Процессы получения кремния с низким содержанием примесей с использованием магниетермического восстановления диоксида кремния в аппаратах стесненного падения

• Автор: Киселёв, Александр Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений, сокращений и терминов

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1Л. Способы получения технического кремния

1Л Л. Металлургический способ

1 Л.2. Электрохимический способ

1.2. Способы получения солнечного и полупроводникового кремния

1.2.1. Сименс-процесс и его усовершенствование

1.2.2. Процессы получения кремния из моносилана

1.2.3. Процесс фирмы Hemlock Semiconductor
1.2.4. Процесс фирмы Schumacher и Texas Instruments
1.2.5. Получение поликристаллического кремния из фторосиликата и фторида натрия
1.2.6. Плазменные технологии
1.2.7. Восстановление кремнийсодержащих соединений методами металлотермии
1.3. Обоснование цели и задач исследований
ГЛАВА 2. Материалы, оборудование, методы исследования, синтеза и расчетов
2.1. Материалы и реактивы
2.2. Приборы и методы анализа
2.3. Методика проведения расчетов и исследований
2.3.1. Термодинамические расчеты
2.3.2. Методика определения показателей энергопотребления
2.3.3. Методика проведения эксперимента по магниетермическому восстановлению диоксида кремния в статических условиях в смеси исходных реагентов
2.3.4. Методика проведения эксперимента по магниетермическому восстановлению диоксида кремния парообразным магнием

2.3.5. Исследование магниетермического восстановления диоксида кремния парообразным магнием в условия стесненного падения
2.3.6. Исследование процесса получения кремния методом механохимического синтеза
ГЛАВА 3. Исследование процессов восстановления диоксида кремния магнием
3.1. Термодинамический расчет процессов магниетермическо восстановления диоксида кремния
3.2. Исследования магниетермического получения кремния заданной чистоты
3.2.1. Исследование процесса магниетермического восстановления в статических условиях в смеси исходных реагентов
3.2.2. Исследование процесса магниетермического восстановления диоксида кремния парообразным магнием
3.2.3. Исследование магниетермического восстановления диоксида кремния парообразным магнием в условия стесненного падения
3.3. Исследование термического разложения силицида магния
3.3.1. Термодинамические исследования
3.3.2. Влияние температуры на процесс разложения силицида магния
3.3.3. Исследования по разложению силицида магния в атмосфере воздуха в статических и динамических условиях
3.3.4. Аналитическое исследование распределения примесей на основных
этапах магниетермического способа получения кремния
3.3.5 Морфологическое строение порошкообразных продуктов, полученных с помощью метода магниетермического восстановления диоксида кремния..
3.4. Исследование процесса получения кремния методом механохимического синтеза
3.4.1. Частота вращений механореактора
3.4.2. Время механоактивации
3.4.3. Тип мелющих тел
3.5. Разделение продуктов магниетермического восстановления диоксида кремния

3.5.1. Разделение продуктов магниетермического восстановления диоксида кремния методом солянокислого выщелачивания
3.5.2. Хлороаммонийная технология разделения продуктов магниетермии
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. Разработка технологической и аппаратурной схемы процесса магниетермиического получения высокочистого кремния
4.1. Разработка и описание технологической схемы получения высокочистого кремния
4.1.1. Получение диоксида кремния 5N
4.1.2. Получение кремния
4.1.3. Разделение MgO и Si
4.1.4. Переплавка кремния
4.2. Аппаратурное оформление процесса магниетрмического получения высокочистого кремния
4.3. Выводы по главе
Общие выводы
Список литературы

Стадия получения соли служит одновременно для очистки ее от растворимых примесей, содержавшихся в Н281Р6. Увеличивают очистку осадка от примесей металлов введением комплексообразователей или гидроксида аммония перед добавлением основного реагента - ЫаР. На следующей стадии полученную соль термически разлагают или восстанавливают металлическим натрием [61].
Изучение термической стойкости гексафторосиликата натрия показало, что при нагревании соли до 400 °С реакция разложения не идет. Поэтому, если выдержать при такой температуре соль в условиях частичного вакуума, то можно обеспечить дополнительную очистку 81Р4 от более летучих соединений. Обычно процесс термического разложения ведут в интервале температур 600 — 700 °С. В осадке остаются соединения с низкой летучестью при 700 °С.
Следующей и центральной стадией процесса получения кремния из Э1р4 является его взаимодействие с натрием. В соответствии с патентом [62] в качестве металла-восстановителя может быть использован и другой металл, натрий выбран в связи с возможностью направлять образующийся ЫаР на первую операцию получения соли:
81Р4 + 4Иа = 4ИаР + 81.
По термодинамическим данным [54] эта реакция должна была бы начаться уже при комнатной температуре, на практике было обнаружено, что с заметной скоростью процесс протекает после нагревания натрия выше 150 °С. На ход и результаты реакции влияют температура, давление паров натрия и фторида кремния, наличие локальных перегревов в зоне взаимодействия, пористость и проницаемость образующихся частиц или слоев твердых веществ для паров реагирующих веществ. Влияние этих параметров на кинетику реакции сложно и до конца не изучено.
Рассматривалась возможность прямого получения кремния, позволяющей избежать стадии термического разложения Па281Р6. В соответствии с патентом [61], смесь соли и порошкообразного натрия помещалась в тигель реактора, который после заполнения и закупоривания нагревался до температуры выше 500 °С. В верхней части реактора предложено было установить две обогреваемые