WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

1 - 2

30 - 32

2 - 4

Было обнаружено, что обработка фракции порошка, содержащей тонкодисперсный кремний, водой или водными растворами сопровождается бурной реакцией между кремнием и водой, и интенсивным выделением водорода. При этом содержание элементарного кремния в твердой фазе снижается до «следовых» количеств – менее 1-2% масс, что делает дальнейшую переработку неэффективной.

а

б

Рис. 1. Микрофотографии порошков смесей карбида кремния с кремнием и диоксидом кремния. (а – до флотационного разделения; б – после разделения, крупные серые частицы SiC, мелкие серые и белые частицы – Si и SiO2)

2.2. Получение четыреххлористого кремния из кремнийсодержащих отходов.

Четыреххлористый кремний (ЧХК) синтезировали на установке, схема которой изображена на рис. 2. Установка позволяла получать ЧХК как из элементарного кремния, так из смесей, содержащих кремний и его диоксид. Процесс хлорирования кремния элементарным хлором проводили при температуре 450-500оС. Образующийся ЧХК улавливали в ловушках и затем направляли на стадию глубокой очистки. ЧХК-сырец после хлорирования анализировали на содержание примесей методом газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ). Было выявлено наличие значительного (до 2-3%) количества примесей ряда хлоруглеводородов и алкилхлорсиланов, образующихся из остаточного масла и карбида кремния, находящихся в хлорируемом порошке.

ЧХК-сырец подвергали дистилляции с последующей термообработкой его паров на кварцевой насадке при температуре 600 – 650о С. При этом происходило разложение углеродсодержащих примесей. Труднолетучие хлориды металлов также эффективно отделялись на этой стадии.

Табл.2. Качество исходного и очищенного дистилляцией тетрахлорида кремния (%масс.104).

Примесь

В-во

Al

В

Са

Со

Fe

Sn

Zn

Сr

Mg

Сu

Mn

V

Ni

Ti

SiСl4 исх

250

2

10


25

18

15

30

8

50

1

3

SiСl4 очищ.

2

0,1

1

0,5

0,1

0,5

1.1

0,1

0,5

1

0,1

2

0,1

0,5


Sb

Bi

Pb












6

3

50












3

0,2

10











В результате проведенной экспериментов была разработана принципиальная схема переработки кремнийсодержащих отходов производства солнечных элементов, представленная на рис.3. Схема ограничивается получением высокочистого четыреххлористого кремния и не включает его использования для синтеза кремнийэлементоорганических производных.

Рис. 3. Схема переработки кремнийсодержащих отходов.

2.3. Получение тетраметоксисилана и его глубокая очистка.

Тетраметоксисилан (ТМОС) получали взаимодействием четыреххлористого кремния со спиртом двухстадийным процессом: на первой стадии проводили отгонку образующегося хлористого водорода, а на второй – остатки хлористого водорода связывали аммиаком.

SiCl4 + 3СН3ОН Si(СН3О)3(Cl) + 3НCl (1 )

Si(СН3О)3 (Cl) + NН3 Si(СН3О)4 + NH4Cl ( 2)

Образующийся кристаллический хлорид аммония удаляли фильтрацией на нутч-фильтре.

Поскольку для синтеза алкоголятов кремния не требуется высокая чистота исходных материалов (на уровне требований электронной техники), для синтеза ТМОС был использован ЧХК, полученный на предыдущей стадии хлорированием смеси кремния и карбида кремния. Его чистота технической квалификации находиась на уровне 95 -97% масс. по основному компоненту. Для его получения была использована упрощенная схема, включавшая стадии термообработки тетрахлорида при Т = 1000К и дистилляцию с дефлегматором эффективностью 2,3 теоретической тарелки.

Дальнейшие опыты показали, что стадию термообработки ЧХК перед синтезом также можно исключить. Для выделения растворенного в ЧХК свободного хлора раствор подогревали до температуры кипения и выдерживали с обратным холодильником в течение 0,5- 1 часа. При этом содержание свободного хлора в растворе ЧХК снижается до 0,2 – 0,3% масс, что существенно не влияет на выход ТМОС.

Содержание примесей в нем составляло около 3% масс.

Была исследована очистка ТМОС на активированном угле БАУ. Достоинством этого сорбента является его доступность, низкая цена и высокая эффективность по отношению к поглощению примесей многих металлов. Изучение проводили на кварцевой сорбционной колонне диаметром 15 мм и длиной 150 мм.

Табл.3. Качество ТМОС, очищенного адсорбцией на БАУ(%масс.х105).

Примесь

Содержание,

%масс х 105

Примесь

Содержание

%масс.х 105

Исх.

Очищ.

Исх.

Очищ.

Al

4

1

Mg

5

2

Са

10

2

Mn

0,1

0,1

Cr

0,5

0,1

Sn

2

1

Fe

2

0,5

Ti

6

0,5

Na

6

3

K

1

0,5

Ni

0,2

0,1

Адсорбция может быть достаточно эффективным методом очистки (табл.3), однако для ряда примесей металлов не достигнут уровень чистоты, требуемый современной полупроводниковой технологией.

Кристаллизация из расплава также является универсальным методом глубокой очистки веществ. Как правило, при кристаллизации происходит вытеснение примесей, имеющих структурные характеристики, отличные от структуры растущих кристаллов. Коэффициенты распределения (К) для этих примесей существенно отличаются от 1.

Недостатком данного способа очистки являются достаточно низкие температуры плавления очищаемых соединений, что требует применения промежуточных теплоносителей или дополнительных холодильных устройств.

Определены коэффициенты распределения в равновесии «жидкость-твердое» для систем на основе некоторых кремнийэлементоорганических соединений (КЭОС). Значения этих коэффициентов представлены в табл. 4.

Очевидно, что в данном случае кристаллизация из расплава не является достаточно эффективным методом глубокой очистки, поскольку коэффициенты распределения не очень велики.

Были определены коэффициенты разделения равновесий «жидкость-пар» систем на основе «ТМОС – примесь» для ряда других соединений в области малых концентраций примесей. Их значения представлены в табл. 5.

Табл. 4. Коэффициенты распределения (К) «твердое-жидкость» для примесей в системах на основе КЭОС.

Соединение-основа

Примесь

К

Соединение

Примесь

К

ТМОС

Триэтоксибор (ТЭОБ)

0,7

МТЭОС

ТЭОС

0,87

Тетраметоксигерманий

(ТЭОГ)

0,9

ТЭОГ

0,87

ТЭОС

Триэтоксибор

(ТЭОБ)

0,75

ТЭОБ

0,79

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»