[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2525415C1 - Production of silicon and its compounds and production line to this end - Google Patents

Production of silicon and its compounds and production line to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2525415C1
RU2525415C1 RU2012157689/05A RU2012157689A RU2525415C1 RU 2525415 C1 RU2525415 C1 RU 2525415C1 RU 2012157689/05 A RU2012157689/05 A RU 2012157689/05A RU 2012157689 A RU2012157689 A RU 2012157689A RU 2525415 C1 RU2525415 C1 RU 2525415C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
reactor
monosilane
gas
hydrofluoric acid
Prior art date
Application number
RU2012157689/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012157689A (en
Inventor
Руслан Алексеевич Шевченко
Александр Юрьевич Вахрушин
Андрей Павлович Чуканов
Original Assignee
Руслан Алексеевич Шевченко
Александр Юрьевич Вахрушин
Андрей Павлович Чуканов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Руслан Алексеевич Шевченко, Александр Юрьевич Вахрушин, Андрей Павлович Чуканов filed Critical Руслан Алексеевич Шевченко
Priority to RU2012157689/05A priority Critical patent/RU2525415C1/en
Publication of RU2012157689A publication Critical patent/RU2012157689A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2525415C1 publication Critical patent/RU2525415C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: proposed line comprises fluo(ro)silicic acid production unit (6), extraction unit (5) with absorption tower (1) to trap silicon tetrafluoride and anhydrous hydrogen fluoride and condenser (2) for their separation, gas cylinder station (3) to store and transfer gases and play of silicon compounds synthesis (10) including system (7) to feed gases into reactor (7). Reactor top is arranged in resistance furnace (12) to form heating zone (13) therein while reactor bottom is connected with intake bin (18) to collect synthesised particles in removable container (17). Bin top accommodates filter (15) to discharge gas into absorption column. Reactor (7) bottom and bin (18) top are equipped with water and air cooling system (14). To produce polycrystalline silicon, this line incorporates extra gas cylinder station (8) for storage and transfer of monosilane and reaction gas and monosilane decomposition station (9) with second reactor (7').
EFFECT: enhanced performances, stable output of high-purity product, non-polluting process, lower power input.
30 cl, 2 dwg, 2 tbl, 12 ex

Description

Настоящее изобретение относится к области металлургии и химии, в частности к получению металлического кремния и его соединений, и может быть использовано в машиностроении, цветной металлургии, химической и стекольной промышленности, медицинской технике, ювелирном производстве, высокотехнологичных областях промышленности, таких как производство полупроводниковых материалов для электронной промышленности и солнечной энергетики.The present invention relates to the field of metallurgy and chemistry, in particular to the production of metallic silicon and its compounds, and can be used in mechanical engineering, non-ferrous metallurgy, chemical and glass industry, medical technology, jewelry, high-tech industries, such as the manufacture of semiconductor materials for electronic industry and solar energy.

Кремний и его соединения являются важнейшими материалами для производства изделий электронной техники и солнечных элементов, а также исходными материалами для создания покрытий и функциональных слоев.Silicon and its compounds are the most important materials for the production of electronic devices and solar cells, as well as the starting materials for creating coatings and functional layers.

Сверхчистый кремний (Si) является основным полупроводниковым материалом электронной техники и используется, например, для производства одиночных электронных приборов, микросхем, функциональных элементов солнечных батарей и т.д. Благодаря своим свойствам карбид кремния (SiC) нашел широкое применение в производстве силовых полупроводниковых приборов, гетероструктурных устройств на базе политипов SiC, а также в качестве высокотемпературного абразивного материала. Нитрид кремния (Si3N4) применяется в производстве изделий электронной техники, в частности для получения диэлектрических слоев, а также как высокотемпературный абразивный материал. Двуокись кремния (SiO2) в зависимости от политипа является базовым материалом стекольной, электронной и оптической промышленности и применяется в производстве практически всех оптических изделий, включая оптические волоконные световоды, компоненты лазерной и традиционной оптики, а также как наполнитель в лакокрасочной и резинотехнической промышленности. Кристаллический кварц обладает пьезоэлектрическими свойствами и потому используется в электронике, радиотехнике, ультразвуковых установках, применяется при производстве кварцевых резонаторов и пьезоэлектрических датчиков.Ultrapure silicon (Si) is the main semiconductor material of electronic equipment and is used, for example, for the production of single electronic devices, microcircuits, functional elements of solar cells, etc. Due to its properties, silicon carbide (SiC) is widely used in the production of power semiconductor devices, heterostructure devices based on SiC polytypes, and also as a high-temperature abrasive material. Silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used in the manufacture of electronic products, in particular for producing dielectric layers, and also as a high-temperature abrasive material. Silicon dioxide (SiO 2 ), depending on the polytype, is the base material of the glass, electronic and optical industries and is used in the manufacture of almost all optical products, including optical fiber fibers, components of laser and traditional optics, and also as a filler in the paint and varnish and rubber industry. Crystalline quartz has piezoelectric properties and is therefore used in electronics, radio engineering, ultrasonic installations, and is used in the production of quartz resonators and piezoelectric sensors.

Способы получения кремния и его соединений весьма разнообразны, в связи с чем разработка экономичной, экологически чистой технологии получения соединений кремния и чистого кремния является до сих пор актуальной проблемой.The methods for producing silicon and its compounds are very diverse, and therefore the development of an economical, environmentally friendly technology for producing silicon compounds and pure silicon is still an urgent problem.

Поликристаллический карбид кремния получают в электропечах при температуре 1800-2300°С путем восстановления двуокиси кремния углеродом. Чистый карбид кремния можно получить путем возгонки порошкообразного карбида кремния в атмосфере аргона при 2500°С. Из-за высоких значений температуры и давления, необходимых для осуществления плавления карбида кремния, классические методы получения монокристаллов SiC не применимы, поэтому для их получения используют выращивание кристаллов SiC из газовой фазы или из расплавов.Polycrystalline silicon carbide is obtained in electric furnaces at a temperature of 1800-2300 ° C by reducing silicon dioxide with carbon. Pure silicon carbide can be obtained by sublimation of powdered silicon carbide in an argon atmosphere at 2500 ° C. Due to the high temperature and pressure values necessary for the melting of silicon carbide, the classical methods for producing SiC single crystals are not applicable; therefore, they are grown by growing SiC crystals from the gas phase or from melts.

Нитриды кремния можно получить путем прямого азотирования кремния при температуре порядка 1500°С, термоуглеродным азотированием, взаимодействием соединений кремния с аммиаком.Silicon nitrides can be obtained by direct nitriding of silicon at a temperature of about 1500 ° C, thermocarbon nitriding, and the interaction of silicon compounds with ammonia.

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400-500°С в атмосфере кислорода, термическим оксидированием при высоких температурах.Synthetic silicon dioxide is obtained by heating silicon to a temperature of 400-500 ° C in an oxygen atmosphere, thermal oxidation at high temperatures.

Все известные перечисленные технологии получения соединений кремния проводятся в условиях высокотемпературных реакций, требуют сложного оборудования, что удорожает стоимость готового продукта. Кроме того, для каждого из производимых соединений кремния используют собственное оборудование.All of the known technologies for producing silicon compounds listed are carried out under conditions of high-temperature reactions, require sophisticated equipment, which increases the cost of the finished product. In addition, for each of the produced silicon compounds, their own equipment is used.

Известны технологии получения соединений кремния, в частности гидрида кремния (моносилана), основанные на каталитической дисмутации трихлорсилана с последующим разделением продуктов реакции и очисткой моносилана (RU 2403964 С2, B01J 8/02, 20.11.2010). Эти методы, известные как различные модификации «Сименс-процесса», требуют значительных энергозатрат, многостадийны и образуют значительное количество отходов.Known technologies for producing silicon compounds, in particular silicon hydride (monosilane), based on the catalytic dismutation of trichlorosilane followed by separation of reaction products and purification of monosilane (RU 2403964 C2, B01J 8/02, 11/20/2010). These methods, known as various modifications of the Siemens Process, require significant energy consumption, are multi-stage and generate a significant amount of waste.

Известен способ получения соединений кремния, в частности моносилана, каталитическим диспропорционированием триалкоксисилана, полученного этерификацией хлорсиланов органическим спиртом или прямым воздействием органического спирта с порошкообразным техническим кремнием в присутствии катализатора (RU 2313485 С2, С01В 33/04, 10.07.2006). Недостаток данного способа заключается в том, что он отличается высокой пожароопасностью.A known method for producing silicon compounds, in particular monosilane, by catalytic disproportionation of trialkoxysilane obtained by the esterification of chlorosilanes with an organic alcohol or by direct exposure to organic alcohol with powdered technical silicon in the presence of a catalyst (RU 2313485 C2, C01B 33/04, 07/10/2006). The disadvantage of this method is that it has a high fire hazard.

Известен способ получения моносилана разложением силицида магния минеральными кислотами (RU 2357924 С2, С01В 33/04, 10.06.2008). Недостаток данного способа заключается в том, что для получения моносилана необходим синтез нового соединения - силицида щелочноземельного металла, увеличивающего количество стадий при его получении.A known method of producing monosilane by the decomposition of magnesium silicide with mineral acids (RU 2357924 C2, C01B 33/04, 10.06.2008). The disadvantage of this method is that to obtain monosilane requires the synthesis of a new compound - alkaline earth metal silicide, which increases the number of stages in its preparation.

В последнее время широкое развитие получила технология получения соединений кремния и металлического кремния фторидными методами из различных видов кремнийсодержащего сырья. Так, известен способ получения силанов взаимодействием тетрафторида кремния с гидридом марганца в расплаве солей (US 4623531, С01В 33/04, 18.11.1986). Также известен способ получения моносилана, который заключается во взаимодействии гидрида кальция с газообразным тетрафторидом кремния в солевом расплаве хлоридов лития и калия. Тетрафторид кремния используют в концентрации 50-100 об.%. Тетрафторид кремния разбавляют очищенным от кислорода азотом и вводят его в избытке до 2 мас.% по отношению к стехиометрическому. Полученный моносилан подвергают дополнительной очистке адсорбцией. В качестве сорбента используют гранулированный фторид натрия. Очистку ведут в две стадии: при 130-140°С и при 250-280°С (RU 2077483 Cl, С01В 33/04, 20.04.1997). Технология многостадийна, требует дополнительных затрат, что удорожает целевой продукт.Recently, the technology for producing silicon and silicon metal compounds by fluoride methods from various types of silicon-containing raw materials has been widely developed. So, there is a known method for producing silanes by the interaction of silicon tetrafluoride with manganese hydride in a molten salt (US 4623531, СВВ 33/04, 11/18/1986). Also known is a method of producing monosilane, which consists in the interaction of calcium hydride with gaseous silicon tetrafluoride in a molten salt of lithium and potassium chlorides. Silicon tetrafluoride is used in a concentration of 50-100 vol.%. Silicon tetrafluoride is diluted with nitrogen purified from oxygen and introduced in excess of up to 2 wt.% With respect to stoichiometric. The resulting monosilane is subjected to further purification by adsorption. Granulated sodium fluoride is used as the sorbent. Cleaning is carried out in two stages: at 130-140 ° С and at 250-280 ° С (RU 2077483 Cl, СВВ 33/04, 04/20/1997). The technology is multi-stage, requires additional costs, which increases the cost of the target product.

Наиболее близким к предложенному в отношении устройства и способа получения соединений кремния является установка для получения соединения кремния - моносилана, и способ получения, реализуемый при помощи этой установки (RU 2164218 Cl, C01B 33/04, 20.03.2001). Установка содержит корпус, реакционную камеру, газораспределительное устройство, патрубки для подачи газообразного компонента и вывода целевого продукта, средства нагрева, загрузочные и разгрузочные патрубки для твердого компонента и устройство угла наклона реакционной камеры. Способ включает нагрев реакционной камеры до рабочей температуры, подачу твердого компонента - гидрида лития, подачу газообразного компонента - тетрахлорида кремния, и вывод продуктов реакции моносилана и хлорида лития из реактора. Известное техническое решение основано на использовании вредных хлористых соединений, что делает процесс экологически небезопасным, отсутствует стабильность выхода годного получаемого целевого продукта. Кроме того, на известной установке невозможно получение иных, кроме моносилана, соединений кремния.Closest to the proposed in relation to the device and method for producing silicon compounds is the installation for producing a silicon compound - monosilane, and the production method implemented using this installation (RU 2164218 Cl, C01B 33/04, 03.20.2001). The installation comprises a housing, a reaction chamber, a gas distribution device, nozzles for supplying a gaseous component and outputting the target product, heating means, loading and unloading nozzles for the solid component, and a device for tilting the reaction chamber. The method includes heating the reaction chamber to operating temperature, supplying a solid component of lithium hydride, supplying a gaseous component of silicon tetrachloride, and withdrawing reaction products of monosilane and lithium chloride from the reactor. The known technical solution is based on the use of harmful chloride compounds, which makes the process environmentally unsafe, there is no stability in the yield of the obtained target product. In addition, it is impossible to obtain silicon compounds other than monosilane in a known installation.

Согласно традиционной технологии высокочистый кремний получают путем сложных химических преобразований исходного, так называемого металлургического кремния, который получают путем высокотемпературного восстановления кварцита - SiO2 углеродом. Чистота полученного кремния составляет порядка 95%. Для повышения степени чистоты кремния образуют газовые соединения кремния, которые подвергают глубокой очистке и восстанавливают в специальном реакторе водородом при температуре 1100°С. Процесс энергозатратен и сложен, что значительно повышает стоимость конечного продукта.According to traditional technology, high-purity silicon is obtained by complex chemical transformations of the original, the so-called metallurgical silicon, which is obtained by high-temperature reduction of quartzite - SiO 2 carbon. The purity of the obtained silicon is about 95%. To increase the purity of silicon, silicon gas compounds are formed, which are subjected to deep purification and reduced in a special reactor with hydrogen at a temperature of 1100 ° C. The process is energy-consuming and complex, which significantly increases the cost of the final product.

Известен способ получения кристаллического порошкообразного кремния из кремнийсодержащего соединения, предпочтительно силана, синтезом в плазме, образованной при подаче энергии от электромагнитного источника, полученную реакционную смесь охлаждают и продукты реакции отделяют от газообразных веществ в виде порошка (RU 2340551 С2, С01В 33/02, 10.12.2008). Недостатком способа является то, что реакция не может протекать со 100% выходом конечного продукта. Кроме того, для реализации технологии требуется сложное оборудование, что экономически не выгодно.A known method of obtaining crystalline powdered silicon from a silicon-containing compound, preferably silane, by synthesis in a plasma formed by applying energy from an electromagnetic source, the resulting reaction mixture is cooled and the reaction products are separated from gaseous substances in the form of a powder (RU 2340551 C2, C01B 33/02, 10.12 .2008). The disadvantage of this method is that the reaction cannot proceed with 100% yield of the final product. In addition, the implementation of the technology requires sophisticated equipment, which is not economically viable.

Известен способ получения поликристаллического кремния, который включает получение органорастворимой соли взаимодействием кремнефтористоводородной кислоты с органическим основанием, которую сушат инертным газом, полученный в результате разложения этой соли тетрафторид кремния и фтористый водород без разделения пропускают через диоксид кремния в присутствии олеума и восстанавливают парами магния в вихревом реакторе при температуре не выше 1000°С (RU 2358906 С2, С01В 33/033, 27.06.2007).A known method of producing polycrystalline silicon, which involves obtaining an organically soluble salt by reacting hydrofluoric acid with an organic base, which is dried with an inert gas, is obtained by decomposition of this salt, silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride are passed through silicon dioxide without separation and reduced with magnesium vapor in a vortex reactor at a temperature not exceeding 1000 ° C (RU 2358906 C2, C01B 33/033, 06/27/2007).

Пропускание газовой смеси через диоксид кремния приводит к образованию кремния и воды, которую необходимо удалять из зоны реакции, что приводит к усложнению и удорожанию способа.Passing the gas mixture through silicon dioxide leads to the formation of silicon and water, which must be removed from the reaction zone, which leads to the complexity and cost of the method.

Известно устройство для получения кремния, содержащее соединенные системой трубопроводов экстракционный блок, блок для сушки полученного экстракта, блок разложения экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния и фтористого водорода, конденсатор, блок нейтрализации фтористого водорода для образования тетрафторида кремния, испаритель магния, реактор для синтеза кремния, блок разделения полученной смеси кремния и фторида магния (WO 2009/005412 А2, С01В 33/033, 08.01.2009). Там же раскрыт способ получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористоводородной кислоты, включающий взаимодействие кремнефтористоводородной кислоты с органическим основанием с получением органорастворимой соли кремнефтористоводородной кислоты, которую сушат воздухом или инертным газом при температуре 55-60°С, разложение соли с получением смеси газообразного тетрафторида кремния и фтористого водорода, которую пропускают через диоксид кремния в присутствии олеума, восстановление полученного газообразного тетрафторида кремния парами магния и отделение полученного кремния от фтористого магния. Указанный источник был принят в качестве наиболее близкого аналога. Получаемый кремний имеет не достаточно высокую степень чистоты и стабильность выхода годного готового продукта. Кроме того, процесс проходит без разделения смеси газов, получаемой в результате разложения кремнефтористоводородной кислоты, что не позволяет получать на известной установке другие соединения кремния.A device for producing silicon is known, comprising an extraction unit connected by a piping system, a unit for drying the obtained extract, an extract decomposing unit to form gaseous silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride, a condenser, a hydrogen fluoride neutralization unit to form silicon tetrafluoride, a magnesium evaporator, a silicon synthesis reactor, a separation unit for the resulting mixture of silicon and magnesium fluoride (WO 2009/005412 A2, C01B 33/033, 01/08/2009). A method for producing polycrystalline silicon from a solution of hydrofluoric acid is disclosed therein, including the interaction of hydrofluoric acid with an organic base to produce an organosoluble salt of hydrofluoric acid, which is dried with air or an inert gas at a temperature of 55-60 ° C, decomposition of the salt to produce a mixture of gaseous silicon tetrafluoride and fluoride hydrogen, which is passed through silicon dioxide in the presence of oleum, the recovery of the obtained gaseous tetraph Oridi silicon magnesium vapor and separating the silicon from magnesium fluoride. The specified source was adopted as the closest analogue. The resulting silicon does not have a sufficiently high degree of purity and stability of yield of the finished product. In addition, the process takes place without separation of the gas mixture resulting from the decomposition of hydrofluoric acid, which does not allow to obtain other silicon compounds in a known installation.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании линии и способа, позволяющих получать без каких-либо дополнительных средств в едином цикле высокочистый кремний и его соединения.The problem to which the present invention is directed, is to create a line and method that allows to obtain high-purity silicon and its compounds without any additional means in a single cycle.

Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей за счет возможности получения на одной линии как кремния, так и его соединений с углеродом, азотом, кислородом или с водородом, повышение стабильности выхода годного готового продукта высокой чистоты, повышение экологичности процесса, снижение энергозатрат за счет использования низкотемпературных реакций.The technical result of the invention is the expansion of technological capabilities due to the possibility of obtaining in one line both silicon and its compounds with carbon, nitrogen, oxygen or hydrogen, increasing the yield stability of the finished product of high purity, increasing the environmental friendliness of the process, reducing energy costs through the use of low-temperature reactions.

Технический результат достигается за счет создания линии для получения соединений кремния, которая содержит узел получения кремнефтористоводородной кислоты, экстракционный блок с абсорбционной колонной для улавливания тетрафторида кремния и фтористого водорода и конденсатором для разделения тетрафторида кремния и фтористого водорода, газобаллонную станцию для хранения и транспортировки газов и блок синтеза соединений кремния, включающий систему подачи газов в реактор, и реактор, верхняя часть которого установлена в печи сопротивления для образования зоны нагрева, а нижняя - соединена с приемным бункером для сбора синтезированных частиц в съемный контейнер, фильтр, установленный в верхней части бункера, для вывода из него газа и направления в поглотительную колонну, причем нижняя часть реактора и внешняя верхняя часть бункера снабжены системой водяного и воздушного охлаждения.The technical result is achieved by creating a line for producing silicon compounds, which contains a unit for the production of hydrofluoric acid, an extraction unit with an absorption column for trapping silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride and a condenser for separating silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride, a gas and gas station for gas storage and transportation, and a unit synthesis of silicon compounds, including a system for supplying gases to the reactor, and a reactor, the upper part of which is installed in a resistance furnace It is necessary to form a heating zone, and the lower one is connected to a receiving hopper for collecting synthesized particles in a removable container, a filter installed in the upper part of the hopper for gas outlet from it and directing it to the absorption column, the lower part of the reactor and the outer upper part of the hopper water and air cooling system.

Для получения гидридных соединений кремния устройство может дополнительно содержать испаритель магния, соединенный каналом с зоной нагрева реактораTo obtain silicon hydride compounds, the device may further comprise a magnesium evaporator connected by a channel to the reactor heating zone

Для получения порошка поликристаллического кремния вышеуказанная линия содержит газобаллонную станцию для хранения и транспортировки моносилана и реакционного газа и блок разложения моносилана, включающий реактор, верхняя часть которого установлена в печи сопротивления для образования зоны нагрева, а нижняя - соединена с приемным бункером для сбора синтезированных частиц в съемный контейнер, соединенный с ним через шаровой вентиль, фильтр, установленный в верхней части бункера, для вывода через него газа и направления его в поглотительную колонну, причем нижняя часть реактора и внешняя верхняя часть бункера снабжены системами водяного и воздушного охлаждения.To obtain polycrystalline silicon powder, the above line contains a gas-balloon station for storing and transporting monosilane and reaction gas and a monosilane decomposition unit, including a reactor, the upper part of which is installed in a resistance furnace to form a heating zone, and the lower one is connected to a receiving hopper for collecting synthesized particles in a removable container connected to it through a ball valve, a filter installed in the upper part of the hopper to absorb gas through it and direct it in a single column, the lower part of the reactor and the upper upper part of the hopper equipped with water and air cooling systems.

Технический результат достигается также способом получения соединений кремния, который осуществляется на предложенной линии и включает экстракцию кремнефтористоводородной кислоты растворами амина в инертном разбавителе, разложение экстракта кремнефтористоводородной кислоты с образованием смеси газов тетрафторида кремния и фтористого водорода, разделение тетрафторида кремния и фтористого водорода охлаждением потока газовой смеси с образованием конденсата безводного фтористого водорода и газообразного тетрафторида кремния и синтез соединений кремния путем подачи в реактор газообразного тетрафторида кремния и реакционного газа. Причем для синтеза моносилана в качестве реакционного газа в реактор подают водород или безводный фтористый водород и парообразный магний, при этом парообразный магний подают из вакуумного испарителя; для синтеза карбида кремния в качестве реакционного газа в реактор подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природный газ; для синтеза нитрида кремния в качестве реакционного газа в реактор подают химическое соединение азота с водородом, в частности газообразный аммиак; для синтеза карбонитрида кремния в качестве реакционного газа в реактор подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности смесь природного газа, и газообразного аммиака или газообразного амина; для синтеза двуокиси кремния в качестве реакционного газа в реактор подают водяной пар, причем для изменения показателя преломления двуокиси кремния в реактор при получении двуокиси кремния вводят легирующий элемент.The technical result is also achieved by the method of producing silicon compounds, which is carried out on the proposed line and includes extraction of hydrofluoric acid with amine solutions in an inert diluent, decomposition of hydrofluoric acid extract with the formation of a mixture of silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride gases, separation of silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride by cooling the gas mixture flow with the formation of condensate of anhydrous hydrogen fluoride and gaseous silicon tetrafluoride and si synthesis of silicon compounds by feeding gaseous silicon tetrafluoride and reaction gas to the reactor. Moreover, for the synthesis of monosilane, hydrogen or anhydrous hydrogen fluoride and magnesium vapor are fed into the reactor as reaction gas, while magnesium vapor is supplied from a vacuum evaporator; for the synthesis of silicon carbide, a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas, is fed into the reactor as a reaction gas; for the synthesis of silicon nitride, a chemical compound of nitrogen with hydrogen, in particular gaseous ammonia, is fed into the reactor as a reaction gas; for the synthesis of silicon carbonitride, a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular a mixture of natural gas, and gaseous ammonia or gaseous amine is fed into the reactor as a reaction gas; for the synthesis of silicon dioxide, water vapor is supplied to the reactor as a reaction gas, and an alloying element is introduced into the reactor to produce silicon dioxide to change the refractive index of silicon dioxide.

В качестве кремнефтористоводородной кислоты возможно использовать кремнефтористоводородную кислоту, предварительно полученную путем растворения кварцита в плавиковой кислоте, или полученную при переработке апатита, или полученную при переработке полевого шпата, или полученную при травлении стекла.As hydrofluoric acid, it is possible to use hydrofluoric acid, previously obtained by dissolving quartzite in hydrofluoric acid, or obtained by processing apatite, or obtained by processing feldspar, or obtained by etching glass.

Экстракт кремнефтористоводородной кислоты возможно получить путем очистки кремнефтористоводородной кислоты растворами алифатического амина в разбавителе и сушки воздухом при температуре 55-60°С. Разложение экстракта кремнефтористоводородной кислоты можно осуществить путем обработки слабым раствором олеума, причем образующаяся в процессе обработки органическая фаза отмывается и возвращается на последующую экстракцию кремнефтористоводородной кислоты.An extract of hydrofluoric acid can be obtained by purification of hydrofluoric acid with solutions of an aliphatic amine in a diluent and drying with air at a temperature of 55-60 ° C. The decomposition of hydrofluoric acid extract can be carried out by treatment with a weak solution of oleum, and the organic phase formed during processing is washed and returned to the subsequent extraction of hydrofluoric acid.

Частицы поликристаллического кремния получают путем подачи полученного моносилана в реактор разложения моносилана и разложения его при температуре 600-700°С. Причем при разложении моносилана в реактор можно дополнительно ввести химическое соединение, содержащее легирующий элемент, изменяющий тип проводимости кремния.Particles of polycrystalline silicon are obtained by feeding the obtained monosilane to the decomposition reactor of monosilane and its decomposition at a temperature of 600-700 ° C. Moreover, during the decomposition of monosilane into the reactor, it is possible to additionally introduce a chemical compound containing an alloying element that changes the type of silicon conductivity.

Полученный после синтеза моносилан можно также подавать во второй реактор совместно с реакционным газом для получения соединений кремния, выбранных из группы: карбид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния, двуокись кремния. При этом для получения карбида кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природный газ; для получения нитрида кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают химическое соединение азота с водородом, в частности газообразный аммиак; для получения карбонитрида кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природный газ, и газообразный аммиак или газообразный амин; для получения двуокиси кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают водяной пар; возможно введение в реактор совместно с водяным паром химического соединения, содержащего легирующий элемент, изменяющий показатель преломления двуокиси кремния.The monosilane obtained after synthesis can also be fed into the second reactor together with the reaction gas to obtain silicon compounds selected from the group: silicon carbide, silicon nitride, silicon carbonitride, silicon dioxide. In order to obtain silicon carbide, a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas, is supplied as a reaction gas together with monosilane; to obtain silicon nitride, a chemical compound of nitrogen with hydrogen, in particular gaseous ammonia, is supplied as a reaction gas together with monosilane; to obtain silicon carbonitride as a reaction gas, a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas, and ammonia gas or amine gas are fed together with monosilane; to obtain silicon dioxide, water vapor is supplied as a reaction gas together with monosilane; it is possible to introduce into the reactor together with water vapor a chemical compound containing an alloying element that changes the refractive index of silicon dioxide.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

На фиг.1 представлена принципиальная схема линии получения металлического кремния и его соединений.Figure 1 presents a schematic diagram of a line for producing metallic silicon and its compounds.

На фиг.2 представлена принципиальная схема блока синтеза соединений кремния.Figure 2 presents a schematic diagram of a unit for the synthesis of silicon compounds.

Линия получения металлического кремния и его соединений (фиг.1) содержит расположенные последовательно и объединенные в единую технологическую цепочку, связанные между собой транспортными трубопроводами и системой управления узел для получения кремнефтористоводородной кислоты (6), экстракционный блок (5), содержащий абсорбционную колонну (1) для улавливания тетрафторида кремния, конденсатор (2) для разделения тетрафторида кремния и фтористого водорода, газобаллонную станцию (3) для закачки тетрафторида кремния в транспортный баллон, систему подачи газов (4), представляющую собой шкаф, в котором установлены баллоны с тетрафторидом кремния и реакционным газом, снабженные системой регулировки расхода газов, блок синтеза соединений кремния (10), представленный на фиг.2 и содержащий реактор (7), верхняя часть которого установлена в печи сопротивления (12) для образования зоны нагрева (13), а нижняя часть соединена с бункером (18) для сбора частиц в съемный контейнер (17) через шаровые вентили (16), и систему подачи газа (4) в реактор. Для получения моносилана реактор содержит испаритель магния (11), соединенный каналом с зоной нагрева (13) реактора (7). Нижняя часть реактора и верхняя часть бункера имеют систему охлаждения (14). Отработанный газ из приемного бункера (18) через фильтр (15) поступает в ловушку-теплообменник (19), а затем - в скруббер (20), откуда очищенный газ подается либо на газобаллонную станцию (8), либо в конденсатор (2) экстракционного блока (5). Для получения металлического кремния линия содержит вторую газобаллонную станцию (8) для закачки моносилана или водорода в транспортный баллон, отличающийся от первой наличием вместо агрегата сжижения газа, агрегата сжатия газа, систему подачи газов (4'), устроенную аналогично системе подачи газов (4), и блок разложения моносилана (9), включающий второй реактор 7', верхняя часть которого установлена в печи сопротивления для образования зоны нагрева, а нижняя соединена с бункером для сбора синтезированных частиц в съемный контейнер, который соединен с бункером через фильтр для вывода через него газа и направления его в поглотительную колонну. Внешняя верхняя часть бункера и нижняя часть реактора имеют систему водяного и воздушного охлаждения для формирования твердых частиц кремния.The line for producing metallic silicon and its compounds (Fig. 1) contains an assembly for producing hydrofluoric acid (6) arranged in series and combined into a single technological chain, connected by transport pipelines and a control system, and an extraction unit (5) containing an absorption column (1 ) for trapping silicon tetrafluoride, a condenser (2) for separating silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride, a gas station (3) for pumping silicon tetrafluoride into a transport cylinder, system gas supply (4), which is a cabinet in which cylinders with silicon tetrafluoride and reaction gas are installed, equipped with a gas flow control system, a silicon compound synthesis unit (10), shown in FIG. 2 and containing a reactor (7), the upper part which is installed in a resistance furnace (12) to form a heating zone (13), and the lower part is connected to a hopper (18) for collecting particles in a removable container (17) through ball valves (16), and a gas supply system (4) to the reactor . To obtain monosilane, the reactor contains a magnesium evaporator (11) connected by a channel to the heating zone (13) of the reactor (7). The lower part of the reactor and the upper part of the hopper have a cooling system (14). The exhaust gas from the receiving hopper (18) through the filter (15) enters the heat exchanger trap (19), and then into the scrubber (20), from where the purified gas is supplied either to the gas station (8) or to the extraction condenser (2) block (5). To obtain metallic silicon, the line contains a second gas station (8) for injecting monosilane or hydrogen into a transport cylinder, which differs from the first by the presence of a gas supply system (4 ') instead of a gas liquefaction unit, a gas compression unit (4'), arranged similarly to a gas supply system (4) and a monosilane decomposition unit (9), including a second reactor 7 ', the upper part of which is installed in a resistance furnace to form a heating zone, and the lower one is connected to a hopper for collecting synthesized particles in a removable container, which It is one with the hopper through a filter to remove gas through it and direct it into the absorption column. The outer upper part of the hopper and the lower part of the reactor have a water and air cooling system for the formation of solid silicon particles.

Устройство работает, а способ осуществляется следующим образом.The device works, and the method is as follows.

В узле (6) кремнефтористоводородную кислоту (КФК) получают путем растворения кварцита в плавиковой кислоте по реакции:In node (6), hydrofluoric acid (CPA) is obtained by dissolving quartzite in hydrofluoric acid by the reaction:

SiO2+4HF=2Н2О+SiF4.SiO 2 + 4HF = 2H 2 O + SiF 4 .

Образующийся при реакции газообразный тетрафторид кремнмия поглощается плавиковой кислотой с образованием КФК по реакции:The gaseous silicon tetrafluoride formed during the reaction is absorbed by hydrofluoric acid to form CPA by the reaction:

SiF4+2HF=H2SiF6.SiF 4 + 2HF = H 2 SiF 6 .

Растворение осуществляется в режиме циркуляции водного раствора.Dissolution is carried out in the mode of circulation of an aqueous solution.

Можно использовать кремнефтористоводородную кислоту, полученную как побочный продукт при переработке апатита:You can use hydrofluoric acid obtained as a by-product in the processing of apatite:

Са5Р(РO4)3+5H2SO4+10Н2О=3Н3РO4+5CaSO4·2H2O+HF, где в присутствии кварцитов получается КФК:Ca 5 P (PO 4 ) 3 + 5H 2 SO 4 + 10H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5CaSO 4 · 2H 2 O + HF, where CPK is obtained in the presence of quartzites:

6HF+SiO2=H2SiF6+2Н2О.6HF + SiO 2 = H 2 SiF 6 + 2H 2 O.

Можно использовать КФК, образующуюся при получении плавиковой кислоты из полевого шпата:You can use CPK, formed when hydrofluoric acid is obtained from feldspar:

CaF2+5H2SO4+2Н2O=CaSO4·2H2O+2HF, а также при травлении стекла.CaF 2 + 5H 2 SO 4 + 2H 2 O = CaSO 4 · 2H 2 O + 2HF, as well as glass etching.

Независимо от способа получения КФК поступает в экстракционный блок (5) на операцию экстракционной очистки.Regardless of the method for producing CPK, it enters the extraction unit (5) for the extraction cleaning operation.

Экстракционный блок предназначен для извлечения кремнефтористоводородной кислоты (КФК) растворами алифатического амина в разбавителе. Извлечение КФК из водного раствора происходит по реакции:The extraction unit is designed to extract hydrofluoric acid (CPA) with solutions of an aliphatic amine in a diluent. The extraction of CPK from an aqueous solution occurs by the reaction:

Н2SiF6(вод)+Amin(орг)=H2SiF6·Аmin(орг).H 2 SiF 6 (water) + Amin (org) = H 2 SiF 6 · Amin (org) .

При этом в органический раствор (экстракт) переходит преимущественно только КФК, а примеси остаются в водном растворе. Экстракт сушат воздухом, подогретым до 50÷55°С, для удаления влаги. Сухой экстракт обрабатывают слабым раствором олеума. При этом происходит разложение экстракта КФК по реакции:At the same time, only CPK passes into the organic solution (extract), and the impurities remain in the aqueous solution. The extract is dried with air, heated to 50 ÷ 55 ° C, to remove moisture. The dry extract is treated with a weak solution of oleum. When this occurs, the decomposition of the KFK extract by the reaction:

H2SiF6·Amin(орг)+H2SO4(вод)=H2SO4·Amin(орг)+SiF4(газ)+2НF(газ).H 2 SiF 6 · Amin (org) + H 2 SO 4 (water) = H 2 SO 4 · Amin (org) + SiF 4 (gas) + 2HF (gas) .

Образующийся газ (смесь тетрафторида кремния и фтористого водорода) отделяют от водно-органической смеси. Органическая фаза отмывается от серной кислоты водным раствором аммиака и возвращается в экстракционный цикл.The resulting gas (a mixture of silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride) is separated from the aqueous-organic mixture. The organic phase is washed from sulfuric acid with aqueous ammonia and returned to the extraction cycle.

КФК может быть извлечена экстракционным способом из водных растворов кремнефторидов щелочных металлов (фторидных отвалов). В этом случае тетрафторид кремния извлекается в присутствии эквимолярных количеств плавиковой кислоты по реакции:CPK can be extracted by extraction from aqueous solutions of alkali metal silicofluorides (fluoride dumps). In this case, silicon tetrafluoride is extracted in the presence of equimolar amounts of hydrofluoric acid by the reaction:

Н2SiF6(вод)+2HF(вод)+Amin(орг)=2NaF(вод)+H2SiF6·Аmin(орг) H 2 SiF 6 (water) + 2HF (water) + Amin (org) = 2NaF (water) + H 2 SiF 6 · Amin (org)

Раствор фторида натрия утилизируется осаждением искусственного полевого шпата (CaF2), который может быть возвращен в технологический цикл:The sodium fluoride solution is disposed of by precipitation of artificial feldspar (CaF 2 ), which can be returned to the production cycle:

2NaF+Са(ОН)2=CaF2+2NaOH.2NaF + Ca (OH) 2 = CaF 2 + 2NaOH.

Образовавшийся газовый поток смеси тетрафторида кремния и фтористого водорода поступает в конденсатор (2) и дополнительно улавливается в абсорбционной колонне (1), в которой в результате реакции получается водный раствор кремнефтористоводородной кислоты (КФК).The resulting gas stream of a mixture of silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride enters the condenser (2) and is additionally captured in the absorption column (1), in which the reaction gives an aqueous solution of hydrofluoric acid (CPA).

В конденсаторе (2) происходит разделение тетрафторида кремния и фтористого водорода охлаждением газового потока до температуры около +10°С. При этой температуре происходит конденсация безводного фтористого водорода, тогда как тетрафторид кремния остается в газовом потоке и направляется на газобаллонную станцию (3). Станция предназначена для снаряжения баллонов емкостью от 5 до 40 литров с целью хранения и транспортировки технологических газов между отдельными операциями. Из системы предварительно откачивают воздух, проводят конденсацию газа за счет его охлаждения до температуры жидкого азота. Полученный конденсат нагревают, в результате чего происходит его испарение, и образующийся технологический газ перекачивается в транспортный баллон до необходимого давления.In the condenser (2), silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride are separated by cooling the gas stream to a temperature of about + 10 ° C. At this temperature, anhydrous hydrogen fluoride condenses, while silicon tetrafluoride remains in the gas stream and is sent to the gas station (3). The station is designed to equip cylinders with a capacity of 5 to 40 liters for the purpose of storage and transportation of process gases between separate operations. Air is pre-pumped from the system, gas is condensed by cooling it to the temperature of liquid nitrogen. The resulting condensate is heated, resulting in its evaporation, and the resulting process gas is pumped into the transport tank to the required pressure.

Для синтеза соединений кремния газообразный тетрафторид кремния с газобаллонной станции подают в реактор (7). Для получения разнообразных соединений кремния с углеродом, азотом, кислородом, водородом блок синтеза соединений кремния содержит систему подачи газов (4), из которой совместно с тетрафторидом кремния подают требуемый технологический газ.For the synthesis of silicon compounds, gaseous silicon tetrafluoride from a gas station is fed into a reactor (7). To obtain a variety of silicon compounds with carbon, nitrogen, oxygen, and hydrogen, the silicon compound synthesis unit contains a gas supply system (4), from which the required process gas is supplied together with silicon tetrafluoride.

Для синтеза карбида кремния, осуществляемого по реакциям:For the synthesis of silicon carbide carried out by the reactions:

SiF4+СH4=SiC+4HFSiF 4 + CH 4 = SiC + 4HF

SiF4+2СН4=SiC2+4HF+2Н2. SiF 4 + 2CH 4 = SiC 2 + 4HF + 2H 2.

в реактор (7) подается природный газ. Отходящий газ направляется в конденсатор (2), где охлаждается до температуры +10°С для отделения фтористого водорода. Синтезированный карбид кремния собирается в контейнере-приемнике. Регулированием содержания природного газа метана и тетрафторида кремния в реакционной смеси можно получать карбиды кремния нестехиометрического состава.natural gas is supplied to the reactor (7). The exhaust gas is sent to a condenser (2), where it is cooled to a temperature of + 10 ° C to separate hydrogen fluoride. Synthesized silicon carbide is collected in a receiving container. By controlling the natural gas content of methane and silicon tetrafluoride in the reaction mixture, silicon carbides of non-stoichiometric composition can be obtained.

Для синтеза нитрида кремния из системы для подачи газа (4) в реактор (7) подают газообразный аммиак и тетрафторид кремния, технологические операции аналогичны процессу синтеза карбида кремния, синтез осуществляется по реакции:For the synthesis of silicon nitride from the gas supply system (4), gaseous ammonia and silicon tetrafluoride are fed into the reactor (7), the technological operations are similar to the synthesis of silicon carbide, the synthesis is carried out by the reaction:

3SiF4+4NH3=Si3N4+12HF.3SiF 4 + 4NH 3 = Si 3 N 4 + 12HF.

Для получения частиц карбонитрида кремния используется смесь природного газа и газообразного аммиака. Синтез карбонитрида кремния осуществляется по реакции:A mixture of natural gas and ammonia gas is used to produce silicon carbonitride particles. The synthesis of silicon carbonitride is carried out by the reaction:

4SiF4+СН4+4NH3=Si4CN4+16HF.4S i F 4 + CH 4 + 4NH 3 = Si 4 CN 4 + 16HF.

Технологические операции аналогичны процессу синтеза карбида кремния.Technological operations are similar to the synthesis of silicon carbide.

При подаче в реактор (7) водяного пара синтезируют частицы двуокиси кремния по реакции:When water vapor is supplied to the reactor (7), silicon dioxide particles are synthesized by the reaction:

SiF4+2Н2O=SiO2+4HF.S i F 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4HF.

Технологические операции аналогичны процессу синтеза карбида кремния.Technological operations are similar to the synthesis of silicon carbide.

Для получения соединений кремния с водородом, в частности моносилана (SiH4), реактор (7) дополнительно содержит испаритель магния. Магний в виде кускового материала загружают в тигель, расплавляют и охлаждают до затвердевания с образованием монолитной массы. В реакционную зону подают водород или безводный фтористый водород, синтез моносилана осуществляется по реакциям:To obtain silicon compounds with hydrogen, in particular monosilane (SiH 4 ), the reactor (7) further comprises a magnesium evaporator. Magnesium in the form of lumpy material is loaded into a crucible, melted and cooled to solidify with the formation of a monolithic mass. Hydrogen or anhydrous hydrogen fluoride is fed into the reaction zone; monosilane synthesis is carried out by the reactions:

SiF4+2Mg+2Н2=SiH4+2MgF2 SiF 4 + 2Mg + 2H 2 = SiH 4 + 2MgF 2

SiF4+4Mg+4HF=SiH4+4MgF2.SiF 4 + 4Mg + 4HF = SiH 4 + 4MgF 2 .

Образующийся твердый фторид магния собирается в контейнере-приемнике, а моносилан выводится из зоны реакции через фильтр, расположенный в крышке приемного бункера, в газобаллонную станцию (8). Заполнение происходит следующим образом. Из системы предварительно откачивают воздух и осуществляют сжатие безмасляным компрессором. Сжатие газа может производиться ступенчато. Первая ступень - сжатие до 0,25 МПа химически стойким мембранным насосом, которым заполняется ресивер. Вторая ступень - сжатие до 4-15 МПа мембранным компрессором с одновременным заполнением транспортного баллона до требуемого давления.The resulting solid magnesium fluoride is collected in a receiver container, and monosilane is removed from the reaction zone through a filter located in the lid of the receiving hopper to a gas station (8). Filling is as follows. Air is pre-pumped out of the system and compressed by an oil-free compressor. The gas can be compressed in stages. The first stage is compression to 0.25 MPa with a chemically resistant diaphragm pump, which fills the receiver. The second stage is compression to 4-15 MPa with a membrane compressor while filling the transport cylinder to the required pressure.

Для получения порошка поликристаллического кремния моносилан из узла подачи газов (4') направляют в реактор (7'), где осуществляется его разложение при температуре 600-700°С по реакции:To obtain polycrystalline silicon powder, monosilane from the gas supply unit (4 ') is sent to the reactor (7'), where it is decomposed at a temperature of 600-700 ° C by the reaction:

SiH4=Si+2H2. (1)SiH 4 = Si + 2H 2 . (one)

Процесс проводится в аппарате, аналогичном по конструкции реактору (7) для синтеза соединений кремния. Отличие заключается в отсутствии испарителя магния.The process is carried out in an apparatus similar in design to the reactor (7) for the synthesis of silicon compounds. The difference is the absence of a magnesium vaporizer.

При получении металлического кремния возможно его легирование различными элементами с целью создания донорной проводимости (летучими соединениями элементов 5-ой группы, фосфором, мышьяком, сурьмой, висмутом) или акцепторной проводимости (летучими соединениями элементов 3-ей группы, бором, алюминием, галлием, индием). Например, в случае легирования бором в реактор одновременно с моносиланом подается боран в количестве, обеспечивающем требуемое содержание бора в металлическом кремнии. В этом случае одновременно с реакцией (1) протекает реакция:Upon receipt of metallic silicon, it is possible to dope it with various elements in order to create donor conductivity (volatile compounds of elements of the 5th group, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth) or acceptor conductivity (volatile compounds of elements of the 3rd group, boron, aluminum, gallium, indium ) For example, in the case of doping with boron, borane is fed into the reactor simultaneously with monosilane in an amount that provides the required boron content in the silicon metal. In this case, the reaction proceeds simultaneously with reaction (1):

2ВН3=2В+3Н2, (2)2ВН 3 = 2В + 3Н 2 , (2)

обеспечивающая получение соединения Si-B с требуемым содержанием бора.providing obtaining compounds Si-B with the desired content of boron.

Использование реактора (9) не ограничивается получением металлического кремния. Используя систему подачи газов в нем также, как и в реакторе (7), возможно получение частиц соединений кремния. В этом случае в реактор (7') из системы подачи газа (4') подается природный газ, а синтез карбида кремния осуществляется по реакциям:The use of the reactor (9) is not limited to the production of silicon metal. Using the gas supply system in it as well as in the reactor (7), it is possible to obtain particles of silicon compounds. In this case, natural gas is supplied to the reactor (7 ') from the gas supply system (4'), and the synthesis of silicon carbide is carried out by the reactions:

SiH4+СН4=SiC+4Н2 SiH 4 + CH 4 = SiC + 4H 2

SiF4+2СН4=SiC2+6Н2.SiF 4 + 2CH 4 = SiC 2 + 6H 2 .

Отходящий газ компремируется и направляется на операцию синтеза моносилана. Синтезированные частицы карбида кремния собираются в контейнере-приемнике.The off-gas is compressed and sent to the monosilane synthesis operation. Synthesized silicon carbide particles are collected in a receiver container.

Синтез нитрида кремния осуществляется по реакции:The synthesis of silicon nitride is carried out by the reaction:

3SiH4+4NH3=Si3N4+12Н2.3SiH 4 + 4NH 3 = Si 3 N 4 + 12H 2 .

Технологические операции аналогичны процессу синтеза карбида кремния, только в данном случае вместо природного газа используется газообразный аммиак.Technological operations are similar to the synthesis of silicon carbide, only in this case, instead of natural gas, gaseous ammonia is used.

Синтез карбонитрида кремния осуществляется по реакции:The synthesis of silicon carbonitride is carried out by the reaction:

4SiH4+СН4+4NH3=Si3CN4+16Н2.4SiH 4 + CH 4 + 4NH 3 = Si 3 CN 4 + 16H 2 .

Технологические операции аналогичны процессу синтеза карбида кремния, только в данном случае используется смесь природного газа и газообразного аммиака.Technological operations are similar to the synthesis of silicon carbide, only in this case a mixture of natural gas and gaseous ammonia is used.

Синтез двуокиси кремния (кварца) осуществляется по реакциям:The synthesis of silicon dioxide (quartz) is carried out by the reactions:

SiH4+2Н2О=SiO2+4Н2 SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2

SiH4+2СО=SiO2+СН42.SiH 4 + 2CO = SiO 2 + CH 4 + H 2 .

Технологические операции аналогичны процессу синтеза карбида кремния, только в данном случае вместо природного газа в реактор подается острый водяной пар.Technological operations are similar to the synthesis of silicon carbide, only in this case, instead of natural gas, sharp water vapor is supplied to the reactor.

Для изменения показателя преломления синтетического кварца в процессе получения он может быть легирован летучими соединениями германия, фосфора, титана, алюминия сурьмы (для увеличения показателя преломления) или бором (для уменьшения показателя преломления) по реакциям, аналогичным реакции (2).To change the refractive index of synthetic quartz during production, it can be doped with volatile compounds of germanium, phosphorus, titanium, antimony aluminum (to increase the refractive index) or boron (to decrease the refractive index) according to reactions similar to reaction (2).

Примеры осуществления изобретения.Examples of carrying out the invention.

Пример 1.Example 1

В аппарат для получения КФК (6) загружали 100 г кварцита и заливали 1 л раствора 10 моль/л плавиковой кислоты. В аппарате включали нагрев. При достижении температуры 60°С включали охлаждение абсорбционной колонки аппарата. При этом происходило интенсивное перемешивание суспензии. Время полного растворения кварцита составило 7-10 мин. Полученный раствор содержал 19-21% вес. КФК.100 g of quartzite were loaded into the apparatus for producing CPK (6) and 1 l of a solution of 10 mol / l of hydrofluoric acid was poured. In the apparatus, heating was turned on. Upon reaching a temperature of 60 ° C, cooling of the absorption column of the apparatus was turned on. In this case, intensive mixing of the suspension took place. The time of complete dissolution of quartzite was 7-10 minutes. The resulting solution contained 19-21% by weight. KFK.

Очистку кремнефтористоводородной кислоты (КФК) проводили в экстракционном блоке (5). Исходный 20% раствор кислоты подавали на 8-ю ступень блока (5) центробежных экстракторов ЭЦ-33. Экстрагент - 30% раствор триалкиламина в триэтилбензоле подавали в 1-ю ступень блока. Соотношение потоков органической и водной фаз (O:В) составляло 6,7:1. В 10-ю ступень экстракционного блока подавали промывной раствор, содержащий 2 моль/л плавиковой кислоты при O:В=10:1. Выходящий из 10-й ступени экстракт сушили очищенным воздухом при температуре 50±5°С. Сухой экстракт обрабатывали в насадочной колонне 5% раствором олеума при O:В=1:0,06. Выделяющийся газ поглощали в абсорбционной колонне дистиллированной водой при соотношении газового и водного потоков 120:1. Экстракт после удаления из него КФК, последовательно обрабатывали дистиллированной водой (O:В=2,25:1, 11-12 ступени) и водным раствором 2 моль/л аммиака (O:В=4:1, 13-15 ступени). Экстрагент насыщался 10 моль/л плавиковой кислоты в колонке (0:В=50:1) и возвращался в экстракционный цикл. Излечение КФК в цикле очистки составило 99,95%.The purification of hydrofluoric acid (CPA) was carried out in the extraction unit (5). The initial 20% acid solution was fed to the 8th stage of the EC-33 centrifugal extractor block (5). The extractant — a 30% solution of trialkylamine in triethylbenzene — was fed into the first stage of the block. The ratio of the flows of the organic and aqueous phases (O: B) was 6.7: 1. A washing solution containing 2 mol / L hydrofluoric acid was supplied to the 10th stage of the extraction block at O: B = 10: 1. The extract emerging from the 10th stage was dried with purified air at a temperature of 50 ± 5 ° C. The dry extract was treated in a packed column with a 5% oleum solution at O: B = 1: 0.06. The evolved gas was absorbed in the absorption column with distilled water at a gas: water ratio of 120: 1. The extract after removal of CPK from it was sequentially treated with distilled water (O: B = 2.25: 1, 11-12 steps) and an aqueous solution of 2 mol / L ammonia (O: B = 4: 1, 13-15 steps). The extractant was saturated with 10 mol / L hydrofluoric acid in a column (0: B = 50: 1) and returned to the extraction cycle. The recovery of CPK in the purification cycle was 99.95%.

Содержание примесей в исходной и очищенной КФК представлено вThe content of impurities in the initial and purified CPK is presented in

таблице 1.table 1.

Таблица 1. Содержание примесей в исходной и очищенной КФК, % вес. (в пересчете на кремний).Table 1. The content of impurities in the original and purified CPK,% weight. (in terms of silicon).

ПримесьImpurity FeFe NaNa MgMg СаSa РR Исходная КФКSource CPK 0,10.1 0,060.06 0,090.09 0,020.02 0,080.08 Очищенная КФКPurified KFK 5·10-6 5 · 10 -6 2·10-5 2 · 10 -5 2·10-5 2 · 10 -5 1·10-5 1 · 10 -5 4·10-6 4 · 10 -6

Газ, выделяющийся при обработке экстракта КФК олеумом в колонне, направляли в конденсатор (2), где его охлаждали до температуры +10°С. Жидкий безводный фтористый водород удаляли из нижней части конденсатора, газовую фракцию направляли в 10-ти литровый баллон газобаллонной станции (3), охлаждаемый жидким азотом. После заполнения баллона на ¼ объема подачу газа прекращали и сливали жидкий азот через криогенный вентиль. Газ, выделяющийся при нагревании баллона до комнатной температуры, перекачивали в транспортный баллон газобаллонной станции (3) емкостью 40 литров. Окончательное давление газа в 40-литровом баллоне составило 18-21 атм.The gas released during the treatment of the CPK extract with oleum in the column was directed to a condenser (2), where it was cooled to a temperature of + 10 ° С. Anhydrous liquid hydrogen fluoride was removed from the lower part of the condenser, the gas fraction was sent to a 10-liter cylinder of a gas-balloon station (3), cooled with liquid nitrogen. After filling the cylinder by ¼ of the volume, the gas supply was stopped and liquid nitrogen was drained through the cryogenic valve. The gas evolved when the cylinder was heated to room temperature was pumped into a transport cylinder of a gas cylinder station (3) with a capacity of 40 liters. The final gas pressure in the 40-liter cylinder was 18-21 atm.

Содержание кремния в безводном фтористом водороде составило 2·10-3 % вес. Содержание фтористого водорода в баллоне с тетрафторидом кремния было менее 0,01% вес.The silicon content of anhydrous hydrogen fluoride was 2 · 10 -3 % by weight. The content of hydrogen fluoride in the cylinder with silicon tetrafluoride was less than 0.01% by weight.

Синтез моносилана проводили в блоке синтеза соединений кремния, содержащем реактор (7). 25 г металлического магния загружали в тигель из стали Ст3. Тигель помещали в испаритель магния, который разогревали до температуры 650°С. В испаритель магния подавали водород с расходом 400 мл/час или газообразный фтористый водород с расходом 800 мл/час, который транспортировал образующиеся пары магния в реактор (7). Одновременно в реактор из системы подачи газов (4) подавали тетрафторид кремния с расходом 200 мл/час. Реакцию проводили в течение 1 часа.Monosilane was synthesized in a silicon compound synthesis unit containing a reactor (7). 25 g of magnesium metal were loaded into a steel crucible St3. The crucible was placed in a magnesium evaporator, which was heated to a temperature of 650 ° C. Hydrogen with a flow rate of 400 ml / h or gaseous hydrogen fluoride with a flow rate of 800 ml / h was supplied to the magnesium evaporator, which transported the formed magnesium vapor into the reactor (7). At the same time, silicon tetrafluoride was supplied to the reactor from the gas supply system (4) at a flow rate of 200 ml / h. The reaction was carried out for 1 hour.

Образующуюся в результате реакции смесь охлаждали в нижней зоне реактора и приемном бункере. Газ выводили из бункера через фильтр и направляли в насадочную поглотительную колонку, заполненную 10% водным раствором гидроксида натрия. Объем поглотительного раствора составлял 0,5 л. Твердый осадок фторида магния после прекращения реакции (отключения подачи газов) выгружали из бункера в съемный контейнер при открытых шаровых вентилях.The resulting mixture was cooled in the lower zone of the reactor and the receiving hopper. Gas was removed from the hopper through a filter and sent to a packed absorption column filled with 10% aqueous sodium hydroxide solution. The volume of the absorption solution was 0.5 L. A solid precipitate of magnesium fluoride after termination of the reaction (gas supply shutdown) was discharged from the hopper into a removable container with open ball valves.

О полноте протекания реакции синтеза судили по концентрациям кремния и фторид-иона в поглотительном растворе.The completeness of the synthesis reaction was judged by the concentrations of silicon and fluoride ion in the absorption solution.

Прямой выход моносилана по реакции синтеза стабильно составлял 99,5 %.The direct yield of monosilane in the synthesis reaction was stably 99.5%.

Пример 2.Example 2

Очистку кремнефторида натрия проводили в экстракционном блоке (5).Sodium silicofluoride was purified in the extraction unit (5).

Исходный раствор, содержащий 6 г/л кремнефторида натрия и 1,3 г/л плавиковой кислоты, подавали на 8-ю ступень блока (5) центробежных экстракторов ЭЦ-33. Экстрагент - 30% раствор триалкиламина в триэтилбензоле подавали в 1-ю ступень блока. Соотношение потоков органической и водной фаз (O:В) составляло 1,5:1. В 10-ю ступень экстракционного блока подавали промывной раствор, содержащий 2 моль/л плавиковой кислоты при O:В=10:1. Выходящий из 10-й ступени экстракт сушили очищенным воздухом при температуре 50±5°С. Сухой экстракт обрабатывали в насадочной колонне 5% раствором олеума при O:В=1:0,06. Выделяющийся газ поглощали в абсорбционной колонне дистиллированной водой при соотношении газового и водного потоков 120:1. Экстракт после удаления из него кремнефтористоводородной кислоты (КФК) последовательно обрабатывали дистиллированной водой (O:В=2,25:1, 11-12 ступени) и водным раствором 2 моль/л аммиака (O:В=4:1, 13-15 ступени). Экстрагент насыщался 10 моль/л плавиковой кислоты в колонке (O:В=50:1) и возвращался в экстракционный цикл. Излечение кремнефторида натрия в цикле очистки составило 99,92%.The initial solution containing 6 g / l sodium cremofluoride and 1.3 g / l hydrofluoric acid was fed to the 8th step of the EC-33 centrifugal extractor block (5). The extractant — a 30% solution of trialkylamine in triethylbenzene — was fed into the first stage of the block. The ratio of the flows of organic and aqueous phases (O: B) was 1.5: 1. A washing solution containing 2 mol / L hydrofluoric acid was supplied to the 10th stage of the extraction block at O: B = 10: 1. The extract emerging from the 10th stage was dried with purified air at a temperature of 50 ± 5 ° C. The dry extract was treated in a packed column with a 5% oleum solution at O: B = 1: 0.06. The evolved gas was absorbed in the absorption column with distilled water at a gas: water ratio of 120: 1. The extract after removal of hydrofluoric acid (CPA) from it was successively treated with distilled water (O: B = 2.25: 1, 11-12 stages) and an aqueous solution of 2 mol / L ammonia (O: B = 4: 1, 13-15 steps). The extractant was saturated with 10 mol / L hydrofluoric acid in a column (O: B = 50: 1) and returned to the extraction cycle. The recovery of sodium silicofluoride in the purification cycle was 99.92%.

Содержание примесей в исходном кремнефториде натрия и очищенной КФК представлено в таблице 2.The content of impurities in the initial sodium silicofluoride and purified CPK are presented in table 2.

Таблица 2. Содержание примесей в исходном кремнефториде натрия и очищенной КФК, % вес. (в пересчете на кремний).Table 2. The content of impurities in the initial sodium silicofluoride and purified CPK,% weight. (in terms of silicon).

ПримесьImpurity FeFe NaNa MgMg CaCa РR Исходный кремнефторид натрияStarting sodium silicofluoride 0,210.21 62,1862.18 0,110.11 0,240.24 0,030,03 Очищенная КФКPurified KFK 7·10-6 7 · 10 -6 5·10-5 5 · 10 -5 3·10-5 3 · 10 -5 2·10-5 2 · 10 -5 2·10-6 2 · 10 -6

Тетрафторид кремния из очищенной КФК получали аналогично примеру 1.Silicon tetrafluoride from purified CPA was obtained analogously to example 1.

Синтез карбида кремния проводили в блоке синтеза соединений кремния, содержащем реактор (7). Реактор предварительно разогревали до температуры 350°С. Из системы подачи газов (4) блока синтеза соединений кремния в реактор (7) подавали метан и тетрафторид кремния с расходами по 400 мл/час каждого в течение 1 часа.The synthesis of silicon carbide was carried out in a block for the synthesis of silicon compounds containing a reactor (7). The reactor was preheated to a temperature of 350 ° C. From the gas supply system (4) of the silicon compound synthesis unit, methane and silicon tetrafluoride were supplied to the reactor (7) at a rate of 400 ml / hour each for 1 hour.

Образующуюся в результате реакции смесь охлаждали в нижней зоне реактора и приемном бункере с помощью системы водяного и воздушного охлаждения. Газ выводили из бункера через фильтр и направляли в конденсатор (2), охлаждаемый криостатом до температуры +5±2°С. Образующийся конденсат безводного фтористого водорода скапливался в нижней части аппарата. Газ, после конденсатора направляли в насадочную поглотительную колонку, заполненную 10% водным раствором гидроксида натрия. Объем поглотительного раствора составлял 0,5 л. Твердый осадок карбида кремния после прекращения реакции (отключения подачи газов) выгружали из бункера в съемный контейнер при открытых шаровых вентилях.The resulting mixture was cooled in the lower zone of the reactor and the receiving hopper using a water and air cooling system. Gas was removed from the hopper through a filter and sent to a condenser (2), cooled by a cryostat to a temperature of + 5 ± 2 ° С. The resulting condensate of anhydrous hydrogen fluoride accumulated in the lower part of the apparatus. The gas, after the condenser, was sent to a packed absorption column filled with a 10% aqueous sodium hydroxide solution. The volume of the absorption solution was 0.5 L. A solid precipitate of silicon carbide after termination of the reaction (gas supply shutdown) was discharged from the hopper into a removable container with open ball valves.

О полноте протекания реакции синтеза судили по концентрациям кремния и фторид-иона в поглотительном растворе.The completeness of the synthesis reaction was judged by the concentrations of silicon and fluoride ion in the absorption solution.

Прямой выход карбида кремния по реакции синтеза стабильно составлял 98,6%±0,015%.The direct yield of silicon carbide by the synthesis reaction was stably 98.6% ± 0.015%.

Содержание кремния в безводном фтористом водороде составило менее 10-3% вес.The silicon content of anhydrous hydrogen fluoride was less than 10 -3 % by weight.

Содержание углерода в выгруженном карбиде кремния составило 30%.The carbon content of the discharged silicon carbide was 30%.

Пример 3.Example 3

Синтез нестехиометрического карбида кремния проводили в условиях примера 2. Расход тетрафторида кремния составил 400 мл/час, расход метана - 600 мл/час. Температура реакции поддерживалась на уровне 750°С.The synthesis of non-stoichiometric silicon carbide was carried out under the conditions of example 2. The consumption of silicon tetrafluoride was 400 ml / h, the methane consumption was 600 ml / h. The reaction temperature was maintained at 750 ° C.

Прямой выход карбида кремния по реакции синтеза стабильно составлял 97,3%±0,01%.The direct yield of silicon carbide by the synthesis reaction was stably 97.3% ± 0.01%.

Содержание кремния в безводном фтористом водороде составило менее 10-3% вес.The silicon content of anhydrous hydrogen fluoride was less than 10 -3 % by weight.

Содержание углерода в выгруженном карбиде кремния составило 39%.The carbon content of the discharged silicon carbide was 39%.

Пример 4.Example 4

Тетрафторид кремния получали аналогично примеру 1.Silicon tetrafluoride was obtained analogously to example 1.

Синтез нитрида кремния проводили в реакторе (7), который предварительно разогревали до температуры 350°С. Тетрафторид кремния с расходом 400 мл/час и аммиак с расходом 300 мл/час подавали в реактор из системы подачи газов (4), реакцию проводили в течение 1 часа. Все остальные операции проводили в условиях примера 2.The synthesis of silicon nitride was carried out in a reactor (7), which was preheated to a temperature of 350 ° C. Silicon tetrafluoride with a flow rate of 400 ml / h and ammonia with a flow rate of 300 ml / h were fed into the reactor from the gas supply system (4), the reaction was carried out for 1 hour. All other operations were carried out under the conditions of example 2.

Прямой выход нитрида кремния по реакции синтеза стабильно составлял 98,9%±0,01%.The direct yield of silicon nitride in the synthesis reaction was stably 98.9% ± 0.01%.

Содержание кремния в безводном фтористом водороде составило менее 10-3% вес.The silicon content of anhydrous hydrogen fluoride was less than 10 -3 % by weight.

Содержание азота в выгруженном нитриде кремния составило 40%.The nitrogen content of the discharged silicon nitride was 40%.

Пример 5.Example 5

Тетрафторид кремния получали аналогично примеру 1. Синтез карбонитрида кремния проводили в реакторе (7), предварительно разогретом до температуры 350°С. Тетрафторид кремния с расходом 400 мл/час, метан с расходом 100 мл/час и аммиак с расходом 400 мл/час подавали в реактор из системы подачи газов (4). Реакцию проводили в течение 1 часа. Все остальные операции проводили в условиях примера 2.Silicon tetrafluoride was obtained analogously to example 1. Synthesis of silicon carbonitride was carried out in the reactor (7), preheated to a temperature of 350 ° C. Silicon tetrafluoride with a flow rate of 400 ml / h, methane with a flow rate of 100 ml / h and ammonia with a flow rate of 400 ml / h were fed into the reactor from a gas supply system (4). The reaction was carried out for 1 hour. All other operations were carried out under the conditions of example 2.

Прямой выход карбонитрида кремния по реакции синтеза стабильно составлял 99,8%±0,03%.The direct yield of silicon carbonitride by the synthesis reaction was stably 99.8% ± 0.03%.

Содержание кремния в безводном фтористом водороде составило менее 10-3% вес.The silicon content of anhydrous hydrogen fluoride was less than 10 -3 % by weight.

Содержание азота в выгруженном карбонитриде кремния составило 31%. Содержание углерода в выгруженном карбонитриде кремния составило 6,7%.The nitrogen content of the discharged silicon carbonitride was 31%. The carbon content of the discharged silicon carbonitride was 6.7%.

Пример 6.Example 6

Тетрафторид кремния получали аналогично примеру 1.Silicon tetrafluoride was obtained analogously to example 1.

Синтез кварцита проводили в реакторе (7). Реактор предварительно нагревали до температуры 650°С. Тетрафторид кремния с расходом 400 мл/час подавали из системы подачи газов (4) в реактор, одновременно в реактор подавали с расходом 800 мл/час водяной пар, получаемый от парогенератора системы подачи газа (4). Реакцию проводили в течение 1 часа. Все остальные операции проводили в условиях примера 2.Quartzite was synthesized in a reactor (7). The reactor was preheated to a temperature of 650 ° C. Silicon tetrafluoride with a flow rate of 400 ml / h was supplied from the gas supply system (4) to the reactor; at the same time, water vapor obtained from the steam generator of the gas supply system (4) was supplied to the reactor with a flow rate of 800 ml / hour. The reaction was carried out for 1 hour. All other operations were carried out under the conditions of example 2.

Прямой выход кварцита по реакции синтеза стабильно составлял 99,4%±0,015%.The direct yield of quartzite by the synthesis reaction was stably 99.4% ± 0.015%.

Содержание кремния в безводном фтористом водороде составило менее 10-3% вес.The silicon content of anhydrous hydrogen fluoride was less than 10 -3 % by weight.

Содержание кислорода в выгруженном кварците составило 53%.The oxygen content in the discharged quartzite was 53%.

Пример 7.Example 7

Моносилан был получен согласно примеру 1.Monosilane was obtained according to example 1.

Разложение моносилана с получением металлического кремния проводили в реакторе (9) блока разложения. Моносилан с расходом 400 мл/час подавали из системы подачи газов (4') в реактор (7'), предварительно разогретый до температуры 750°С. Реакцию проводили в течение 1 часа.The decomposition of monosilane to obtain metallic silicon was carried out in the decomposition unit reactor (9). Monosilane with a flow rate of 400 ml / h was supplied from the gas supply system (4 ') to the reactor (7'), preheated to a temperature of 750 ° C. The reaction was carried out for 1 hour.

Образующуюся в результате реакции смесь охлаждали в нижней зоне реактора и приемном бункере с помощью системы водяного и воздушного охлаждения. Газ выводили из бункера через фильтр и направляли в насадочную поглотительную колонку, заполненную 10% водным раствором гидроксида натрия. Объем поглотительного раствора составлял 0,5 л. Газ после поглотительной колонки направляли в ресивер. По мере накопления газа в ресивере он перекачивался мембранным компрессором в транспортный баллон газобаллонной станции (8).The resulting mixture was cooled in the lower zone of the reactor and the receiving hopper using a water and air cooling system. Gas was removed from the hopper through a filter and sent to a packed absorption column filled with 10% aqueous sodium hydroxide solution. The volume of the absorption solution was 0.5 L. The gas after the absorption column was directed to the receiver. As gas accumulated in the receiver, it was pumped by a membrane compressor into the transport cylinder of the gas station (8).

Твердый осадок металлического кремния после прекращения реакции (отключения подачи газа) выгружали из бункера в съемный контейнер при открытых шаровых вентилях.A solid precipitate of metallic silicon after termination of the reaction (gas supply shutdown) was discharged from the hopper into a removable container with open ball valves.

О полноте протекания реакции синтеза судили по концентрациям кремния в поглотительном растворе.The completeness of the synthesis reaction was judged by the concentration of silicon in the absorption solution.

Прямой выход металлического кремния по реакции разложения стабильно составлял 99,95±0,01%.The direct yield of silicon metal through the decomposition reaction was stably 99.95 ± 0.01%.

Содержание примесей в металлическом кремнии составило менее 10-6% вес.The impurity content in metallic silicon was less than 10 -6 % by weight.

Пример 8.Example 8

Получение металлического кремния, легированного бором проводили в реакторе (7') блока разложения моносилана по технологии и режимам соответствующим примеру 7. Отличие заключается в том, что одновременно с моносиланом в реактор (7') подают боран с расходом 4 мл/час.The production of silicon metal doped with boron was carried out in the reactor (7 ') of the monosilane decomposition unit according to the technology and modes corresponding to Example 7. The difference is that simultaneously with monosilane, borane is fed into the reactor (7') at a flow rate of 4 ml / hour.

Прямой выход легированного металлического кремния по реакции разложения стабильно составлял 99,95±0.01%.The direct yield of doped metallic silicon by the decomposition reaction was stably 99.95 ± 0.01%.

Содержание бора в металлическом кремнии составило 6%.The boron content in metallic silicon was 6%.

Содержание остальных примесей в металлическом кремнии составило менее 10-3% вес.The content of the remaining impurities in metallic silicon was less than 10 -3 % by weight.

Пример 9.Example 9

Синтез дикарбида кремния проводили в условиях примера 7. Расход моносилана составил 400 мл/час, расход метана - 800 мл/час.The synthesis of silicon dicarbide was carried out under the conditions of example 7. The flow rate of monosilane was 400 ml / hour, the flow rate of methane was 800 ml / hour.

Прямой выход дикарбида кремния по реакции синтеза стабильно составлял 99,3±0,02%.The direct yield of silicon dicarbide by the synthesis reaction was stably 99.3 ± 0.02%.

Содержание углерода в выгруженном карбиде кремния составило 46%.The carbon content of the discharged silicon carbide was 46%.

Пример 10.Example 10

Синтез нитрида кремния проводили в реакторе (7'). Моносилан с расходом 400 мл/час и аммиак с расходом 300 мл/час подавали в реактор (7') из системы подачи газа (4'). Реактор предварительно разогревали до температуры 350°С. Реакцию проводили в течение 1 часа. Все остальные операции проводили в условиях примера 7.The synthesis of silicon nitride was carried out in a reactor (7 '). Monosilane with a flow rate of 400 ml / h and ammonia with a flow rate of 300 ml / h were fed into the reactor (7 ') from the gas supply system (4'). The reactor was preheated to a temperature of 350 ° C. The reaction was carried out for 1 hour. All other operations were carried out under the conditions of example 7.

Прямой выход нитрида кремния по реакции синтеза стабильно составлял 99,8±0,015%.The direct yield of silicon nitride by the synthesis reaction was stably 99.8 ± 0.015%.

Содержание азота в выгруженном нитриде кремния составило 40%.The nitrogen content of the discharged silicon nitride was 40%.

Пример 11.Example 11

Синтез карбонитрида кремния проводили аналогично примеру 10 за исключением того, что одновременно с моносиланом в реактор (7') подавали из системы подачи газов метан с расходом 100 мл/час и аммиак с расходом 400 мл/час.The synthesis of silicon carbonitride was carried out analogously to example 10, except that simultaneously with monosilane, methane with a flow rate of 100 ml / h and ammonia with a flow rate of 400 ml / h were fed into the reactor (7 ') from the gas supply system.

Прямой выход карбонитрида кремния по реакции синтеза стабильно составил 99,6±0,01%.The direct yield of silicon carbonitride by the synthesis reaction was stably 99.6 ± 0.01%.

Содержание азота в выгруженном карбонитриде кремния составило 31%.The nitrogen content of the discharged silicon carbonitride was 31%.

Содержание углерода в выгруженном карбонитриде кремния составило 6,7%.The carbon content of the discharged silicon carbonitride was 6.7%.

Пример 12.Example 12

Синтез кварцита проводили в реакторе (7'). Тетрафторид кремния с расходом 400 мл/час подавали в реактор (7'), предварительно разогретый до температуры 650°С. Одновременно в реактор подавали с расходом 800 мл/час водяной пар, получаемый от парогенератора. Реакцию проводили в течение 1 часа. Все остальные операции проводили в условиях примера 7.The synthesis of quartzite was carried out in a reactor (7 '). Silicon tetrafluoride with a flow rate of 400 ml / hour was fed into the reactor (7 '), preheated to a temperature of 650 ° C. At the same time, 800 ml / h of water was received at a flow rate from the steam generator. The reaction was carried out for 1 hour. All other operations were carried out under the conditions of example 7.

Прямой выход кварцита по реакции синтеза стабильно составлял 99,4±0.01%.The direct yield of quartzite by the synthesis reaction was stably 99.4 ± 0.01%.

Содержание кислорода в выгруженном кварците составило 53%.The oxygen content in the discharged quartzite was 53%.

Из приведенных примеров следует, что предложена универсальная установка, на которой, не изменяя ее комплектации, можно получать различные соединения кремния: карбиды, нитриды, карбонитриды, оксиды, гидриды. Кроме того, при использовании дополнительного реактора разложения моносилана на предложенной установке возможно получение чистого металлического кремния, а также его соединений с использованием разложения моносилана. Получаемые целевые продукты имеют высокую степень чистоты и стабильный выход годного продукта. Способ, осуществляемый на предложенной установке, экологически чист, поскольку отсутствует использование вредных хлористых соединений, и процесс получения целевого продукта осуществляется в едином цикле. Реакции, используемые при получении целевого продукта, проходят при низких температурах, что значительно снижает энергозатраты на их проведение.From the above examples it follows that a universal installation is proposed, on which, without changing its configuration, it is possible to obtain various silicon compounds: carbides, nitrides, carbonitrides, oxides, hydrides. In addition, when using an additional monosilane decomposition reactor at the proposed installation, it is possible to obtain pure silicon metal, as well as its compounds using monosilane decomposition. The resulting target products have a high degree of purity and a stable yield. The method carried out on the proposed installation is environmentally friendly, since there is no use of harmful chloride compounds, and the process of obtaining the target product is carried out in a single cycle. The reactions used to obtain the target product take place at low temperatures, which significantly reduces the energy consumption for their implementation.

Claims (30)

1. Линия для получения соединений кремния, содержащая узел получения кремнефтористоводородной кислоты, экстракционный блок с абсорбционной колонной для улавливания тетрафторида кремния и фтористого водорода и конденсатором для разделения тетрафторида кремния и фтористого водорода, газобаллонную станцию для хранения и транспортировки газов и блок синтеза соединений кремния, включающий систему подачи газов в реактор, и реактор, верхняя часть которого установлена в печи сопротивления для образования зоны нагрева, а нижняя - соединена с приемным бункером для сбора синтезированных частиц в съемный контейнер, фильтр, установленный в верхней части бункера, для вывода из него газа и направления его в поглотительную колонну, причем нижняя часть реактора и внешняя верхняя часть бункера снабжены системой водяного и воздушного охлаждения.1. A line for producing silicon compounds, containing a unit for producing hydrofluoric acid, an extraction unit with an absorption column for collecting silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride and a capacitor for separating silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride, a gas and gas storage station for transporting gases, and a silicon compound synthesis unit, including a gas supply system to the reactor, and a reactor, the upper part of which is installed in a resistance furnace to form a heating zone, and the lower is connected to a receiving hopper for collecting the synthesized particles into a removable container, a filter installed in the upper part of the hopper, for discharging gas from it and directing it to the absorption column, the lower part of the reactor and the outer upper part of the hopper equipped with a water and air cooling system. 2. Линия по п.1, отличающаяся тем, что для получения моносилана она дополнительно содержит испаритель магния, соединенный каналом с зоной нагрева реактора.2. The line according to claim 1, characterized in that to obtain monosilane it further comprises a magnesium evaporator connected by a channel to the heating zone of the reactor. 3. Линия для получения порошка поликристаллического кремния, содержащая линию для получения моносилана по п.2, газобаллонную станцию для хранения и транспортировки моносилана и реакционного газа и блок разложения моносилана, включающий реактор, верхняя часть которого установлена в печи сопротивления для образования зоны нагрева, а нижняя - соединена с приемным бункером для сбора синтезированных частиц в съемный контейнер, соединенный с ним через шаровой вентиль, фильтр, установленный в верхней части бункера, для вывода через него газа и направления его в поглотительную колонну, причем нижняя часть реактора и внешняя верхняя часть бункера снабжены системами водяного и воздушного охлаждения.3. A line for producing polycrystalline silicon powder, comprising a line for producing monosilane according to claim 2, a gas station for storing and transporting monosilane and reaction gas, and a monosilane decomposition unit, including a reactor, the upper part of which is installed in a resistance furnace to form a heating zone, and the lower one is connected to a receiving hopper for collecting synthesized particles into a removable container connected to it through a ball valve, a filter installed in the upper part of the hopper to discharge gas through it and The direction in its absorption column, the lower part of the reactor and the outer upper part of the hopper are provided with systems of water and air cooling. 4. Способ получения соединений кремния, включающий экстракцию кремнефтористоводородной кислоты растворами амина в инертном разбавителе, разложение экстракта кремнефтористоводородной кислоты с образованием смеси газов - тетрафторида кремния и фтористого водорода, разделение тетрафторида кремния и фтористого водорода охлаждением потока газовой смеси с образованием конденсата безводного фтористого водорода и газообразного тетрафторида кремния и синтез соединений кремния путем подачи в реактор газообразного тетрафторида кремния и реакционных газов из ряда, включающего водород, безводный фтористый водород и парообразный магний, насыщенный углеводород, смесь насыщенных углеводородов, химическое соединение азота с водородом, газообразный амин, водяной пар.4. A method of producing silicon compounds, including extraction of hydrofluoric acid with amine solutions in an inert diluent, decomposition of an extract of hydrofluoric acid with the formation of a gas mixture of silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride, separation of silicon tetrafluoride and hydrogen fluoride by cooling the gas mixture to form anhydrous hydrogen fluoride and gaseous condensate silicon tetrafluoride and the synthesis of silicon compounds by feeding gaseous silicon tetrafluoride and p reaction gases from the range of hydrogen, anhydrous hydrogen fluoride and magnesium vapor, saturated hydrocarbon, a mixture of saturated hydrocarbons, a chemical compound of nitrogen with hydrogen, gaseous amine, water vapor. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для синтеза моносилана в качестве реакционного газа в реактор подают водород или безводный фтористый водород и парообразный магний.5. The method according to claim 4, characterized in that for the synthesis of monosilane as a reaction gas, hydrogen or anhydrous hydrogen fluoride and magnesium vapor are fed into the reactor. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что парообразный магний подают из вакуумного испарителя.6. The method according to claim 5, characterized in that the vaporous magnesium is fed from a vacuum evaporator. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что для синтеза карбида кремния в качестве реакционного газа в реактор подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природный газ.7. The method according to claim 4, characterized in that for the synthesis of silicon carbide as a reaction gas, a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas, is fed into the reactor. 8. Способ по п.4, отличающийся тем, что для синтеза нитрида кремния в качестве реакционного газа в реактор подают химическое соединение азота с водородом, в частности газообразный аммиак.8. The method according to claim 4, characterized in that for the synthesis of silicon nitride as a reaction gas, a chemical compound of nitrogen with hydrogen, in particular gaseous ammonia, is fed into the reactor. 9. Способ по п.4, отличающийся тем, что для синтеза карбонитрида кремния в качестве реакционного газа в реактор подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природного газа, и газообразного аммиака или газообразного амина.9. The method according to claim 4, characterized in that for the synthesis of silicon carbonitride as a reaction gas, a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas, and gaseous ammonia or gaseous amine is fed into the reactor. 10. Способ по п.4, отличающийся тем, что для синтеза двуокиси кремния в качестве реакционного газа в реактор подают водяной пар.10. The method according to claim 4, characterized in that for the synthesis of silicon dioxide as a reaction gas, water vapor is supplied to the reactor. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в реактор дополнительно вводят химическое соединение, содержащее легирующий элемент, изменяющий показатель преломления двуокиси кремния.11. The method according to claim 10, characterized in that the chemical compound containing an alloying element that changes the refractive index of silicon dioxide is additionally introduced into the reactor. 12. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют кремнефтористоводородную кислоту, предварительно полученную путем растворения кварцита в плавиковой кислоте.12. The method according to claim 4, characterized in that the use of hydrofluoric acid, previously obtained by dissolving quartzite in hydrofluoric acid. 13. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют кремнефтористоводородную кислоту, полученную при переработке апатита.13. The method according to claim 4, characterized in that the use of hydrofluoric acid obtained from the processing of apatite. 14. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют кремнефтористоводородную кислоту, полученную при переработке полевого шпата.14. The method according to claim 4, characterized in that the use of hydrofluoric acid obtained by processing feldspar. 15. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют кремнефтористоводородную кислоту, полученную при травлении стекла.15. The method according to claim 4, characterized in that the use of hydrofluoric acid obtained by etching glass. 16. Способ по любому из пп.4-15, отличающийся тем, что экстракт кремнефтористоводородной кислоты предварительно получают путем очистки кремнефтористоводородной кислоты растворами алифатического амина в разбавителе и сушки воздухом при температуре 55-60°С.16. The method according to any one of claims 4-15, characterized in that the hydrofluoric acid extract is preliminarily obtained by purification of hydrofluoric acid with aliphatic amine solutions in a diluent and air drying at a temperature of 55-60 ° C. 17. Способ по любому из пп.4-15, отличающийся тем, что экстракт кремнефтористоводородной кислоты предварительно получают путем очистки соли кремнефтористоводородной кислоты, например кремнефторида натрия, и плавиковой кислоты растворами алифатического амина в разбавителе и сушки воздухом при температуре 55-60°С.17. The method according to any one of claims 4-15, characterized in that the hydrofluoric acid extract is preliminarily obtained by purification of the hydrofluoric acid salt, for example sodium silicofluoride, and hydrofluoric acid with solutions of an aliphatic amine in a diluent and drying with air at a temperature of 55-60 ° C. 18. Способ по любому из пп.4-15, отличающийся тем, что разложение экстракта кремнефтористоводородной кислоты осуществляют путем обработки слабым раствором олеума, причем образующаяся в процессе обработки органическая фаза отмывается и возвращается на последующую экстракцию кремнефтористоводородной кислоты.18. The method according to any one of claims 4 to 15, characterized in that the decomposition of the hydrofluoric acid extract is carried out by treatment with a weak solution of oleum, the organic phase formed during processing is washed and returned to the subsequent extraction of hydrofluoric acid. 19. Способ по п.16, отличающийся тем, что разложение экстракта кремнефтористоводородной кислоты осуществляют путем обработки слабым раствором олеума, причем образующаяся в процессе обработки органическая фаза отмывается и возвращается на последующую экстракцию кремнефтористоводородной кислоты.19. The method according to clause 16, characterized in that the decomposition of the extract of hydrofluoric acid is carried out by treatment with a weak solution of oleum, and the organic phase formed during processing is washed and returned to the subsequent extraction of hydrofluoric acid. 20. Способ по п.17, отличающийся тем, что разложение экстракта кремнефтористоводородной кислоты осуществляют путем обработки слабым раствором олеума, причем образующаяся в процессе обработки органическая фаза отмывается и возвращается на последующую экстракцию кремнефтористоводородной кислоты.20. The method according to 17, characterized in that the decomposition of the extract of hydrofluoric acid is carried out by treatment with a weak solution of oleum, and the organic phase formed during processing is washed and returned to the subsequent extraction of hydrofluoric acid. 21. Способ по п.5 или 6 отличающийся тем, что полученный после синтеза моносилан подают в реактор для разложения моносилана совместно с реакционным газом для получения соединений кремния, выбранных из группы: карбид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния, двуокись кремния.21. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the monosilane obtained after synthesis is fed into the reactor for the decomposition of monosilane together with the reaction gas to obtain silicon compounds selected from the group: silicon carbide, silicon nitride, silicon carbonitride, silicon dioxide. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что для получения карбида кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природный газ.22. The method according to item 21, characterized in that to obtain silicon carbide as a reaction gas together with monosilane serves a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas. 23. Способ по п.21, отличающийся тем, что для получения нитрида кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают химическое соединение азота с водородом, в частности газообразный аммиак.23. The method according to item 21, characterized in that to obtain silicon nitride as a reaction gas, together with monosilane serves chemical compound of nitrogen with hydrogen, in particular gaseous ammonia. 24. Способ по п.21, отличающийся тем, что для получения карбонитрида кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают насыщенный углеводород или смесь насыщенных углеводородов, в частности природный газ, и газообразный аммиак или газообразный амин.24. The method according to item 21, characterized in that to obtain silicon carbonitride as a reaction gas together with monosilane serves a saturated hydrocarbon or a mixture of saturated hydrocarbons, in particular natural gas, and gaseous ammonia or gaseous amine. 25. Способ по п.21, отличающийся тем, что для получения двуокиси кремния в качестве реакционного газа совместно с моносиланом подают водяной пар.25. The method according to item 21, wherein in order to obtain silicon dioxide as a reaction gas together with monosilane serves water vapor. 26. Способ по п.25, отличающийся тем, что в реактор дополнительно вводят химическое соединение, содержащее легирующий элемент, изменяющий показатель преломления двуокиси кремния.26. The method according A.25, characterized in that the reactor is additionally introduced a chemical compound containing an alloying element that changes the refractive index of silicon dioxide. 27. Способ получения частиц поликристаллического кремния, включающий подачу моносилана в реактор блока разложения моносилана и разложение его при температуре 600-700°С, отличающийся тем, что в реактор подают моносилан, полученный способом по любому из пп.5-6.27. A method for producing polycrystalline silicon particles, comprising supplying monosilane to the reactor of a monosilane decomposition unit and decomposing it at a temperature of 600-700 ° C., characterized in that monosilane obtained by the method according to any one of claims 5-6 is fed into the reactor. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что при разложении моносилана в реактор дополнительно вводят химическое соединение, содержащее легирующий элемент, изменяющий тип проводимости кремния.28. The method according to item 27, wherein the decomposition of monosilane in the reactor additionally enter a chemical compound containing an alloying element that changes the type of conductivity of silicon. 29. Порошок поликристаллического кремния, полученный способом по п.27 или 28.29. Polycrystalline silicon powder obtained by the method according to item 27 or 28. 30. Порошок неорганического соединения, полученный способом по любому из пп.4-26. 30. Inorganic compound powder obtained by the method according to any one of claims 4 to 26.
RU2012157689/05A 2012-12-28 2012-12-28 Production of silicon and its compounds and production line to this end RU2525415C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012157689/05A RU2525415C1 (en) 2012-12-28 2012-12-28 Production of silicon and its compounds and production line to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012157689/05A RU2525415C1 (en) 2012-12-28 2012-12-28 Production of silicon and its compounds and production line to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012157689A RU2012157689A (en) 2014-07-10
RU2525415C1 true RU2525415C1 (en) 2014-08-10

Family

ID=51215568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012157689/05A RU2525415C1 (en) 2012-12-28 2012-12-28 Production of silicon and its compounds and production line to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2525415C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2046095C1 (en) * 1991-06-25 1995-10-20 Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад. А.А.Бочвара Method of silicon trifluoride producing
RU2164218C1 (en) * 1999-12-15 2001-03-20 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Plant for production of monosilane
EP1472184B1 (en) * 2002-01-18 2006-01-11 Wacker-Chemie GmbH Method for producing silicon

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2046095C1 (en) * 1991-06-25 1995-10-20 Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад. А.А.Бочвара Method of silicon trifluoride producing
RU2164218C1 (en) * 1999-12-15 2001-03-20 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Plant for production of monosilane
EP1472184B1 (en) * 2002-01-18 2006-01-11 Wacker-Chemie GmbH Method for producing silicon

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012157689A (en) 2014-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2393113C2 (en) Silicon tetrafluoride synthesis method and device for realising said method
KR20150135304A (en) Method for processing fluorine-containing electrolyte solution
CN105143104B (en) The purification process of silane compound or chlorosilane cpd, the manufacture method of polysilicon and the regeneration treating method of weak-base ion-exchange resin
JP5040717B2 (en) Manufacturing method of high purity silicon
CN101795964B (en) Method for producing polycrystalline silicon
EP3061727A1 (en) Method for manufacturing polycrystalline silicon
US9731968B2 (en) Process for producing fluoride gas
JP2013229326A (en) Method for processing electrolyte containing fluorine
JP2007526203A (en) Method for producing silicon
EA015477B1 (en) Method for producing polycrystalline silicon from a hydrosilicofluoric acid solution and a plant for producing polycrystalline silicon
CN102863023B (en) Synthesis and purification method of electronic grade arsines
RU2525415C1 (en) Production of silicon and its compounds and production line to this end
JP4014451B2 (en) Method for producing silicon tetrafluoride
CN103011172B (en) The purifying method of impurity iodine in silicon tetrafluoride gas
KR102193572B1 (en) Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same
JP5566290B2 (en) Method for producing hydrogen gas from hydrogen halide, mixed gas containing hydrogen and silicon halide, method for producing silicon compound using the hydrogen gas, and plant for the method
RU2356834C2 (en) Method of obtaining polycrystalline silicon in form of spherical granules
RU2454366C2 (en) Method of producing silicon tetrafluoride and apparatus for realising said method
CN103384640B (en) For the preparation of the method and system of silane
RU2358906C2 (en) Method of silicon reduction
US20110305621A1 (en) Method Of Continuously Producing Tetrafluorosilane By Using Various Fluorinated Materials, Amorphous Silica And Sulfuric Acid
CN221191569U (en) Electronic grade nitrogen trifluoride purification system
KR20110020773A (en) Production of silanes by acid hydrolysis of alloys of silicon and of alkaline-earth metals or alkaline-earth metal silicides
JP2005035819A (en) Method of manufacturing silicon using coal ash as raw material
CN104528735A (en) Absorption purifying device for purifying column products

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141229

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170220

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171229