СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ ИЗ СИЛИЦИДА МАГНИЯ

Изобретение относится к области неорганического синтеза и может быть использовано для получения чистого кремния.

Известен способ получения кремния восстановлением диоксида кремния магнием [US 2010/0092141 A1 / Apr. 15, 2010]. Восстановление SiO₂ проводится парообразным магнием при температуре 1100°C, поступающим в емкость, содержащую диоксид кремния. Недостатком способа является высокая температура проведения восстановления, наряду с основной реакцией происходит потеря восстановленного кремния на образование постороннего соединения - силицида магния.

Известен способ получения кремния (прототип), основанный на получении технического кремния магнийтермическим восстановлением оксида кремния, получением силицида магния из кремния и выделении SiH₄ соляной кислотой из силицида магния с последующим разложением моносилана на кремний выше 400°C [US 7972584 / Aug 25, 2009]. Недостатками данного метода являются: многостадийность, высокая энергоемкость, используемый для получения кремния силан является токсичным и пожаровзрывоопасным.

Задачей настоящего изобретения является разработка промышленного способа получения кремния с низким содержанием примесей.

Задача достигается тем, что синтез силицида магния проводят в смеси диоксида кремния с магнием (магний предварительно очищают от примесей металлов и неметаллов методом перегонки). Способ получения кремния из силицида магния включает получение силицида магния и термическое разложение силицида магния. Получение силицида магния осуществляют в смеси диоксида кремния с магнием, которая соответствует стехиометрическому соотношению 1:1 для восстановления диоксида кремния до силицида магния, процесс термического разложения силицида магния осуществляют термической обработкой в кислородсодержащей атмосфере при температуре выше 650°C.

Протекающая реакция описывается уравнением:

SiO₂+4Mg=Mg₂Si+2MgO

Полученную шихту подвергают термической обработке при температуре выше 650°C в кислородсодержащей атмосфере для разложения силицида магния на кремний и оксид магния. Процесс разложения силицида магния описывается уравнением:

Mg₂Si+O₂=2MgO+Si

Выделение кремния из смеси можно осуществить обработкой минеральной кислотой или методами электростатической сепарации.

В результате перечисленных операций получается твердый продукт - элементный кремний.

Пример 1

Смешивают 10 г диоксида кремния и 16,2 г магния, нагревают до 600°C. Продукты магнийтермического восстановления подвергают термической обработке в печи при 650°C в атмосфере воздуха. Полученную шихту промывают 80 г соляной кислоты, твердую фракцию отфильтровывают. Получают порошок массой 4,5 г, выход продукта составляет 96,3%.

Пример 2

Смешивают 10 г диоксида кремния и 16,2 г магния, нагревают до 600°C. Продукты магнийтермического восстановления подвергают термической обработке в печи при 700°С. Полученную шихту промывают 80 г соляной кислоты, твердую фракцию отфильтровывают. Получают порошок массой 4,58 г, выход продукта составляет 98%.

В результате перечисленных операций получают элементный кремний, пригодный для использования в солнечной энергетике, при меньших энергетических затратах по сравнению с традиционными способами.