RU2549410C1 - Method of producing silicon from magnesium silicide - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to inorganic synthesis and can be used to produce pure silicon. The method includes obtaining magnesium silicide by mixing silicon dioxide with magnesium, thermal decomposition of magnesium silicide in an oxygen-containing atmosphere at a temperature higher than 650°C and treatment with a mineral acid to obtain silicon powder.

EFFECT: obtaining elementary silicon which is suitable for use in solar power engineering with low power consumption compared to conventional methods.

2 ex

Description

Изобретение относится к области неорганического синтеза и может быть использовано для получения чистого кремния.The invention relates to the field of inorganic synthesis and can be used to obtain pure silicon.

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.A known method of producing silicon by reducing silicon dioxide with magnesium [US 2010/0092141 A1 / Apr. 15, 2010]. The reduction of SiO _{2 is} carried out with vaporous magnesium at a temperature of 1100 ° C entering a container containing silicon dioxide. The disadvantage of this method is the high temperature of the reduction, along with the main reaction, there is a loss of reduced silicon to the formation of an external compound - magnesium silicide.

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.A known method of producing silicon (prototype), based on obtaining technical silicon by magnesium thermal reduction of silicon oxide, obtaining magnesium silicide from silicon and the separation of SiH _{4 with} hydrochloric acid from magnesium silicide, followed by decomposition of monosilane on silicon above 400 ° C [US 7972584 / Aug 25, 2009 ]. The disadvantages of this method are: multi-stage, high energy intensity, the silane used to produce silicon is toxic and fire and explosion hazard.

Задачей настоящего изобретения является разработка промышленного способа получения кремния с низким содержанием примесей.The present invention is to develop an industrial method for producing silicon with a low content of impurities.

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.The task is achieved in that the synthesis of magnesium silicide is carried out in a mixture of silicon dioxide with magnesium (magnesium is preliminarily purified from impurities of metals and nonmetals by distillation). A method for producing silicon from magnesium silicide involves the preparation of magnesium silicide and the thermal decomposition of magnesium silicide. The preparation of magnesium silicide is carried out in a mixture of silicon dioxide with magnesium, which corresponds to a 1: 1 stoichiometric ratio for the reduction of silicon dioxide to magnesium silicide, the thermal decomposition of magnesium silicide is carried out by heat treatment in an oxygen-containing atmosphere at a temperature above 650 ° C.

Протекающая реакция описывается уравнением:The proceeding reaction is described by the equation:

SiO₂+4Mg=Mg₂Si+2MgOSiO ₂ + 4Mg = Mg ₂ Si + 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:The resulting mixture is subjected to heat treatment at temperatures above 650 ° C in an oxygen-containing atmosphere to decompose magnesium silicide into silicon and magnesium oxide. The decomposition process of magnesium silicide is described by the equation:

Mg₂Si+O₂=2MgO+SiMg ₂ Si + O ₂ = ₂ MgO + Si

Выделение кремния из смеси можно осуществить обработкой минеральной кислотой или методами электростатической сепарации.The separation of silicon from the mixture can be carried out by treatment with mineral acid or by electrostatic separation methods.

В результате перечисленных операций получается твердый продукт - элементный кремний.As a result of these operations, a solid product is obtained - elemental silicon.

Пример 1Example 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%.10 g of silicon dioxide and 16.2 g of magnesium are mixed, heated to 600 ° C. Magnesium thermal reduction products are heat treated in an oven at 650 ° C in air. The resulting mixture is washed with 80 g of hydrochloric acid, the solid fraction is filtered off. Get a powder weighing 4.5 g, the product yield is 96.3%.

Пример 2Example 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%.10 g of silicon dioxide and 16.2 g of magnesium are mixed, heated to 600 ° C. Magnetic thermal reduction products are heat treated in an oven at 700 ° C. The resulting mixture is washed with 80 g of hydrochloric acid, the solid fraction is filtered off. Get a powder weighing 4.58 g, the product yield is 98%.

В результате перечисленных операций получают элементный кремний, пригодный для использования в солнечной энергетике, при меньших энергетических затратах по сравнению с традиционными способами.As a result of these operations get elemental silicon, suitable for use in solar energy, at lower energy costs compared to traditional methods.

Claims (1)

Способ получения кремния из силицида магния, включающий получение силицида магния и термическое разложение силицида магния, отличающийся тем, что 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°С.      A method of producing silicon from magnesium silicide, including the preparation of magnesium silicide and thermal decomposition of magnesium silicide, characterized in that the preparation of magnesium silicide is carried out in a mixture of silicon dioxide and magnesium, which corresponds to a 1: 1 stoichiometric ratio for the reduction of silicon dioxide to magnesium silicide, thermal decomposition magnesium silicide is carried out by heat treatment in an oxygen-containing atmosphere at a temperature above 650 ° C.