Способ получения кремния Советский патент 1987 года по МПК C01B33/02 

Изобретение относится к способу получения кремния из порошковогр материала, содержащего двуокись кремния,

Цель изобретения - упрощение и удешевление способа и повышения выхода кремния.

Пример 1. Раздробленньй ква ,типа горного хрусталя с содержанием

примесей меньше, чем 100 млн , и . размером частиц 0,1 мм используют в качестве исходного кремниевого продукта. Реакционная камера представляет собой графитовые брикеты. В ка- честв;е восстанавливающего агента используется пропан (сжиженный продукт .переработки нефти) и в качестве не- сущего газа и плазменного газа - очи- щенньй восстанавливающий газ, предг°

ставляющий собой СО и Н

Подаваемая электрическая энергия составляет 1000 кВт.ч. Подача исходного материала составляет 2,5 кг SiO в минуту и восстанавливающего агента 1,5 кг пропана в минуту.

Всего в эксперименте получено примерно 300 кг высокочистого Si, Средний расход электроэнергии составляет примерно 15 кВт.ч/кг Si.

Эксперимент проведен в небольшом масштабе и тепловые потери поэтому значительные. Тепловые потери могут быть уменьшены дополнительно за счет извлечения газа, тепловые потери также значительно уменьшаются на большой установке .

Пример2. В условиях примера 1 получают высокочистый кремний при использовании в качестве восстанавливающего агента порошковой газовой сажи. Подача составляет.1,2 кг газовой сажи в минуту. При этом получают 200 кг высокочистого Si, Средний расход энергии 13,5 кВт.ч/кг полученного45 ваться оптимальные условия для умень- Si.шения потерь SiO.

Выход кремния достигает в приме- Так как реакционная камера полн.о- и 2 80%.

pax 1

Такое ведение процесса дает возможность концентрировать всю последовательность реакции в значителы-ю эг- раниченной реакционной зоне в направлении, связанном с фурменным отверстием, посредством чего высокотемпературный объем в процессе может удер- Ж1 аться очень ограниченным. Это большое преимущество по сравнению с ранее известными процессамИэ в которых восстановительные реакции осуще50

55

стью окружена кусковым восстанавливающим агентом, то эффективно предотвращается повторное окисление SiO. Твердый восстанавливающий агент в кус- кообразном виде непрерывно подается в зону реакции по мере его израсходования.

Кусковой восстанавливающий агент может представлять собой кокс, древесный кокс, нефтяной кокс и/или газовую сажу, а плазменный газ, использующийся в процессе, может состоять из

3229

ствляются последовательно, распространяясь на большой печной объем. При формировании процесса таким

J образом, что все реакции происходят в реакционной зоне в коксовом материале прямо перед плазменным генератором, реакционная зона может поддерживаться при очень йысоком и контро10 лируемом температурном уровне, где преимущественно осуществляется реакция

2

SiOj + 2С Si -f 2СО.

Все реагирующие вещества LSiOj SiO, Sic, Si, С, CO одновременно находятся в зоне реакции, в результате чего вещества SiO и SiC, Получающиеся в небольших количествах, немедленно вступают в реакцию следующим образом:

Таким образом, окончательные продукты, покидающие зону реакции, во всех случаях представляют собой жидкий Si и газообразный СО. Предлагаемый процесс, нечувствителен к электрическим свойствам исходного материала, что облегчает выбор восстанавливаю- щ&го агента.

Вводимый восстанавливающий агент

может представлять собой углеводород, например такой как природный газ, угольная пыль, древесно-угольная пыль, газовая сажа, нефтяной кокс, который может быть очищен, и коксовую мелочь.

Температура, требуемая для процесса, может легко регулироваться с помощью количества, электрической энергии, подаваемой с единицей плазменого газа,- так что могут поддержиТак как реакционная камера полн.о-

0

5

стью окружена кусковым восстанавливающим агентом, то эффективно предотвращается повторное окисление SiO. Твердый восстанавливающий агент в кус- кообразном виде непрерывно подается в зону реакции по мере его израсходования.

Кусковой восстанавливающий агент может представлять собой кокс, древесный кокс, нефтяной кокс и/или газовую сажу, а плазменный газ, использующийся в процессе, может состоять из

3133322

использующегося в процессе газа, циркулирующего из реакционной зоны.

Твердый восстанавливающий агент может представлять собой порошок, превращенный в кусковую форму с помощью связующего, состоящего из С и Н и возможно О, а также сахарозы. На пилотной установке достигается выход не менее 80%, в то время как по известному способу он не превышает 50%.

10

Форм.ула изобретения

ба и повышения выхода продукта, вос становление осуществляют путем вве- денря порошкообразного кварца, восстанавливающего агента и плазменног газа в печь, заполненную кускообраз ными графитовыми брикетами, непреры но подаваемыми в печь по мере их ра ходования, причем в качестве восста навливающего агента используют угле водород или газовую сажу, а в качестве плазменного газа используют пр пущенный через электрическую дугу плазменного генератора гаэ, отходящ

1. Способ получения кремния, вклю- 15 из зоны реакции и содержащий окись

чающий восстановление кремнезема в плазменной зоне газового потока, отличающийся тем, что, с целью упрощения и удешевления спосо

ба и повышения выхода продукта, восстановление осуществляют путем вве- денря порошкообразного кварца, восстанавливающего агента и плазменного газа в печь, заполненную кускообраз- ными графитовыми брикетами, непрерывно подаваемыми в печь по мере их расходования, причем в качестве восстанавливающего агента используют углеводород или газовую сажу, а в качестве плазменного газа используют пропущенный через электрическую дугу плазменного генератора гаэ, отходящий

углерода и водород,

2. Способ-по По1,отличаю- щ и и с я тем, что дугу в плазменном генераторе генерируют индуктивно.

Изобретение относится к способу получения кремния и позволяет упростить процесс и повысить выход. Способ включает восстановление кремнезема в плазменной зоне газового потока. Восстановление осуществляют путем введения порошкообразного кварца, восстанавливающего агента и плазменного газа в печь, заполненную куско- образными графитовыми брикетами, непрерывно подаваемыми в печь по мере их расходования. В качестве восстанавливающего агента используют углеводород или газовую сажу. В качестве плазменного газа используют пропущенный через злектрическую дугу плазменного генератора газ, отходящий из зоны реакции и содержащий окись углерода и водород. 1 з.п.ф-лы. СИ