×
20.02.2015
216.013.2a41

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ. В тигель при температуре не менее 2000°C заливают расплав диоксида кремния и герметизируют его для создания условий поддержания в газовой фазе над расплавом избыточного давления не менее 2,0 МПа. После подачи внутрь расплава диоксида кремния подают смесь водяного пара и метана ("дутье"). Под воздействием температуры расплава в смеси водяного пара и метана внутри расплава происходит паровая конверсия метана с получением водорода, в том числе атомарного, и окислов углерода. Сначала диоксид кремния восстанавливается водородом до элементарного кремния, который в свою очередь реагирует в расплаве с диоксидом кремния с получением монооксида кремния. Полученный в результате реакции монооксид кремния под воздействием избыточного давления над расплавом не возгоняется в газообразное состояние, а остается в жидкой фазе в расплаве и взаимодействует с водородом, восстанавливая кремний. Изобретение позволяет получать кремний с низким содержанием примесей, в том числе углерода и кислорода.
Основные результаты: Способ получения кремния, включающий получение монооксида кремния из диоксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния с использованием метана, отличающийся тем, что метан в смеси с водяным паром вводят непосредственно в расплав диоксида кремния при температуре не менее 2000°C и создают над расплавом избыточное давление парогазовой смеси не менее 2,0 МПа.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения синтетического кремния.

Известен способ получения кремния, основанный на восстановлении расплава диоксида кремния углеродом при температуре не менее 1800°C с последующей кислотной обработкой. (Химическая Энциклопедия // Под ред. И.Л. Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, с.508.)

Недостатком данного способа является низкая чистота конечного продукта.

Известен способ получения кремния, включающий введение в кремнийсодержащий расплав твердого диоксида кремния с образованием монооксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния углеродным восстановителем, при этом в качестве кремнийсодержащего расплава используют диоксид кремния, в который вводят смесь порошков диоксида кремния с элементарным кремнием, взятых в стехиометрическом соотношении, а в качестве углеродного восстановителя используется метан (патент RU №2327639, М. кл. С01В 33/027, опубл. 27.06.2008).

Недостатками этого способа являются:

- использование высокочистого кремния в качестве сырьевого материала;

- загрязнение кремния углеродом, содержащимся в метане;

- необходимость соблюдать стехиометрическое соотношение компонентов реакции.

Известен способ получения кремния, включающий получение монооксида кремния из диоксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния с использованием метана, при этом монооксид кремния получают термической диссоциацией диоксида кремния в электродуговой плазме в атмосфере водорода, а восстановление монооксида кремния до элементарного кремния проводят в электродуговой плазме с использованием метана в смеси с водородом при содержании метании 5-10% по объему (патент на изобретение RU 2367600 С1, М. кл. С01В 33/023, опубл. 20.09.2009 - прототип).

Недостатками этого способа являются:

- малая производительность процесса, которая ограничена небольшим объемом электродуговой плазмы;

- необходимость соблюдения пропорции в смеси метана и водорода;

- невысокая степень извлечения кремния из диоксида кремния (порядка 86%).

Техническим результатом изобретения является упрощение способа, повышение его производительности и экономичности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кремния, включающем получение монооксида кремния из диоксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния с использованием метана, согласно заявляемому изобретению непосредственно в расплав диоксида кремния при температуре не менее 2000°C вводят метан в смеси с водяным паром и создают над расплавом избыточное давление парогазовой смеси.

Пример осуществления способа

В качестве исходного материала используется диоксид кремния, очищенный от примесей металлов и неметаллов. В тигель емкостью от 0.5 до 80 т при температуре не менее 2000°C заливают расплав диоксида кремния и закрывают тигель крышкой с дренажным парогазовым клапаном для создания условий поддержания в газовой фазе над расплавом избыточного давления не менее 2,0 МПа. Затем внутрь расплава диоксида кремния по газотранспортной системе трубопроводов подается смесь водяного пара и метана ("дутье"). Под воздействием температуры расплава в смеси водяного пара и метана внутри расплава происходит химическая реакция, известная под названием "Паровая конверсия метана" (ПКМ) с получением водорода, в том числе атомарного, и окислов углерода:

CH4+2H2O=CO2+8H (4H2)

Окислы углерода не взаимодействуют с расплавом и под действием "Архимедовой" силы покидают расплав. Полученный внутри расплава водород взаимодействует с расплавом диоксида кремния, восстанавливая кремний:

SiO2+2H2=Si+2H2O

В связи с тем, что процесс восстановления растянут во времени по мере поступления водорода, то сначала диоксид кремния восстанавливается водородом до элементарного кремния, который в свою очередь реагирует в расплаве с диоксидом кремния с получением монооксида кремния:

Si+SiO2=2SiO

Полученный в результате реакции монооксид кремния под воздействием избыточного давления над расплавом не возгоняется в газообразное состояние, а остается в жидкой фазе в расплаве и взаимодействует с водородом, восстанавливая кремний:

SiO+H2=Si+H2O

Поскольку кремний с водородом напрямую химически не взаимодействует, то индикатором окончания реакции восстановления кремния служит замещение водородом в газовой фазе над расплавом других продуктов реакции восстановления кремния.

На выходе парогазовой смеси из дренажного парогазового клапана весь период процесса работает горелка. Значительное усиление пламени горелки говорит о дожигании водорода, т.е. о завершении процесса восстановления кремния.

Заявляемый способ позволяет получать кремний с низким содержанием примесей, в том числе углерода и кислорода. Снижение себестоимости конечного продукта достигается за счет возможности производить кремний в больших количествах и простоты технологического процесса, а также за счет минимальных затрат на утилизацию побочных продуктов реакции восстановления кремния, таких как вода и окислы углерода. Удешевление процесса достигается уменьшением расхода водорода на единицу массы производимого кремния, а также ненадобностью точного метрологического оборудования для обеспечения стехиометрического соотношения массы диоксида кремния и восстановителя. Кроме того, степень извлечения кремния из диоксида кремния по заявляемому способу значительно выше, чем у способа-прототипа и достигает 93-95% за счет того, что монооксид кремния под воздействием избыточного давления над расплавом не возгоняется в газообразное состояние, а остается в жидкой фазе в расплаве и взаимодействует с водородом, восстанавливая кремний.

Способ получения кремния, включающий получение монооксида кремния из диоксида кремния и последующее восстановление монооксида кремния до элементарного кремния с использованием метана, отличающийся тем, что метан в смеси с водяным паром вводят непосредственно в расплав диоксида кремния при температуре не менее 2000°C и создают над расплавом избыточное давление парогазовой смеси не менее 2,0 МПа.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 153 items.
20.08.2014
№216.012.e924

Антифрикционный полимерный композиционный материал

Изобретение может быть использовано в материаловедении для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов. Антифрикционный полимерный композиционный материал включает политетрафторэтилен, дисульфид молибдена, ультрадисперсный порошок скрытокристаллического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525492
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ea42

Способ пуска двигателя внутреннего сгорания при низких температурах и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано при пуске двигателей внутреннего сгорания при низкой температуре окружающей среды, характерной для районов Сибири и Крайнего Севера. Способ состоит в том, что перед пуском двигателя производят подогрев топлива в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525778
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec01

Газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Датчик микропримесей оксида углерода содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526225
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec02

Полупроводниковый газоанализатор

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано в экологии. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного сульфидом цинка, нанесенной на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526226
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ed35

Пневматическая пружина

Изобретение относится к машиностроению. Пневматическая пружина содержит тонкостенный цилиндр (1), размещенные в нем шток (2) с уплотнительным элементом штока (3) и поршень (4), образующий в рабочей полости цилиндра надпоршневую (6) и подпоршневую (7) полости. Тонкостенный цилиндр (1) имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526544
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.eecd

Устройство для профилактики гнойно-септических осложнений

Изобретение относится к медицине, а именно к профилактике гнойно-септических воспалительных осложнений у родильниц из группы высокого инфекционного риска. Устройство содержит ультразвуковой генератор с командным устройством, пьезокерамический излучатель с контактными волноводами и систему для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526952
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f358

Полупроводниковый газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение может быть использовано в экологии. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528118
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f3ad

Поршневая расширительная машина

Поршневая расширительная машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве пневматического или газового двигателя, например в горной, химической и нефтехимической промышленности. В корпусе машины размещены расширительные цилиндры с непрямоточными и прямоточными системами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528204
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f407

Способ оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (сож), используемой при резании материала

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. На станке проводят кратковременное резание (10-15 с) материала без применения СОЖ, фиксируя величины составляющих силы резания. Испытания проводятся с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528294
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.09.2014
№216.012.f8d8

Устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности и надежности функционирования устройства защиты. Устройство содержит кольцеобразный магнитопровод, охватывающий проводники сети и реле тока. При этом кольцеобразный магнитопровод имеет поперечный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529541
Дата охранного документа: 27.09.2014
Showing 31-40 of 158 items.
20.07.2014
№216.012.ddae

Способ газификации жидкого ракетного топлива в баке ракеты и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для увода отделяющихся частей ступеней ракет космического назначения. Получают импульс путем выброса газифицированных жидких остатков невыработанных компонентов ракетного топлива (РТ), обеспечивают импульс за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522536
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.e924

Антифрикционный полимерный композиционный материал

Изобретение может быть использовано в материаловедении для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов. Антифрикционный полимерный композиционный материал включает политетрафторэтилен, дисульфид молибдена, ультрадисперсный порошок скрытокристаллического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525492
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ea42

Способ пуска двигателя внутреннего сгорания при низких температурах и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано при пуске двигателей внутреннего сгорания при низкой температуре окружающей среды, характерной для районов Сибири и Крайнего Севера. Способ состоит в том, что перед пуском двигателя производят подогрев топлива в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525778
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec01

Газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Датчик микропримесей оксида углерода содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526225
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec02

Полупроводниковый газоанализатор

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано в экологии. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного сульфидом цинка, нанесенной на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526226
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ed35

Пневматическая пружина

Изобретение относится к машиностроению. Пневматическая пружина содержит тонкостенный цилиндр (1), размещенные в нем шток (2) с уплотнительным элементом штока (3) и поршень (4), образующий в рабочей полости цилиндра надпоршневую (6) и подпоршневую (7) полости. Тонкостенный цилиндр (1) имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526544
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.eecd

Устройство для профилактики гнойно-септических осложнений

Изобретение относится к медицине, а именно к профилактике гнойно-септических воспалительных осложнений у родильниц из группы высокого инфекционного риска. Устройство содержит ультразвуковой генератор с командным устройством, пьезокерамический излучатель с контактными волноводами и систему для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526952
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f358

Полупроводниковый газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение может быть использовано в экологии. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528118
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f3ad

Поршневая расширительная машина

Поршневая расширительная машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве пневматического или газового двигателя, например в горной, химической и нефтехимической промышленности. В корпусе машины размещены расширительные цилиндры с непрямоточными и прямоточными системами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528204
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f407

Способ оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (сож), используемой при резании материала

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. На станке проводят кратковременное резание (10-15 с) материала без применения СОЖ, фиксируя величины составляющих силы резания. Испытания проводятся с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528294
Дата охранного документа: 10.09.2014
+ добавить свой РИД