при 2-10-кратном избытке хлорида алюмнния(III) относительно стехиометрического соотношения и продолжительности контакта реагентов 30-60 часов.
Предпочтительно использовать безводный высокочистый хлорид алюминия(III) ввиду низкого содержания соединений алюминия с кислородом, которые вызывают снижение выхода изотопнообогащенного тетрахлорида кремния вследствие протекания побочных реакций.
Предпочтительно хлорид алюминия(III) брать в 2-10-кратном избытке относительно стехиометрического, так как это соотношение обеспечивает более полную конверсию тетрафторида кремния в его тетрахлорид и низкое содержание примесей хлорфторсиланов.
Предпочтительно реакцию изотопнообогащенного тетрафторида кремния и хлорид алюминия(III) проводить в температурном интервале 250-400°С, так как при проведении реакции указанных веществ при температуре ниже 250°С увеличивается содержание примесей фторхлорсиланов в продукте и снижается выход тетрахлорида кремния, а при температуре более 400°С возможно протекание побочных реакций галогенидов кремния с материалом аппаратуры, приводящее к снижению выхода и загрязнению тетрахлорида кремния примесями металлов.
Способ осуществляют следующим образом.
В реактор из нержавеющей стали загружают безводный высокочистый хлорид алюминия(III) с содержанием основного вещества более 99% (марка «ч»); хлорид алюминия(III) берут в 2-10-кратном избытке относительно стехиометрического соотношения. Затем реактор закрывают, вакуумируют и загружают изотопнообогащенный тетрафторид кремния (28SiF4, 29SiF4, 30SiF4), полученный центробежным методом на АО «ПО Электрохимический завод» (г. Зеленогорск). Реактор нагревают до температуры 250-400°С и выдерживают в течение 30-60 часов. Затем реактор охлаждают до комнатной температуры и конденсируют газообразные продукты реакции в приемный баллон. Определение качественного и количественного состава газообразных продуктов проводят газохроматографическим методом.
Заявляемый способ обеспечивает получение изотопнообогащенного тетрахлорида кремния с практическим выходом 90±2%. Степень превращения хлорида алюминия(III), в зависимости от заданного соотношения реагентов, составляет 10-50%. Хлорид алюминия(III) берут в 2-10-кратном избытке относительно стехиометрического соотношения, так как это соотношение обеспечивает более полную конверсию тетрафторида кремния в его тетрахлорид и низкое содержание примесей хлорфторсиланов в получаемом тетрахлориде кремния. Способ осуществляют при повышенном давлении в условиях безопасной работы при получении заданного количества изотопнообогащенного тетрахлорида кремния.
Пример 1.
В реактор из нержавеющей стали объемом 1 л и внутренним диаметром 70 мм, загружают безводный хлорид алюминия(III), содержащий не более 0,01% примесей металлов, массой 340 г, реактор закрывают, вакуумируют и загружают изотопнообогащенный тетрафторид кремния-28 28SiF4 массой 20 г (10-кратный избыток хлорида алюминия(III) относительно стехиометрического соотношения); содержание изотопа 28Si в кремнии, входящем в состав 28SiF4, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,8781±0,0352 ат. %. Реактор нагревают до температуры 250°С и выдерживают в течение 30 часов. Затем реактор охлаждают до комнатной температуры и конденсируют газообразные продукты реакции в приемный баллон. Определение качественного и количественного состава газообразных продуктов проводят газохроматографическим методом. Содержание непрореагировавшего тетрафторида кремния и хлорфторсиланов в полученном тетрахлориде кремния-28 составляет: SiF4≤0,1 мол. %, SiClF3≤0,1 мол. %, SiCl2F2-0,3±0,1 мол. %, SiCl3F-0,4±0,1 мол. %. Практический выход тетрахлорида кремния-28 28SiCl4 составляет 90±2%; содержание изотопа 28Si в кремнии, входящим в состав 28SiCl4, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,8789±0,0352 ат. %.
Пример 2.
В реактор из нержавеющей стали объемом 1 л и внутренним диаметром 70 мм, загружают безводный хлорид алюминия(III), содержащий не более 0,01% примесей металлов, массой 140 г, реактор закрывают, вакуумируют и загружают изотопнообогащенный тетрафторид кремния-28 28SiF4 массой 40 г (2-кратный избыток хлорида алюминия(III) относительно стехиометрического соотношения); содержание изотопа 28Si в кремнии, входящем в состав 28SiF4, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,8781±0,0352 ат. %. Реактор нагревают до температуры 400°С и выдерживают в течение 60 часов. Затем реактор охлаждают до комнатной температуры и конденсируют газообразные продукты реакции в приемный баллон. Определение качественного и количественного состава газообразных продуктов проводят газохроматографическим методом. Содержание непрореагировавшего тетрафторида кремния и хлорфторсиланов SiF4-xClx в полученном тетрахлориде кремния-28 составляет: SiF4≤0,1 мол. %, SiClF3≤0,1 мол. %, SiCl2F2-0,3±0,1 мол. %, SiCl3F-0,4±0,1 мол. %.
Практический выход тетрахлорида кремния-28 28SiCl4 составляет 90±2%; содержание изотопа 28Si в кремнии, входящем в состав 28SiCl4, по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой составляет 99,8789±0,0352 ат. %.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать изотопнообогащенный тетрахлорид кремния с высоким выходом, пониженным содержанием примесей фторхлорсиланов до уровня 1-2% и без статистически значимого изменения изотопного состава кремния. Синтез проводят в закрытом реакторе с использованием простой металлической аппаратуры без использования дополнительных операций по фракционированию продуктов реакции.
Claims (1)
- Способ получения изотопнообогащенных тетрахлоридов кремния 28SiCl4, 29SiCl4, 30SiCl4 из неорганических соединений, отличающийся тем, что в качестве неорганических соединений используют изотопнообогащенные тетрафториды кремния 28SiF4, 29SiF4, 30SiF4 и хлорид алюминия(III), взаимодействие которых проводят при температуре 250-400°C в закрытом реакторе при 2-10-кратном избытке хлорида алюминия(III) относительно стехиометрического соотношения и продолжительности контакта реагентов 30-60 ч.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016102741A RU2618265C1 (ru) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016102741A RU2618265C1 (ru) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2618265C1 true RU2618265C1 (ru) | 2017-05-03 |
Family
ID=58697549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016102741A RU2618265C1 (ru) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2618265C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2692310C1 (ru) * | 2018-12-14 | 2019-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук | Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2172642C1 (ru) * | 2000-04-21 | 2001-08-27 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Способ разделения изотопов кремния |
| US7745673B2 (en) * | 2007-09-04 | 2010-06-29 | International Isotopes Inc. | Processes for producing hydrohalocarbon and halocarbon compounds using silicon tetrafluoride |
| RU2399409C2 (ru) * | 2005-09-08 | 2010-09-20 | Стелла Темифа Корпорейшн | Способ изотопного обогащения |
-
2016
- 2016-01-27 RU RU2016102741A patent/RU2618265C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2172642C1 (ru) * | 2000-04-21 | 2001-08-27 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Способ разделения изотопов кремния |
| RU2399409C2 (ru) * | 2005-09-08 | 2010-09-20 | Стелла Темифа Корпорейшн | Способ изотопного обогащения |
| US7745673B2 (en) * | 2007-09-04 | 2010-06-29 | International Isotopes Inc. | Processes for producing hydrohalocarbon and halocarbon compounds using silicon tetrafluoride |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2692310C1 (ru) * | 2018-12-14 | 2019-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук | Способ получения изотопно-обогащенных стеклообразных диоксидов кремния |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368568C2 (ru) | Способ получения кремния | |
| FI75330B (fi) | Foerfarande foer framstaellning av kiseltetrafluorid. | |
| US9845248B2 (en) | Process and apparatus for preparation of octachlorotrisilane | |
| CN101774587A (zh) | 一种石英砂制备四氟化硅的方法 | |
| US5075092A (en) | Process for preparation of silane | |
| US4515762A (en) | Process for processing waste gases resulting during the production of silicon | |
| CN104058408B (zh) | 纯化四氯化硅的方法 | |
| CN105502410A (zh) | 一种四氟化硅的制备及纯化方法 | |
| RU2618265C1 (ru) | Способ получения изотопнообогащенного тетрахлорида кремния | |
| KR920006800B1 (ko) | 실란의 제조방법 | |
| US3041141A (en) | Process of purifying silane | |
| EP3476804B1 (en) | Method for producing boron trichloride | |
| US3687622A (en) | High pressure purification of hydrogen fluoride | |
| Bulanov et al. | Preparation and fine purification of SiF4 and 28SiH4 | |
| RU2458006C2 (ru) | Способ получения синтетического диоксида кремния высокой чистоты | |
| RU2792381C1 (ru) | Способ получения изотопно обогащенного тетрахлорида германия | |
| US2999736A (en) | High purity silicon | |
| Bulanov et al. | Preparation of high-purity silicon tetrafluoride by thermal dissociation of Na2SiF6 | |
| US3055817A (en) | Process for producing nitrogen trifluoride | |
| RU2388692C2 (ru) | Способ получения высокочистого силана (варианты) | |
| RU2672428C1 (ru) | Способ получения тетрахлорида кремния высокой чистоты | |
| US4528080A (en) | Photochemical method for the separation of mixtures of xenon and krypton | |
| RU2173297C2 (ru) | Способ получения моносилана из тетрахлорида кремния | |
| Schlier et al. | Production of high-value fluoride gas from uranium tetrafluoride using a rotary calciner | |
| RU2226501C1 (ru) | Способ получения высокочистого изотопно-обогащенного силана |