×
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 71-80 of 153 items.
20.08.2015
№216.013.72fb

Способ проведения металлических винтов для остеосинтеза и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к травматологии и ортопедии и предназначено для оперативного лечения травм опорно-двигательного аппарата. Способ проведения металлических винтов для остеосинтеза через кость заключается в том, что осуществляют доступ к поврежденной кости, сопоставление костных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561005
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.08.2015
№216.013.7493

Устройство для управления выведением ракеты космического назначения

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для управления выведением ракеты космического назначения. Устройство для управления выведением ракеты космического назначения содержит систему управления и навигации, газореактивные сопла, систему газификации с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561418
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.08.2015
№216.013.749c

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого ракетного топлива и устройство для его реализации

Изобретение относится к моделирующим устройствам и может быть использовано при построении процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступени ракет-носителей (РН). Устройство для моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561427
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.09.2015
№216.013.7a05

Способ повышения эффективности ракеты космического назначения с маршевым жрд

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ повышения эффективности ракет космического назначения (РКН) с маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) основан на использовании невыработанных жидких остатков компонентов ракетного топлива (КРТ) в баках отделяющихся частей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562826
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.10.2015
№216.013.83de

Полупроводниковый газоанализатор угарного газа

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)(CdSe), и непроводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565361
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.857c

Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использовано в качестве автономного источника питания. Технический результат - оптимизация конструкции магнитной системы исходя из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565775
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.8619

Способ работы поршневого гидропневматического агрегата и устройство для его реализации

Изобретение относится к области поршневых машин объемного вытеснения. Способ работы агрегата заключается в попеременном последовательном сжатии в надпоршневой полости цилиндра газа при ходе поршня в сторону газовых распределительных органов и сжатии жидкости в подпоршневой полости цилиндра при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565932
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.8624

Машина объемного действия

Изобретение относится к области машин объемного действия, предназначенных для сжатия и перемещения жидкостей и газов, в которых предъявляются высокие требования к равномерности подачи жидкости. Машина состоит из цилиндра 1 с дифференциальным поршнем 2, с образованием полостей 3 и 4 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565943
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.862c

Способ работы газожидкостного агрегата и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин для сжатия и подачи одновременно или попеременно жидкостей и газов. Способ работы состоит в том, что при пуске агрегата жидкостную полость соединяют с линией всасывания жидкости мимо...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565951
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.11.2015
№216.013.8b66

Антифрикционный полимерный композиционный материал

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления деталей смазываемых и металлополимерных узлов трения машин и агрегатов. Антифрикционный полимерный композиционный материал включает (мас.%):...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567293
Дата охранного документа: 10.11.2015
Showing 71-80 of 158 items.
20.08.2015
№216.013.7198

Пневмогидравлический агрегат

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин, предназначенных для сжатия и подачи потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов. Пневмогидравлический агрегат состоит из цилиндра 1 с газовой полостью 2 и тронкового поршня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560650
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.72fb

Способ проведения металлических винтов для остеосинтеза и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к травматологии и ортопедии и предназначено для оперативного лечения травм опорно-двигательного аппарата. Способ проведения металлических винтов для остеосинтеза через кость заключается в том, что осуществляют доступ к поврежденной кости, сопоставление костных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561005
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.08.2015
№216.013.7493

Устройство для управления выведением ракеты космического назначения

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для управления выведением ракеты космического назначения. Устройство для управления выведением ракеты космического назначения содержит систему управления и навигации, газореактивные сопла, систему газификации с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561418
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.08.2015
№216.013.749c

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого ракетного топлива и устройство для его реализации

Изобретение относится к моделирующим устройствам и может быть использовано при построении процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступени ракет-носителей (РН). Устройство для моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561427
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.09.2015
№216.013.7a05

Способ повышения эффективности ракеты космического назначения с маршевым жрд

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ повышения эффективности ракет космического назначения (РКН) с маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) основан на использовании невыработанных жидких остатков компонентов ракетного топлива (КРТ) в баках отделяющихся частей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562826
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.10.2015
№216.013.83de

Полупроводниковый газоанализатор угарного газа

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)(CdSe), и непроводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565361
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.857c

Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использовано в качестве автономного источника питания. Технический результат - оптимизация конструкции магнитной системы исходя из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565775
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.8619

Способ работы поршневого гидропневматического агрегата и устройство для его реализации

Изобретение относится к области поршневых машин объемного вытеснения. Способ работы агрегата заключается в попеременном последовательном сжатии в надпоршневой полости цилиндра газа при ходе поршня в сторону газовых распределительных органов и сжатии жидкости в подпоршневой полости цилиндра при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565932
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.8624

Машина объемного действия

Изобретение относится к области машин объемного действия, предназначенных для сжатия и перемещения жидкостей и газов, в которых предъявляются высокие требования к равномерности подачи жидкости. Машина состоит из цилиндра 1 с дифференциальным поршнем 2, с образованием полостей 3 и 4 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565943
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.862c

Способ работы газожидкостного агрегата и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин для сжатия и подачи одновременно или попеременно жидкостей и газов. Способ работы состоит в том, что при пуске агрегата жидкостную полость соединяют с линией всасывания жидкости мимо...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565951
Дата охранного документа: 20.10.2015
+ добавить свой РИД