工业用硅4种冶炼方法

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:476

硅在地壳中约占28%,仅次于氧而大量存在。天然矿物主要以氧化物(硅石石英)或硅酸盐等状态存在。一般工业用硅是用碳还原氧化物而得。进一步精制,熔融即一可得半导休用硅。

1.工业用硅的制法

最普遍的方法是将硅石(SiO2 98%以上)与高纯度焦炭棍合,用三根碳电极在无盖的埃普炉中加热。在1720K以上有如下反应发生: SiO2+2C=Si+2CO (6-28) 硅的纯度为97-99%。主要杂质为、钙、等,几乎均以硅酸盆或硅化物等的形式存在。制取铝、钥、等合时,此纯度的硅可直接利用。

2.硅的精制

(1)酸处理法。这是最简便的方法。经粉碎的工业硅,选用’适最的盆酸、硝酸、硫酸、王水、氢氛酸等依次洗涤.经精制纯度可达99.7-99.9%.

(2) SiCl4的氮还原法。硅在623-773K和氛反应,生成沸点为330K的SiC14,进行冷凝即可。添加钙粉煮沸时可除去等,经精馏、热解精制则得高纯度的SiCl4, SiCl4+2H2=Si+4HCl4 (6-29) 此氢还原反应速度在1270-142OK也依然缓慢。H2和Sicl4 的混合摩尔比如按化学计量,则硅的回收率很低,因此,要加过量的氢,摩尔比应为60-100, 最普通的精制方法是用三氯硅烷(SiHCl3)为初始原料。

(3) SiHCl3的氢还原。硅在570-67OK和干燥的HCI气体反应,则得SIHCI3, SIHCI3的沸点为304.9K,比SiCI4易挥发。反应如下: Si + 3HCL=H2 +SiFICI3 (6-30) 据说在硅中添加含5%左右的合金,在513K以下和IICI气体反应,效果较好。 SiHCI2精馏后在1270-1370K用氢还原,适当H2 /SiHCI3的混合李尔比为60-100,其值愈大,硅的回收率愈高。生成的硅在石英反应器内璧或加热的硅棒上析出。SiH4的热解法LiAIH4和SiCI4。在醚中,于195K以下低温下反应,生成的SiH4(硅烷)通过真空系统排出,经数段捕集器,最后捕集在77K的捕集器中。 LiAIH4 +SiC14=SiH4+AMC13+LiCI (6-31) 此外,也有利用Ca(ALH4)2和SiCI4, SiHCI3和2C2 H5OH ,Ag2Si和HC1之间反应的方法。SiH4沸点为162K,有毒,在空气中极易引火,难于处理。因此,不如SiHCI3采用氢还原法普遍。SiH4在770K以上热解,硅在加热的硅棒上析出时,得到致密的多晶硅。

3.硅石熔融和半导体用硅的制法

精制的粉状硅用透明石英坩埚,在10 -3Pa的典空或在氩、氮中熔融。作半导体用需要纯度更高的单品硅。对棒状的多品硅潇用悬浮区域馆炼洪,熔融的硅附着在硅的种晶上。在旋转的同时拉拔为单晶的旋转拉拔法—乔齐拉尔斯基(Czochralski)法也常用。

4.硅铁

含氧化硅97%以上的硅石,与二次铁鳞和各种碳质还原剂配料混合,在电护中还原熔炼,可制得含硅76%, 50%或45%等各种硅铁。如在镁冶炼一节中所述,作为白云石的还原剂 需要用含硅75%以上的硅铁。此外,硅铁还广为利用在钢的脱权和铸铁的孕育方面。

标签: 冶炼
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