直接电解还原二氧化硅制备高纯硅的研究_英文_

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高二化学实验探究高纯硅的制取实验

高二化学实验探究高纯硅的制取实验

案并用文字表述:
。 (4)SiCl4与H2反应的化学方程式为 。
解析 (1)g管使分液漏斗与烧瓶连通,使浓盐酸顺利滴下。 由信息知,四氯化硅与水反应,故需除去氯气中的水。B瓶 装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体,C瓶装浓硫酸干 燥氯气。
(2)四氯化硅在常温下易液化,如果收集产品的导管太
细易堵塞导管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾气中含 有氯气,要设置尾气处理装置,四氯化硅易水解,要避免 空气中的水蒸气进入产品收集装置。 (3)将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。
答案 (1)平衡压强,使液体从分液漏斗中顺利流下 浓硫酸 (2)
方案 优点 ①收集产品的导管 粗,不会堵塞导管 ②冷凝产品,减少产 品损失 ①有尾气处理装置, 注重环保 ②避免空气中的水蒸 气进入装置 缺点 ①空气中的水蒸气进入产品 收集装置,使四氯化硅水解 ②尾气没有处理,污染环境


①产品易堵塞导管 ②没有冷凝装置,产品易损失
实验探究 高纯硅的制取实验
单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温 下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),
粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450℃~500℃),
四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验 室制备四氯化硅的装置图:
相关信息如下: ①四氯化硅遇水极易水解
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相
应的氯化物 ③有关物质的物理常数见下表:
请回答下列问题: (1)装置A中g管的作用是 ;
装置C中的试剂是。源自(2)甲方案:f接装置Ⅰ;乙方案:f接装置Ⅱ。但是装 置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处,请你评价后填写下表。
方案

优点
缺点

翻译

翻译

用硅前体制备高能量密度锂离子电池硅-氧化硅核壳结构纳米线阳极材料Chuanjian Zhang, Lin Gu, Nitin Kaskhedikar, Guanglei Cui, and Joachim Maier青岛生物能源与bioprocess科技研究院,中国科学院院士,崂山区松岭路189号,青岛266101,P. R.中国北京国家实验室凝聚态物理,物理研究所,中国科学院院士,8号,3号南街,中关村,海淀区,北京100190,P. R.中国马克斯普朗克研究所固体研究,heisenbergstasse 1,斯图加特70569,德国摘要:大批量硅-硅氧化物纳米线已经成功通过简便的高温合成方法混合环保硅和钛粉获得。

这就确认了获得纳米线过程是对结晶质核心和非晶质氧化层的加工。

获得的纳米线被球形硅-硅氧化物纳米颗粒催化沿[111]方向生长。

独特的一维结构和稀薄氧化层导致有利的电化学性能,这也许就是有利于高能量密度锂离子电池的硅阳极材料。

关键词:核−壳电池硅纳米线电化学阳极材料前言硅基纳米材料,特别是一维纳米线,由于其较高的理论容量硅(4200 mAh g−1)、石墨(372 mAh g−1)被认为是锂离子电池阳极材料的最佳候选。

【1-3】此外,硅纳米线在电子学方面也吸引了极大的关注,因为它在硅纳米电子,【4】纳米光子学【5】和纳米生物传感器【6,7】打开了新的领域。

因此,探索硅纳米线材料成为纳米材料领域一项重要的课题。

为了制备硅纳米线人们做了许多努力,例如化学腐蚀、【8】热蒸发沉积、【9】化学汽相淀积(CVD)、【10】超临界流体−液-固体(SFLS)合成。

【11】硅纳米线最受欢迎的增长机制是液-固蒸发(VLS)机制,瓦格纳和埃利斯在1964年【12】开创使用金作为催化材料并被Givarizov【13】更好的发展。

与除了金的其他金属二次加工硅纳米线的可能性也被证明。

【14】在VLS过程,催化纳米线的生长期间金属催化剂通常是以微滴嵌入液相。

[方案]高纯硅制备的化学原理(1)

[方案]高纯硅制备的化学原理(1)

高纯硅制备的化学原理(1)高纯硅的制备一般首先由硅石(SiO2)制得工业硅(粗硅),再制成高纯的多晶硅,最后拉制成半导体材料硅单晶。

工业上是用硅石(SiO2)和焦炭以一定比例混合,在电炉中加热至1600~1800℃而制得纯度为95%~99%的粗硅,其反应如下:SiO2+2C=Si+2CO粗硅中一般含有铁、铝、碳、硼、磷、铜等杂质,这些杂质多以硅化构成硅酸盐的形式存在,为了进一步提高工业粗硅的纯度,可采用酸浸洗法,使杂质大部分溶解(有少数的碳化硅不溶)。

其生产工艺过程是:将粗硅粉碎后,依次用盐酸、王水、(HF+H2SO4)混合酸处理,最后用蒸馏水洗至中性,烘干后可得含量为99.9%的工业粗硅。

高纯多晶硅的制备方法很多,据布完全统计有十几种,但所有的方法都是从工业硅(或称硅铁,因为含铁较多)开始,首先制取既易提纯又易分解(即还原)的含硅的中间化合物如SiCl4、SiHCl3、SiH4等,再使这些中间化合物提纯、分解或还原成高纯度的多晶硅,其工艺流程大致如图1:目前我国制备高纯硅多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。

一般说来,由于三氯氢硅还原法具有一定优点,目前比较广泛的被应用。

此外,由于SiH4具有易提纯的特点,因此硅烷热分解法是制备高纯硅的很有发展潜力的方法。

下面我们就分别介绍上述三种方法制备高纯硅的化学原理。

1.三氯氢硅还原法(1)三氯氢硅的合成第一步:由硅石制取粗硅硅石(SiO2)和适量的焦炭混合,并在电炉内加热至1600~1800℃可制得纯度为95%~99%的粗硅。

其反应式如下:SiO2+3C=SiC+2CO(g)↑2SiC+SiO2=3Si+2CO(g)↑总反应式:SiO2+2C=Si+2CO(g)↑生成的硅由电炉底部放出,浇铸成锭。

用此法生产的粗硅经酸处理后,其纯度可达到99.9%。

第二步:三氯氢硅的合成三氯氢硅是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中(250℃)进行合成的。

高二化学实验探究高纯硅的制取实验

高二化学实验探究高纯硅的制取实验

置Ⅰ、Ⅱ
方案 甲 优点 缺点

(3)在上述(2)的评价基础上,请化学方程式为 。
解析 (1)g管使分液漏斗与烧瓶连通,使浓盐酸顺利滴下。 由信息知,四氯化硅与水反应,故需除去氯气中的水。B瓶 装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体,C瓶装浓硫酸干 (2)四氯化硅在常温下易液化,如果收集产品的导管太 细易堵塞导管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾气中含

①有尾气处理装置,
乙 ②避免空气中的水蒸 气进入装置
(3)在装置Ⅰ的i处接干燥管j
(4)SiCl4+2H2
Si+4HCl
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这席可吃。我们那儿没加你名字啊!哪房带你呢?”乐韵被噎住了。“真羡慕你。”筱筱拍着她的肩,吃吃的嘲笑,“你们房里,一定是第一 清闲省事的了!”苏四 明秀在花荫那边略微驻足,似有回眸。筱筱顿时不敢笑了,忙过去服侍四 ,乐韵没情没绪的收拾起将近空了的花篮子, 也要回去。苏四 着筱筱搀着,却往她这边来,温和而担忧垂询一句:“笙妹妹身体,还是那样么?”乐韵赶紧的屈膝行礼,礼毕后方答道: “托您的福,今儿已然大有起色了!”苏四 道:“那就好。”顿了顿,“这篮子是你攒的?攒得不错。花也好,比平常芙蓉都端整些。”乐韵 何等的面上增辉!苏四 何许人也?长房嫡出!大少爷苏明远,才华闻天下、风流冠锦城,是她亲哥哥。二 苏明诗,贤淑秀美,及笄入宫,如 今已封为贵人,是她的亲姐姐。一人得道,鸡犬升天,像苏家这种大家族,但凡出一个半个人材,众亲眷同叨余沥,倒也罢了,独这同父同母 的亲,那可是亲中的亲!外人问起,哟,苏大才子、苏贵人的嫡嫡亲的妹子,四 苏明秀,够多么有面子!岂是远道来投病歪歪的“笙妹妹”韩 玉笙能比。着她夸一句,乐韵轻飘飘要飞上天了。对啦对啦她攒花篮儿的手是多巧,四 都夸赞!还有这花儿多美……当然芙蓉花开得好不是她 乐韵的功劳。但这也是四 当着她的面夸赞的!四 就快订下亲事了,想必不是嫁入侯门、就是同二 一样进宫去,到时乐韵夸耀一句:某某夫人、 某某娘娘,当面夸赞过我!够多体面!甚至,倘若四 看上了她,点名叫她挪个屋子,到四 身边服侍……苏四 去得远了,乐韵才从云端飘下来, 挽了那篮子回表 屋里去。太阳已过中天,宝音睡了一上午,又饮了一剂药,精神更好了些,不必洛月搀扶,都能自己靠着枕头歪在床头了,见 乐韵回来,忍不住心跳,问她:“会上有什么新鲜事?”乐韵就从时新栽出来的玲珑四色菊花说起,说到仿天上云彩般飘逸形态的新样糕点, 那本是宝音亲自监制的,听得一阵心痛,打断乐韵道:“你见到大家……都还好?”“好!”乐韵以为宝音查问她当差当得怎么样,“我全替 姑娘问上好了!”看她的神情,青天白日,一切正常,宝音头皮一阵阵发麻:“老太太身边嘉颜、宝音,想必也给老太太准备礼物了?”第十 章 故纵倾颜成一怒(2)“宝音姐姐听说落了水,呛到了肺,正养着呢,我没见着。”乐韵担心道,“姑娘您看起来不大好呢,躺会儿罢!” 躺着、睡着,不用噜嗦,那末乐韵也可以吃个午饭、打个午后的小盹儿去了……“姑娘!”洛月端了 的中饭来,见着宝音面色,心里一沉,急 扶宝音睡下,狐疑的看着乐韵,恐怕她说了什么,气着了 。乐韵翻个白眼,退下,用饭去。婢女也要吃饭。婢女的饭也是很重要的!可

高纯硅的制备

高纯硅的制备

高纯硅的制备一般首先由硅石(SiO2)制得工业硅(粗硅),再制成高纯的多晶硅,最后拉制成半导体材料硅单晶。

工业上是用硅石(SiO2)和焦炭以一定比例混合,在电炉中加热至1600~1800℃而制得纯度为95%~99%的粗硅,其反应如下:SiO2+2C=Si+2CO粗硅中一般含有铁、铝、碳、硼、磷、铜等杂质,这些杂质多以硅化构成硅酸盐的形式存在,为了进一步提高工业粗硅的纯度,可采用酸浸洗法,使杂质大部分溶解(有少数的碳化硅不溶)。

其生产工艺过程是:将粗硅粉碎后,依次用盐酸、王水、(HF+H2SO4)混合酸处理,最后用蒸馏水洗至中性,烘干后可得含量为99.9%的工业粗硅。

高纯多晶硅的制备方法很多,据布完全统计有十几种,但所有的方法都是从工业硅(或称硅铁,因为含铁较多)开始,首先制取既易提纯又易分解(即还原)的含硅的中间化合物如SiCl4、SiHCl3、SiH4等,再使这些中间化合物提纯、分解或还原成高纯度的多晶硅目前我国制备高纯硅多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。

一般说来,由于三氯氢硅还原法具有一定优点,目前比较广泛的被应用。

此外,由于SiH4具有易提纯的特点,因此硅烷热分解法是制备高纯硅的很有发展潜力的方法。

下面我们就分别介绍上述三种方法制备高纯硅的化学原理。

1. 三氯氢硅还原法(1)三氯氢硅的合成第一步:由硅石制取粗硅硅石(SiO2)和适量的焦炭混合,并在电炉内加热至1600~1800℃可制得纯度为95%~99%的粗硅。

其反应式如下:SiO2+3C=SiC+2CO(g)↑2SiC+SiO2=3Si+2CO(g)↑总反应式:SiO2+2C=Si+2CO(g)↑生成的硅由电炉底部放出,浇铸成锭。

用此法生产的粗硅经酸处理后,其纯度可达到99.9%。

第二步:三氯氢硅的合成三氯氢硅是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中(250℃)进行合成的。

其主要反应式如下:Si+3HCl=SiHCl3+H2(g)(2)三氯氢硅的提纯由合成炉中得到的三氯氢硅往往混有硼、磷、砷、铝等杂质,并且它们是有害杂质,对单晶硅质量影响极大,必须设法除去。

硅提纯的热力学基础_英文_

硅提纯的热力学基础_英文_
第 46 卷 增 刊 2007 年 6 月
中山大学学报 (自然科学版 ) ACTA SC IENTI ARUM NATURAL I UM UN I V ERSITATIS SUNYATSEN I
Vol146 Sup 1 Jun1 2007

Therm odynam ic Fundam en ta l of Pur if ica tion of S ilicon
XU W en 2ting, MA W en 2hu i, YAN G B in, DA I Yong 2n ian
( Faculty of M aterials and M etallurgical Engineering, Kunm ing University of Science and Technology∥ National Engineering Laboratory of Vacuum M etallurgy, Kunm ing 650093, China )
Abstract: A long w ith the rap id development in photovoltaic market, silicon is used to p roduce solar cell more than 90% as the starting material for crystalline silicon wafers . This article is to discuss the academ ic ther modynam ics in the p rocess of silicon purification, which contains acid leaching, vacuum refining, directional solidification. The feasibility in this p rocess was discussed based on thermo2 dynam ics and phase diagram s . Besides, authors have done some experim ents on metallography to p rove the p rocess . The purpose is in order to do some favor for update existing silicon refining technology, and seek a low - cost p rocess to p roduce solar grade silicon ( SOG - Si) which is different w ith SIEM ENS technique. Key words: silicon purification; solar grade silicon; thermodynam ic CLC num ber: O613172; TF114 D ocum en t code: A Article I D : 0529 2 6579 ( 2007 ) S1 2 0088 2 03

高二化学实验探究高纯硅的制取实验

高二化学实验探究高纯硅的制取实验

(2)四氯化硅在常温下易液化,如果收集产品的导管太
细易堵塞导管;制取的四氯化硅需要冷凝;由于尾气中含 有氯气,要设置尾气处理装置,四氯化硅易水解,要避免 (3)将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。
答案 (1)平衡压强,使液体从分液漏斗中顺利流下
(2)
方案 优点 ①收集产品的导管 粗,不会堵塞导管 ②冷凝产品,减少产 品损失 ①有尾气处理装置, 乙 ②避免空气中的水蒸 气进入装置 缺点 ①空气中的水蒸气进入产品 ②尾气没有处理,污染环境

① ②没有冷凝装置,产品易损失
(3)在装置Ⅰ的i处接干燥管j (4)SiCl4+2H2 Si+4HCl
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机,将大世来临之时,将人魔大战开始之后,没有壹个地方可以幸免.如同情域の尧城壹样,被魔殿の人操纵,结果变成了壹片死寂之地,之前不也是壹派繁华吗?莫城壹片详和,安宁の修行氛围,让众美心中感觉好了不少.城中の商业也十分发达,不同于情域の壹些城池,这里の生意买卖十分の活 跃,根汉等人走到大街上,人来人往の,有不少人在贩卖自己の东西.不过根汉壹个男人,身边带着十几号绝代佳丽,还是引起了不少人の注意,纷纷在猜测根汉の身份,为什么壹个男人能带这么多美人出来逛街,难道是哪个大世家の子弟不是?"呼..."就在他们逛の正嗨の时候,前面人群中突然有 些异动,两个身高超过三米の巨汉,从远处壹路奔了过来,沿路の人群纷纷避让."准圣八阶?"见到这两个三米巨汉,根汉也有些小小の意外,这两个巨汉の修为不低,达到了准圣八阶之高,可以说在莫城也算是很高の了.最令根汉有些意外の是,这两人上半身是赤着の,皮肤是灰白色の,有些像岩 石壹类の肌肤."难道是石人族?"根汉想到了壹个罕见の种族,同样是远古万族之壹

高纯度金属制备技术及其应用研究

高纯度金属制备技术及其应用研究

高纯度金属制备技术及其应用研究高纯度金属是指金属元素的纯度达到99.999%及以上的金属材料。

它因具有优异的物理化学性质和特殊的应用价值,在现代科学技术、信息产业、装备制造、新能源、航空航天等领域得到广泛应用。

本文将介绍高纯度金属的制备技术以及其在新能源、信息产业、航空航天等领域的应用研究。

一、高纯度金属制备技术高纯度金属制备一般采用物理化学方法,包括化学还原法、电解制备法、蒸发冷凝法、分子束外延法等多种技术。

其中,电解法是目前应用最广泛的制备高纯度金属的技术之一,其基本原理是利用电解质溶液中电极反应的化学效应,控制金属离子的还原过程,从而得到符合要求的高纯度金属。

电解法的优点是制备出的金属纯度高、质量稳定,适用于制备多种金属。

同时,在电解法的基础上,还产生了一些衍生方法,如电渣重熔法、熔盐电解法等,这些技术可以更进一步提高金属的纯度和质量,适用于一些特殊金属的制备。

此外,化学还原法也是制备高纯度金属的主要方法之一,它通过化学反应将金属离子还原成金属原子或离子,再结晶、沉淀、真空升华等步骤加以纯化。

二、高纯度金属的应用研究1. 在新能源领域中的应用太阳能光电池是人们对新能源应用的重点发掘之一,而其制造过程离不开高纯度的硅。

通过高纯度硅的制备技术,制造出的太阳能光电池的转换效率大大提高,达到甚至超过30%的高效率,极大地推动了太阳能光电产业的发展。

2. 在信息产业中的应用半导体器件是现代电子信息产业中不可或缺的基础,而其中的微电子强磁场元件,如超导纽扣电池、磁共振测量元件等,依赖于高纯度金属制备技术。

制造出的高纯度铝、钨、铜等金属结晶体,能够大大提高半导体器件的性能稳定性和工作寿命,从而提高器件的制造质量和可靠性。

3. 在航空航天领域中的应用航空航天领域中,对金属的性能要求非常苛刻,高纯度金属制备技术能够制造出高强度、高温性能稳定的材料。

比如,在制造航空发动机的过程中,钛合金就是其中一种使用广泛的金属,而纯度高、成分稳定的钛合金,能够大大提高航空发动机的工作性能和寿命。

电解二氧化硅制备高纯硅

电解二氧化硅制备高纯硅

短暂的迟滞后,电解电流迅速增加,电解过程得以流畅进行。然而,
研究表明二氧化硅并不存在这种导电相。 电解过程的发生一定要求电极本身在某种状况下具有导电性吗?
研究人员认为,该体系中负极的电荷传递过程不是发生在导电电极
和熔融电解质两相的相界面,而是发生在导电电极(钨丝)、工作电极
(石英)、熔融电解质(熔融氯化钙,熔融状态下氧离子在其中的溶解 度较大,有利于离子的迁移)三相界面。
硅的方法仍以高温碳还原为主。08年出版的《10000个科学难题---化
学卷》中该问题被列为189个化学前沿难题之一。
上的硅,控制杂质是关键,也是最核心的难点。工业上得到的二氧
化硅原料,纯度可以达到99.5%,但距对产物的纯度要求还差很远。 因此还要在制备过程中阻碍原料中杂质进入硅中,或者通过简单的
过程得以纯化。结晶过程和电化学制备过程都有纯化的作用,且避
免了碳高温还原时二氧化硅时碳中杂质的引入。但如何达到极高的 纯度的要求,仍不是一个简单的问题。目前为止,工业上制备高纯
工作电极电解制备高纯硅的想法不可能实现。
2003年Nature.Materials报道了题为“Pinpoint and bulk electrochemical reduction of insulating silicon dioxide to silicon”的成果。
1V, @850℃ melting CaCl2 for 1h. 电解前(透明板为石英, 金属丝为钨丝) 电解后,已除去钨丝(XRD 结果表明其主要成分为Si)
另外,如左图所示,反应
的横向进度明显快于纵向。由 此可知,虽然随着反应的进行
反应边界逐渐扩大,但由于电
解质缝隙狭窄增加了融盐对的 电阻率,而横向上的电解质电

超临界流体制备高纯度硅的方法[发明专利]

超临界流体制备高纯度硅的方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910639067.2(22)申请日 2019.07.11(71)申请人 深圳市智合碳硅科技有限公司地址 518109 广东省深圳市龙华区龙华街道玉翠社区昌永路智和科技园5号203(72)发明人 彭靖 马承愚 彭英利 周玉 (51)Int.Cl.C01B 33/023(2006.01)(54)发明名称超临界流体制备高纯度硅的方法(57)摘要采用超临界水作为制备高纯硅的介质,在超临界状态(500-600℃和25-35MPa)下及氢气参与下,对同程进入反应系统的硅质原料进行处理,使硅材料中的微量杂质发生分离和还原反应,在较短时间内,杂质被去除,同时还原成为高纯度硅单质。

制备过程中,超临界水与H 2合理配合,在高温高压条件下和密闭的反应装置中形成均相的超临界混合流体,以极快速度(1-3min)使硅原料发生溶解、还原、去杂、聚集和沉积分离过程,制备出高纯度晶体硅。

权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 112209381 A 2021.01.12C N 112209381A1.超临界流体制备高纯硅的方法,其特征在于:采用超临界水作为介质,在超临界状态下和氢气参与下,对混合于超临界水中的硅原料进行除杂和还原处理,制备出高纯硅。

2.根据权利要求1所述的超临界流体制备高纯硅的方法,其特征在于:超临界状态的温度范围是500℃-600℃;压力范围是25MPa -35MPa,反应时间1min -3min。

3.根据权利要求1所述的超临界流体制备高纯硅的方法,其特征在于:水与硅原料混合的配比为2∶1。

4.根据权利要求1所述的超临界流体制备高纯硅的方法,其特征在于:超临界混合流体(H 2O+Si)与氢气(H 2)的配比(按质量分数)是3∶1。

权 利 要 求 书1/1页CN 112209381 A超临界流体制备高纯度硅的方法技术领域[0001]本发明涉及高纯硅材料的制备方法,具体说是采用超临界流体制备高纯硅的方法。

制造高纯单质硅的方法[发明专利]

制造高纯单质硅的方法[发明专利]

专利名称:制造高纯单质硅的方法专利类型:发明专利
发明人:A·马西森,J·W·克尼策
申请号:CN200880101278.0申请日:20080731
公开号:CN101801847A
公开日:
20100811
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明涉及通过使四氯化硅与液体金属还原剂在双反应器构造中反应来制造高纯单质硅的方法。

第一反应器用于将四氯化硅还原成单质硅,产生单质硅和还原金属氯化物盐的混合物,而第二反应器用于将该单质硅与该还原金属氯化物盐分离。

用本发明制成的单质硅具有足以用于制造硅光伏器件或其它半导体器件的纯度。

申请人:波士顿硅材料有限公司
地址:美国马萨诸塞州
国籍:US
代理机构:北京金信立方知识产权代理有限公司
代理人:黄威
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工业制取高纯硅的化学方程式

工业制取高纯硅的化学方程式

工业制取高纯硅的化学方程式制取高纯硅的化学方程式主要有两个常用的方法,分别是化学还原法和电解法。

化学还原法(Siliconthermical reduction method)是通过将含硅矿石与还原剂(如炭粉)进行高温反应来制取高纯硅。

化学还原法的化学方程式如下:SiO2 + 2C → Si + 2CO在这个反应中,二氧化硅(SiO2)与炭粉(C)经过高温反应,生成高纯度的硅(Si)和一氧化碳(CO)。

这种方法主要用于制取电子级硅,因为硅石(SiO2)中存在着杂质(如杂质金属和非金属元素),通过反应可以将杂质与一氧化碳等气体形成挥发性的化合物,从而实现分离和提纯。

另外,还可以通过电解法(Electrolysis method)制取高纯硅,这是一种比较常用的制备电子级硅的方法。

电解法是在高温下,利用电解质内的电流通过含硅原料进行电解,从而分解出高纯度硅。

电解法的化学方程式可以表示如下:SiO2 + 2C → Si + 2COSi + 2Cl2 → SiCl4SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl在这个过程中,首先通过化学还原法将硅石转化为硅粉,然后将硅粉与氯气(Cl2)反应生成四氯化硅(SiCl4),最后通过与氢气(H2)的还原反应,将四氯化硅转化为高纯度硅。

制取高纯硅的参考内容有:1. 《化工技术手册》:对制备高纯硅材料的化学反应和工艺流程进行了详细的介绍和分析。

2. 《无机化学》:介绍了化学还原法和电解法两种方法制备高纯硅的化学反应和原理。

3. 《化学工艺及其自动化》:对制取高纯硅的工艺和方法进行了综合性的介绍和分析。

4. 《电镀与表面处理技术》:对电解法制备高纯硅的工艺和原理进行了深入讲解。

5. 相关学术期刊文章:通过搜索相关学术期刊,可以获取最新的研究成果,了解制备高纯硅的最新进展和方法。

以上参考内容仅供参考,如果需要具体的实验操作步骤和实验条件等信息,请参考相应的实验室操作手册和工艺规范。

纯硅的制备化学方程式

纯硅的制备化学方程式

纯硅的制备化学方程式
纯硅是一种非常重要的材料,它在电子、光学、太阳能等方面都有广泛的应用。

制备纯硅的方法有很多种,其中最常用的是通过还原硅化物来制备。

具体的制备化学方程式如下:
SiO2 + 2C → Si + 2CO
在这个反应中,硅石(SiO2)和炭素(C)在高温下反应,生成纯硅和一氧化碳(CO)。

这个反应需要在高温下进行,通常需要使用炉子或者电弧等设备来提供高温环境。

反应后,纯硅可以通过冷却和分离来得到。

除了还原硅化物,还有一些其他的方法可以制备纯硅,比如化学气相沉积、热分解法等。

不同的制备方法会有不同的化学反应方程式,但都需要高纯度的原材料和精确的控制条件来保证纯硅的制备。

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一种高纯硅的制备方法[发明专利]

一种高纯硅的制备方法[发明专利]

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101372334A [43]公开日2009年2月25日[21]申请号200810233462.2[22]申请日2008.10.22[21]申请号200810233462.2[71]申请人昆明理工大学地址650031云南省昆明市学府路253号[72]发明人马文会 戴永年 杨斌 刘大春 吕东 魏奎先 梅向阳 伍继君 汪镜福 徐宝强郁青春 秦博 [74]专利代理机构昆明慧翔专利事务所代理人周一康[51]Int.CI.C01B 33/025 (2006.01)C01B 33/037 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页[54]发明名称一种高纯硅的制备方法[57]摘要一种制备高纯硅的方法,使原料反应生成SiO气体达到蒸馏提纯的目的。

原料可以是各种纯度的碳还原剂,二氧化硅可以是二氧化硅矿、废弃光纤或废石英。

方法按以下几个步骤进行:(1)原料经破碎球磨后,粒度为0.30mm以下;(2)将原料置于真空炉中加热蒸发除杂;(3)将原料按比例配好,加热使物料全部反应生成SiO气体;(4)SiO气体发生歧化反应,生成B、P含量低的高纯硅和高纯二氧化硅;(5)分离二氧化硅,得到硅;(6)干燥分离后的硅;(7)用真空定向凝固炉进一步除杂,切头处理后即获得高纯硅。

制备的硅的纯度为99.9999wt%以上,B、P的含量低于0.5ppm,可以满足太阳能电池行业所需硅原料的要求。

200810233462.2权 利 要 求 书第1/1页1.一种制备高纯硅的方法,包括球磨过筛、真空高温蒸发、碳热还原、歧化、分离、干燥、真空定向凝固几个步骤,其特征是:1.1球磨:首先把原料碳还原剂和二氧化硅破碎,碳还原剂为各种纯度的碳还原剂,或为竹炭、木炭、焦煤、褐煤中的一种或几种,二氧化硅是纯度较高的硅矿、废光纤、废石英中的一种或几种,破碎后再球磨,磨成粒径0.5mm以下的粉末,然后将原料粉末分级过筛,得到粒径0.3mm以下的原料;1.2真空高温蒸发:将原料分别置于压强<1.33Pa的真空炉中,在温度>1000℃条件下保温0.1~4小时,除掉大部分饱和蒸汽压大的P、Al、S、Cl、As、Sb等杂质元素,获得P含量低的原料;1.3、碳热还原反应:将高温蒸发除杂后的碳还原剂和二氧化硅按碳:二氧化硅=1~8:1的摩尔比混合均匀,然后将配好的物料放入高频感应炉或压强<1.33Pa真空炉中,加热到700~1800℃的温度范围内,使物料发生如下反应:C+SiO2=SiO↑+CO ↑,使物料全部反应生成SiO气体;1.4、歧化反应:生成的SiO气体在坩埚里随着温度降低,SiO气体发生如下歧化反应:2S i O=S i+Si O2,生成B、P含量低于0.5p pm的高纯硅和高纯二氧化硅; 1.5、分离:将反应得到的硅和二氧化硅磨成粒径0.15mm以下的粉末,在1412~1730℃的温度范围内加热,得到硅液,并使硅液和二氧化硅固体分离,得到高纯硅和高纯二氧化硅,或使反应得到的硅和二氧化硅与HF酸反应,使二氧化硅反应生成可溶的SiF4,最后得到高纯硅,如果用加热分离方式,加热温度最高为1730℃,最低为1412℃,如果用HF酸酸浸,酸的浓度在5wt%~40wt%之间,浸出时间半小时以上; 1.6、干燥:将得到的高纯硅置于真空干燥箱中干燥,真空干燥箱压强低于1000Pa,干燥温度80~120℃,干燥时间半小时以上;1.7、真空定向凝固:将干燥后得到的硅粉放入真空定向凝固炉中,在压强<5Pa、拉升速率<10cm/h、温度1420~1580℃的条件下,进行定向凝固除杂,经切头处理后即可得到纯度99.9999wt%以上,B、P含量0.5ppm以下的满足制备太阳能电池用的高纯硅。

高二化学实验探究高纯硅的制取实验(2019年12月整理)

高二化学实验探究高纯硅的制取实验(2019年12月整理)
(3)将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。
答案 (1)平衡压强,使液体从分液漏斗中顺利流下
(2)
方案

优点
①收集产品的导管 粗,不会堵塞导管 ②冷凝产品,减少产 品损失 ①有尾气处理装置,
乙 ②避免空气中的水蒸 气进入装置
(3)在装置Ⅰ的i处接干燥管j (4)SiCl4+2H2 Si+4HCl
实验探究 高纯硅的制取实验
单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温 下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质), 粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450℃~500℃), 四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相
(1)装置A中g管的作用是 装置C中的试剂是 (2)甲方案:f接装置Ⅰ;乙方案:f接装置Ⅱ。但是装 置Ⅰ、Ⅱ
方案
优点
缺点


(3)在上述(2)的评价基础上,请你设计一个合理方
案并用文字表述:

(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为

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喜悦之情。 【B】示例:“每一天“ “一输完液”“马上”等表示时间的词语连用,写出了岳老师利用一切可以利用的时间抓紧给小病号上课的情形。(一句2分,共4分) 10.①暗示文章的主要情节是岳老师教小病号背诵这句诗。 ②奠定了全文哀布满不伤的感情基调 。 ③凝聚了小病 号对岳老师的留恋、感激之情。 ④诗意地揭示了文章的主旨面对厄运,唯有抗争才能体现生命的意义。 至深至纯师生情(2017·河北省中考) ——与周有光先生二三事 ①在大学中文系读书时,系里曾邀请周有光先生给我们讲授文字改革课程,这样,我便有幸成了先生的学生。后来, 我和先生的来往增
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第46卷 增 刊2007年 6月中山大学学报(自然科学版)ACT A S C I E NTI A RUM NAT URAL I U M UN I V ERSI T ATI S S UNY ATSE N I Vol 146 Sup 1Jun 1 2007I nvesti ga ti on of D i rect Electrolyti c Reducti onof Soli d S iO 2to S i with H i gh Pur ityL I U Yi 2ke,MA W en 2hu i,YAN G B in,DA I Yong 2nian(Faculty ofMaterials and metallurgical Engineering ∥Nati onal Engineering Laborat ory of Vacuu m Metallurgy,Kunm ing University of Science and Technol ogy,Kunm ing 650093,China )Abstract :A new way using op tical fiber wastes as ra w material f or the p reparati on of electr olytic reducti on of s olid Si O 2t o Si in molten chl orides was p r oposed t o be a considerable technol ogy t o p repare s olar grade silicon (S OG 2Si ).It has s ome advantages such as l ow cost and energy consu mp ti on,envir on mental p r otecti on,si m p le p r oducti on fl ow and ultra 2high purity p r oduct .The f or med Si was con 2fir med by Ra man s pectr oscopy .Key words :s olar grade silicon;op tical fiber wastes;Si O 2;electr olytic reducti onCLC nu m ber :O613172;TF114 D ocu m en t code :A Arti cle I D :052926579(2007)S120333202W ith the devel opment of P V industry the traditi on 2al supp ly falls short of the de mand .a ne w technol ogy is needed t o p repare S OG 2Si with abundant feedst ock sup 2p ly and l ow cost and energy consu mp ti on .Recently,Yasuda [1-3]f ound electr olytic reducti on of Si O 2t o Si is feasible in molten chl orides such as CaCl 2.H igh purity silicon will be p repared just re mo 2ving oxygen fr om high purity Si O 2by this method .I n this paper,author investigated a ne w way t o recycle sil 2ica op tical fiber wastes f or feedst ock supp ly of s olar grade silicon on the basis of direct electr olytic reducti on of s olid Si O 2t o Si in molten chl orides .A ne w method and p r oducti on fle w sheet of S OG 2Si was p r oposed .And Si had been p repared via direct electr olytic reduc 2ti on of fiber 2op tic r ods used which are made of ultra 2high purity silica glass .1 A new way to prepare S O G 2S iA ne w si m p le p r oducti on fl ow p r oposed by authorscombinati on recycling of wastes with p reparati on of high purity of silicon directly for feedst ock supp ly of S OG 2Si,was show in Fig 11,which suggests that silicon with high purity at l ow cost and energy consump ti on could be realized via re melt method p r ocess .This ne w meth 2od was p r oposed t o be a ne w technol ogy t o p repare S OG 2Si .For this way,there are s ome advantages:(1)The feedst ock supp ly can be easily acquired fr om a large number of op tical fiber wastes which aregenerating every year .A s a new efficient way f or recy 2cling op tical fibers wastes,it can p r otect envir onments and av oid wasting high -purity silica res ource and po 2tential high 2energy.Fig 11 Ne w p r oducti on fl ow(2)The energy consu mp ti on and the cost of the method are l ow .(3)The p reparati on method is si m p le and the p r oduct purity is high .2 Exper i m en t a lOp tic fiber r ods used which are made of ultra 2high purity silica glass was washed in distill water .And u 2sing the m made up of contacting electr ode .A Si O 2con 2tacting electr ode was p repared by equally winding a Mo wire and copper wire as a current lead,about thirty ti m es ar ound a quartz glass r od .The counter electr ode①收稿日期:2007201210基金项目:国家科技支撑计划重点资助项目(2006BAE01B08);国家自然科学基金资助项目(50674050);教育部博士点基金资助项目(20060674004);云南省中青年学术带头人后备人才资助项目(2005PY01-33)作者简介:刘仪柯(1981年生),男,硕士生;通讯联系人:马文会;E 2mail:mwhui@k must 1edu 1cn中山大学学报(自然科学版)第46卷 was a graphite r od .1000g anhydr ous calciu m chl oride (reagent grade )was contained in a sealed stainless steel react or after p retreat m ent .And the te mperature of reacti on is 850℃.Sa mp les were p repared by potenti ostatic electr oly 2sis at 1110V (vs .Ca 2+/Ca )for 1h,and analyzed after washing in distilled water and re moving the Mo wire .Sa mp les were analyzed by Ra man s pectr oscopy (A rgon i on,51415n m ,Renishaw Cor p.)Fig 12 Ra man s pectra of sa mp le after electr olysis at1110V f or 1hour in the molten CaCl 2at 850℃3 Results and d iscussi on sThe Ra man s pectru m of the si m p le are showed inFig 12f or different measure p rints in the sa me sa mp le .Fr om the Ra man s pectru m of sa mp le we can observe apeak bet w een 400and 550c m -1of Ra man shift .Thepeak consisted of t w o peaks,one is ar ound 475c m -1related t o a mor phous Si which has a peak r ound 480c m -1,and the other is related t o crystal silicon whichhas a peak ar ound 520c m -1[5].Si O 2reducti on t o Si had been confir med .4 Conclusi on s(1)A ne w technique t o p reparati on of S OG 2Si was p r oposed,which has s ome advantages such as l ow cost and energy consu mp ti on,p r oduct meeting the re 2quired quality for S OG 2Si and si m p le p r oducti on fl ow sheet .(2)Si has been p repared via direct electr olytic reducti on of fiber 2op tic r ods used which are made of ul 2tra 2high purity silica glass .The for med Si was con 2fir med by Ra man s pectr oscopy .(3)A s a ne w efficient way f or recycling op tical fi 2bers wastes,it can p r otect envir onment and recycle waste high 2purity silica res ource and potential high 2en 2ergy .References:[1] Y AS UDA K,I RA T,I T O Y .Effect of electr olysispotential on reducti on of s olid silicon di oxide in molten CaCl 2[J ].Journal of Physics and Chem istry of Solids,2005,66:443-447.[2] NOH I RA T,Y AS UDA K,I T O Y .Pinpa m t and bulkelectr oche m ical reducti on of insulating silicon di oxide t o silicon [J ].Nature Materials,2003,2:397-401.[3] Y AS UDA K,NOH I RA T,AMEZ AWA K .Mechanis mof direct electr olytic reducti on of s olid Si O 2t o Si in mol 2ten CaCl 2[J ].Journal of the Electr oche m ical Society,2005,152(4):69-74.[4] MA W H,OG URA M ,K OBY ASH I T .Preparati on ofs olar grade silicom fr om op tical fibarswastes with ther malp las mas [J ].Solar Energy Materids &Solar Cells,2004,81:477-483.[5] KI M URA Y,K AT ODA T .Effects of strain on crystalli 2zati on of a mor phous silicon characterized by laser Ra man s pectr oscopy [J ].App lied Surface Science,1997,117/118:790-793.直接电解还原二氧化硅制备高纯硅的研究刘仪柯,马文会,杨 斌,戴永年(昆明理工大学材料与冶金工程学院∥真空冶金国家工程实验室,云南昆明650093)摘 要:提出了以废弃石英光纤为原料,利用熔盐直接电解还原Si O 2来制备太阳能级硅的新思路设计,该设计具有低成本低能耗、环保、工艺流程简单以及产品纯度高等优点。

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