Спосіб одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти та пристрій для одержання полікристалічного кремнію

Реферат: Спосіб одержання газоподібного тетрафториду кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти включає утворення екстракту кислоти, промивання екстракту, сушіння екстракту, розкладання екстракту, барботування нерозділеного газового потоку тетрафториду кремнію та фтористого водню крізь діоксид кремнію. Пристрій для одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти у вигляді порошку сферичної форми включає поєднані за допомогою системи трубопроводів: засіб, що забезпечує можливість екстрагування розчину кременефтористоводневої кислоти, засіб, що забезпечує сушіння одержаного екстракту кременефтористоводневої кислоти, засіб, що забезпечує можливість розкладання екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню, засіб, що забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням тетрафториду кремнію, засіб, що забезпечує можливість утворення парів магнію з розплаву магнію, засіб, у якому здійснюють відновлення кремнію з газоподібного тетрафториду кремнію у присутності магнію, засіб, що забезпечує розділення реакційної суміші з одночасним одержанням кремнію у вигляді порошку сферичної форми, засіб для відділення кінцевого продукту. UA 98148 C2 (12) UA 98148 C2 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до галузі металургії та/або хімії, а саме, до способів та пристроїв для одержання полікристалічного кремнію "сонячної якості" у вигляді порошку сферичної форми з відходів фосфорних виробництв, а саме з розчину кременефтористоводневої кислоти. На цей час у світі усе більше уваги приділяється розвитку альтернативної енергетики, у тому числі, сонячної енергетики. У період з 2004 по 2005 рік виробництво фотоелектричних елементів в усьому світі зросло з 1200 МВт до 1727 МВт. Однак подальше зростання виробництва сонячних елементів стримується дефіцитом кремнію, у тому числі кремнію "сонячної якості", високою ціною та екологічними проблемами у технологічному процесі виробництва. За даними European Photovoltavic Industry Association (EPIA) до 2015 року частка сонячної енергетики у світовому об'ємі складе 15-20 %, а виробництво кремнію зросте до 200 000 тонн. Відомі технології одержання кремнію у промисловому масштабі шляхом карботермічного 7 відновлення кварциту [заявка RU №2003125002/15, МПК С01 В9/00, публ. 10.03.2005]; шляхом хлорування тонко подрібненого порошку кремнію безводним хлористим воднем з подальшим очищенням хлорсиланів, що утворилися у процесі хлорування, методом ректифікації до необхідної чистоти; фторидо-гідридна технологія. Дані технології одержання кремнію багатостадійні, енергоємні та не забезпечують прийнятних цінових показників виробництва полікристалічного кремнію (собівартість полікристалічного кремнію "сонячної якості" на ринку з використанням відомих технологій становить 20$ за кілограм) через низький вихід товарної продукції та наявність великої кількості домішок. Відомі технології одержання кремнію, що базуються на відновленні кремнію з тетрафториду кремнію, одержуваного, наприклад, шляхом фторування діоксиду кремнію [патент RU 2272755 С1 публ. 27.03.2006, заявка WO 2005/021431А1 публ. 10.03.2005]. Недоліки одержання тетрафториду з діоксиду кремнію полягають у наявності великої кількості домішок та великих енерговитрат. Собівартість полікристалічного кремнію визначається у основному вартістю сировини, витратних технологічних матеріалів, енергетичними витратами та витратами на забезпечення екологічної та технологічної безпеки виробництва. Передумовою до зниження собівартості кремнію є використання як джерела сировини для його одержання екологічно шкідливих технологічних відходів хімічних виробництв, які щорічно утворюються у кількості десятків тисяч тонн на території Російської Федерації, США, Канади, країн СНД, таких як Білорусія, Україна; у Румунії, Чехії та інших країнах. Так, наприклад, як джерело сировини для одержання тетрафториду кремнію можна використовувати вторинний продукт переробки апатиту на добрива - кременефтористоводневу кислоту (Н2SiF6). Відомий спосіб одержання тетрафториду кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти, що включає утворення солі кременефтористоводневої кислоти, її промивання, сушіння та подальше розкладання з утворенням газоподібного тетрафториду кремнію та фтористого 6 водню з подальшим відділенням кінцевого продукту [патент RU 2046095 C1 МПК С01В 33/10, публ. 20.10.1995]. Недолік даного способу полягає у тому, що після стадії розкладання солі кременефтористоводневої кислоти газоподібні продукти, що виділилися, тетрафторид кремнію (SiF4газ) та фтористий водень (HFгаз), розділяють низькотемпературною конденсацією HF при температурі -78 °C. Наявність стадії відділення тетрафториду кремнію від фтористого водню ускладнює технологічний процес, оскільки вимагає використання додаткового кріогенного устаткування та великих енерговитрат, що приводить до збільшення собівартості кінцевого продукту - тетрафториду кремнію. Відомий спосіб одержання тетрафториду кремнію із кременефтористоводневої кислоти, за яким здійснюють розкладання кременефтористоводневої кислоти на тетрафторид кремнію та фтористий водень шляхом нагрівання кислоти до температури 112 °C, після чого пропускають газову суміш крізь діоксид кремнію [патент GB 1009564 публ. 10.11.1965]. Недолік даного способу полягає у тому, що розкладання кременефтористоводневої кислоти здійснюють шляхом її нагрівання, збільшуючи тим самим енергетичні витрати. Пропущення газової суміші тетрафториду кремнію та фтористого водню крізь діоксид кремнію приводить не тільки до утворення додаткового кремнію у результаті взаємодії діоксиду із фтористим воднем, але також і води, яку необхідно видаляти із зони реакції, що вимагає використання додаткової операції. Відомий спосіб одержання тетрафториду кремнію шляхом взаємодії фтористого водню з діоксидом кремнію, поміщеним у концентровану сірчану кислоту для видалення води із зони реакції [патент JP 57135711 публ. 21.08.1982]. 1 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Однак цей спосіб використовується для одержання тетрафториду, у той час як у способі, що заявляється, відбувається збільшення виходу тетрафториду із кременефтористоводневої кислоти шляхом пропущенім нерозділеної суміші фториду водню та тетрафториду крізь діоксид кремнію у присутності олеуму. Відомий спосіб відновлення кремнію з діоксиду кремнію парами магнію [патент RU 2036143 6 С1 МПК С01В 33/023, публ. 27.05.1995]. Недолік даного способу полягає у тому, що як сировина для відновлення кремнію використовується діоксид кремнію, та одержуваний у результаті відновлення кремній містить велику кількість домішок. Відомий спосіб одержання кремнію, що включає взаємодію кремнефторовмісної сполуки з 6 відновником [патент RU 2035397 C1 МПК С01В 33/02 публ. 20.05.1995]. Недолік даного способу полягає у тому, що як відновник кремнію використовується атомарний водень, що вимагає забезпечення підвищених вимог до безпеки виробництва. Відомий спосіб одержання кремнію шляхом взаємодії тетрафториду кремнію з металами першої та другої групи, зокрема магнієм [заявка WO 03059814 А, публ. 24.07.2003]. Недоліком даного способу є те, що у результаті його реалізації одержують аморфний кремній. Відомий пристрій для одержання полікристалічного кремнію, що включає реакційну камеру [патент RU 2224715 С1, публ. 27.02.2004]. Недоліки пристрою полягають у тому, що він призначений для одержання кремнію із трихлорсилану з подальшим відновленням воднем і не придатний для організації процесу одержання кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти. Відомий пристрій для одержання полікристалічного кремнію, що включає реакційну камеру [патент RU 2066296 С1, публ. 10.09.1996], що має властивий попередньому пристрою недолік, а саме, неможливість одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти. Задача, на рішення якої спрямований винахід, що заявляється, складається у створенні безперервного процесу одержання полікристалічного кремнію сонячної якості з розчину кременефтористоводневої кислоти з метою зниження собівартості кінцевого продукту. Технічні результати, що досягаються при реалізації групи винаходів, що заявляється, полягають у одержанні з розчину кременефтористоводневої кислоти полікристалічного кремнію, за домішковим складом відповідного до кремнію "сонячної якості", підвищенні виходу кінцевого продукту (полікристалічного кремнію) за рахунок збільшення виходу одержуваного тетрафториду кремнію, підвищенні екологічності виробництва за рахунок утилізації побічних продуктів, які утворюються безпосередньо у технологічному процесі, переважно плавикової кислоти, спрощенні технологічного процесу одержання тетрафториду кремнію за рахунок виключення стадії розділення тетрафториду кремнію та фтористого водню, зниженні енерговитрат за рахунок використання низькотемпературних реакцій відновлення кремнію, створенні єдиного технологічного процесу одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти, переважно у вигляді порошку сферичної форми, за домішковим складом відповідного кремнію "сонячної якості". Вищевикладені переваги дозволяють значно знизити собівартість одержання полікристалічного кремнію (до 10$ за кілограм) при збереженні його високої чистоти (99,99 %99,999 %) та з вмістом домішок, достатнім для його застосування у сонячній енергетиці. Поставлені технічні результати досягаються за рахунок того, що спосіб одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти характеризується тим, що: одержують органорозчинну сіль кременефтористоводневої кислоти з розчину кременефтористоводневої кислоти шляхом взаємодії кременефтористоводневої кислоти з розчином органічної основи; одержану сіль кременефтористоводневої кислоти сушать потоком повітря або інертного газу, підігрітого до температури 55-60 °C; одержують газоподібний тетрафторид кремнію із солі кременефтористоводневої кислоти; газоподібний тетрафторид кремнію одержують шляхом розкладання солі кременефтористоводневої кислоти на газоподібний тетрафторид кремнію та фтористий водень; утворений газоподібний тетрафторид кремнію та фтористий водень без розділення пропускають крізь діоксид кремнію, поміщений у олеум; відновлюють кремній з одержаного газоподібного тетрафториду кремнію парами магнію при температурі, не більшій за 1000 °C; розділяють продукти реакції, що є сумішшю порошку кремнію та фториду магнію з одночасним одержанням полікристалічного кремнію у вигляді порошку сферичної форми; 2 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відокремлюють одержаний полікристалічний кремній від фториду магнію. Сукупність технологічних операцій, за яких продукти, одержані на попередній операції, є вихідними продуктами для наступної операції дозволяє одержувати полікристалічний кремній високої чистоти. Одержання органорозчинної солі кременефтористоводневої кислоти забезпечує одержання особливо чистого тетрафториду кремнію. Сушіння одержаної солі кременефтористоводневої кислоти забезпечує прискорення технологічних процесів. У результаті барботування нерозділеного газового потоку SiF4газ і HFгаз, крізь засіб для нейтралізації фтористого водню, наприклад, барботажний реактор, наповнений діоксидом кремнію, поміщеним у олеум, SiF4газ не реагує з ним, у той час як газоподібна складова HF газ вступає у реакцію - SiО2+4HFгаз=SiF4газ+Н2О, у результаті якої відбувається утворення додаткового газоподібного тетрафториду кремнію, що збільшує загальний вихід тетрафториду кремнію. Таким чином, у результаті барботування нерозділеного газового потоку SiF 4газ+HFгаз крізь діоксид кремнію на виході одержують тільки газоподібний SiF4 без будь-яких домішок з підвищеним видобуванням Si. Додаткове відновлення тетрафториду кремнію (SiF 4газ) з SiО2 у присутності HF дозволяє збільшити загальний вихід SiF 4газ та одночасно утилізувати фтористий водень безпосередньо у технологічному процесі, виключивши з технологічного процесу стадію відділення тетрафториду кремнію від фтористого водню, для реалізації якої необхідне використання додаткового устаткування та створення технологічних енергоємних умов. Наявність олеуму забезпечує видалення води, що утворилася у результаті реакції, що виключає проведення додаткових технологічних операцій по її видаленню. Відновлення кремнію при температурі, не більшій за 1000 °C, забезпечує зниження енерговитрат та підвищує безпеку виробництва. Розділення продуктів реакції, які є сумішшю порошку кремнію та фториду магнію з одночасним одержанням полікристалічного кремнію у вигляді порошку сферичної форми усуває необхідність додаткових операцій по перетворенню аморфного кремнію на кристалічний, що забезпечує зниження витрат, безперервність процесу, а також полегшує відділення великих кристалів сферичної форми від порошку фториду магнію. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу сіль (екстракт) кременефтористоводневої кислоти перед розкладанням промивають. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, як органічну основу використовують розчин триалкіламіну або розчин триалкіламіну у триетилбензолі, або розчин триалкіламіну у суміші додекану з октиловим спиртом. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, розкладання солі доцільно здійснювати обробкою її концентрованою мінеральною кислотою. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, як мінеральну кислоту доцільно використовувати олеум, що містить 3-5 % мас. вільного сірчаного ангідриду. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, діоксид кремнію доцільно помістити у 47 % розчин олеуму.Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, як діоксид кремнію можуть використовувати кварцовий пісок. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, розділення реакційної суміші з одночасним одержанням кремнію у вигляді порошку сферичної форми здійснюють методом відцентрового розпилення. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, відцентрове розпилення полягає у тому, що суміш порошку кремнію та фториду магнію направляють до обертового тиглю, розміщеного у плавильній печі, та піддають суміш дії плазмової дуги, що утворюється між тиглем та неплавким електродом. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, відцентрове розділення доцільно здійснювати у атмосфері інертного газу. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, відновлення кремнію проходить у присутності інертного газу, що забезпечує транспортування тетрафториду кремнію у реактор та витягнення реакційної суміші з вихрового реактора. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, як інертний газ доцільно використовувати аргон. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, пари магнію подають до вихрового реактора з вакуумного випарника. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, одержують полікристалічний кремній у вигляді порошку кремнію сферичної форми з розмірами часток, що переважно перебувають у діапазоні від 0,3 до 0,6 мм. 3 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу сферичний порошок кремнію промивають дистильованою водою та бідистильованою водою. Для реалізації способу одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти у вигляді порошку сферичної форми та досягнення поставлених технічних результатів краще використовувати пристрій для безперервного одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти у вигляді порошку сферичної форми, що включає з'єднані за допомогою системи трубопроводів засіб, що забезпечує можливість екстрагування розчину кременефтористоводневої кислоти у присутності екстрагентів, засіб, що забезпечує сушіння одержаного екстракту, засіб, що забезпечує можливість кислотної обробки екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню, засіб, що забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням тетрафториду кремнію, засіб, що забезпечує можливість утворення парів магнію з розплаву магнію, засіб для відновлення кремнію з газоподібного тетрафториду кремнію парами магнію, засіб, що забезпечує розділення реакційної суміші порошку кремнію та фториду магнію з одночасним одержанням кремнію у вигляді порошку сферичної форми, засіб для відділення кремнію у вигляді порошку сферичної форми від фториду магнію. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб, що забезпечує можливість екстрагування розчину кременефтористоводневої кислоти включає, щонайменше, один відцентровий екстрактор. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб, що забезпечує сушіння екстракту включає, щонайменше, один барботажний сушильний апарат, обладнаний теплообмінником. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб, що забезпечує можливість кислотної обробки екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню включає, щонайменше, один відцентровий екстрактор. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб, що забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням тетрафториду кремнію включає, щонайменше, один барботажний реактор, наповнений діоксидом кремнію. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, відцентровий екстрактор та барботажний сушильний апарат виконані із захисним покриттям. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, захисне покриття виконане на основі фторопласта. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, як засіб, що забезпечує можливість утворення парів магнію з розплаву магнію використовують, щонайменше, один вакуумний випарник. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, як реакційну камеру для відновлення кремнію використовують, щонайменше, один вихровий реактор. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, вакуумний випарник та вихровий реактор виконані із захисною футерівкою. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, вихровий реактор обладнаний вакуумним насосом. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, вихровий ректор обладнаний засобом, що забезпечує його нагрівання. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб для відділення кінцевого продукту включає, щонайменше, один резервуар, наповнений рідиною, щільність якої не перевищує щільності кремнію. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб для одержання кремнію у вигляді порошку сферичної форми включає плавильну піч із встановленим у ній тиглем, виконаним з можливістю обертання та електрод, між якими підтримують плазмову дугу. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, електрод виконаний неплавким. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб для відділення кінцевого продукту виконаний у вигляді вібростола. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, пристрій для одержання полікристалічного кремнію додатково включає плавильну піч, що забезпечує одержання кремнію у зливках. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, засіб для охолодження одержаної у результаті відновлення реакційної суміші. Крім того, у окремому випадку реалізації винаходу, пристрій додатково включає лінію для фасування кремнію. Вищевказані та інші ознаки та переваги даного винаходу розкриті у нижченаведеному описі кращих варіантів його здійснення, що наводяться із посиланнями на фігури креслень, на яких: 4 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг.1 - Принципова схема пристрою для одержання полікристалічного кремнію у вигляді порошку сферичної форми; Фіг.2 - Принципова технологічна схема одержання полікристалічного кремнію у вигляді порошку сферичної форми. Одержання полікристалічного кремнію у вигляді порошку сферичної форми з розчину кременефтористоводневої кислоти у вигляді порошку сферичної форми краще здійснювати у дві основні технологічні стадії. На першій технологічній стадії одержують газоподібний тетрафторид кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти (H2SiF6) з використанням пристрою для одержання тетрафториду кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти, що включає з'єднані між собою за допомогою системи трубопроводів із запірними арматурами засіб 1 для екстрагування водного розчину кременефтористоводневої кислоти (H2SіF6), що включає, щонайменше, один відцентровий екстрактор із захисним фторопластовим покриттям, засіб 2, що забезпечує можливість сушіння одержаного екстракту, що включає, щонайменше, один барботажний сушильний апарат з захисним фторопластовим покриттям, обладнаний теплообмінником, засіб 3, що забезпечує можливість кислотної обробки екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню, що включає, щонайменше, один відцентровий екстрактор із захисним фторопластовим покриттям, засіб 4, що забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням додаткового тетрафториду кремнію, що включає, щонайменше, один барботажний реактор із захисним фторопластовим покриттям, наповнений, наприклад, діоксидом кремнію, як такий можуть використовувати кварцовий пісок. З використанням вищеописаного пристрою тетрафторид кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти одержують у такий спосіб. Водний розчин кременефтористоводневої кислоти (H 2SiF6), переважно 20-тивідсотковий, обробляють у засобі 1 для одержання екстракту розчином органічної основи (екстрагент), наприклад, розчином триалкіламіну (ТАА) або розчином триалкіламіну у триетилбензолі (ТАА+ТЕБ), або розчином триалкіламіну у суміші додекана з октиловим спиртом (ТАА+ДЦК+ОКС) з утворенням органорозчинної солі (екстракту), наприклад, (TAAH)2SiF6. По завершенні екстрагування та відстоювання фаз одержаний екстракт кременефтористоводневої кислоти відокремлюють від водної фази, промивають водним розчином HF, сушать за допомогою засобу 2, що включає барботажний сушильний апарат із захисним фторопластовим покриттям, обладнаний теплообмінником, потоком повітря або інертного газу, підігрітого до температури 55-60 °C, та обробляють концентрованою мінеральною кислотою, переважно олеумом, що містить 3-5 % сірчаного ангідриду, у засобі 3 для кислотної обробки екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію SiF 4газ та фтористого водню HFгаз. Водну фазу від даної операції повертають на стадію екстракції. Виділення газоподібних продуктів розкладання органічної солі кременефтористоводневої кислоти, а саме SiF4газ та HFгаз у засобі 2 відбувається у результаті перебігу наступної реакції: (TAAH)2SiF6+nH2SO4→SiF4газ+2HFгаз+(TAAH)2SO4·(H2SO4)n-1 (при використанні як екстрагенту розчину триалкіламіну). Після завершення газовиділення та відстоювання фаз органічну фазу відокремлюють відводної фази, промивають послідовно водою та водним розчином гідроксиду натрію до повного видалення H 2SO4. Регенерований екстрагент повертають на стадію екстракції H2SiF6. Газоподібні продукти тетрафторид кремнію (SiF4газ) і фтористий водень (HFгаз), що виділилися у результаті розкладання солі кременефтористоводневої кислоти, без розділення направляють до засобу 4, що забезпечує нейтралізацію фтористого водню з утворенням додаткового тетрафториду кремнію, та включає, щонайменше, один барботажний реактор із захисним фторопластовим покриттям, наповнений речовиною, що забезпечує нейтралізацію фтористого водню, наприклад, діоксидом кремнію, як такий можуть у кращому варіанті використовувати кварцовий пісок. Газоподібний тетрафторид кремнію (SiF4газ), барботуючи крізь діоксид кремнію (SiО 2), не вступає з ним у хімічну реакцію, а у результаті протікання реакції 4HFгаз+SiО2→SiF4↑+2Н2О відбувається утворення додаткового газоподібного тетрафториду кремнію (SiF4газ), чим забезпечується збільшення загального виходу тетрафториду кремнію. Одночасно зі збільшенням виходу газоподібного тетрафториду кремнію забезпечується нейтралізація такого небезпечного продукту, як фтористий водень (плавикова кислота) безпосередньо у технологічному процесі. Також одержання органічної солі кременефтористоводневої кислоти (екстракту) можливо здійснити методом безперервної протиструминної екстракції. Для здійснення цього кращого варіанту реалізації винаходу як засіб 1 доцільно використовувати протиструминний екстрактор, складений, щонайменше, із шести щаблів, на п'яти з яких здійснюють екстракцію H 2SiF6, a шостий щабель забезпечує промивання екстракту. Екстракт кременефтористоводневої кислоти, 5 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 що виходить з останнього щабля, сушать потоком повітря або інертного газу, підігрітого до температури 55-60 °C, і обробляють концентрованою мінеральною кислотою, переважно олеумом, що містить 3-5 % сірчаного ангідриду. Після одержання газоподібного тетрафториду кремнію з підвищеним виходом кремнію та низьким вмістом домішок за вищеописаним способом здійснюють наступну технологічну стадію, яка полягає у відновленні кремнію з одержаного на попередній стадії газоподібного тетрафториду кремнію. Для одержання полікристалічного кремнію, що відповідає заявленим характеристикам за домішковим складом та ціновими показниками, краще використовувати пристрій для одержання полікристалічного кремнію, наведений на Фіг.1, та спосіб одержання полікристалічного кремнію, наведений на Фіг.2, реалізований з використанням даного пристрою. Пристрій для безперервного одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти (Фіг.1) включає з'єднані між собою за допомогою системи трубопроводів із запірною арматурою засіб 1 для екстрагування водного розчину кременефтористоводневої кислоти (H2SiF6), що включає, щонайменше, один відцентровий екстрактор із захисним фторопластовим покриттям, засіб 2, що забезпечує можливість сушіння одержаного екстракту, що включає, щонайменше, один барботажний сушильний апарат із захисним фторопластовим покриттям, обладнаний теплообмінником, засіб 3, що забезпечує можливість кислотної обробки екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню, що включає, щонайменше, один відцентровий екстрактор із захисним фторопластовим покриттям, засіб 4, що забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням додаткового тетрафториду кремнію, що включає, щонайменше, один барботажний реактор із захисним фторопластовим покриттям, наповнений, наприклад, діоксидом кремнію (кварцовий пісок), засіб 5, що забезпечує утворення парів магнію з розплаву магнію, що включає, щонайменше, один вакуумний випарник із захисними футерівками, засіб 6 для відновлення кремнію з тетрафториду кремнію парами магнію, як такий використовують, щонайменше, один вихровий реактор, обладнаний вакуумним насосом, що забезпечує видалення повітря з камери, та засобом, що забезпечує нагрівання реакційної камери, засіб 7 для охолодження одержаної у результаті відновлення реакційної суміші, засіб 8, що забезпечує розділення реакційної суміші у вигляді порошку кремнію та фториду магнію з одночасним одержанням сферичного порошку кремнію, та засіб 9, що забезпечує відділення сферичного порошку кремнію від фториду магнію. Захисне фторопластове покриття забезпечує захист устаткування від впливу агресивних середовищ у процесі експлуатації, що подовжує строк його служби. Кількість необхідного устаткування визначається потужністю пристрою, яка розраховується, виходячи з об'ємів кислоти, що переробляється, та одержуваного кремнію. Додатково пристрій може містити засоби, що не відносяться безпосередньо до процесу одержання кремнію, але забезпечують допоміжні операції, наприклад, лінію для фасування кремнію, лінію для фасування фториду магнію, лінію для одержання гіпсу з розчинів від регенерації екстрагента (на фігурі не показані). Одержаний газоподібний тетрафторид кремнію із засобу 4 подають до реакційної камери 6 для відновлення кремнію, що є, щонайменше, одним вихровим реактором, обладнаним вакуумним насосом та засобом нагрівання. Одночасно з тетрафторидом кремнію до реакційної камери 6 із засобу 5 подають пароподібний магній. Після вакуумування (видалення повітря) реакційну камеру 6 нагрівають до температури 670-800 °C. Газоподібний тетрафторид кремнію вступає у взаємодію з парами магнію, і в результаті протікання відновної реакції SiF4газ+Mgгаз=Si+MgF2 утворюється реакційна суміш, що є сумішшю порошків кремнію (Si) + фториду магнію (MgF2). Продукти реакції, що утворилися у результаті відновлення, охолоджують у холодильній установці 7, після чого відокремлюють порошок кремнію (Si) від фториду магнію (MgF2). Для витягнення реакційної суміші з реакційної камери 6 використовують "транспортуючий" газ, а саме, аргон, що подають до реакційної камери 6 одночасно з газоподібним тетрафторидом кремнію. У кращому варіанті здійснення винаходу доцільно одержувати кремній у вигляді товарної продукції, а саме у вигляді порошку сферичної форми. Враховуючи, що розплав кремнію та розплав фториду магнію мають різні характеристики, для ефективного розділення одержаної суміші та одночасного переведення кремнію у товарний вид - сферичний порошок, кращим варіантом одержання кремнію у вигляді порошку сферичної форми є метод відцентрового розпилення у атмосфері інертного газу. Для реалізації методу відцентрового розпилення засіб 8 включає плавильну піч, у якій розташований тигель, виконаний з можливістю обертання, та неплавкий електрод, між якими підтримується плазмова дуга. Суміш порошків кремнію та фториду магнію направляють до обертового тиглю та впливають на неї теплом плазмової дуги, що горить між тиглем та неплавким електродом. Під 6 UA 98148 C2 5 10 дією теплової дуга кремній та фторид магнію плавляться, і розплав, що утворюється, під дією відцентрових сил відтісняється до крайки тигля та зривається з неї у вигляді окремих крапель кремнію та фториду магнію. Розплавлені краплі у інертній атмосфері твердіють у вигляді окремих сферичних часток у польоті до удару об стінки камери та зберігають свою сферичність у твердій фазі. У силу того, що розміри часток фториду магнію у 1,3-1,5 разів менші за розміри одержаного сферичного порошку кремнію, то з високим ступенем точності можна провести відділення порошку кремнію у засобі 9, що є, наприклад, вібростолом. Одержаний сферичний порошок кремнію з розмірами часток, що переважно перебувають у діапазоні від 0,3 до 0,6 мм промивають дистильованою водою та бідистильованою водою. Таким чином, реалізація винаходу, що заявляється, дозволяє безупинно одержувати полікристалічний кремній з розчину кременефтористоводневої кислоти, полікристалічний кремній у вигляді порошку сферичної форми з високим ступенем очищення від домішок (99,99 %), підвищеним виходом кінцевого продукту та низькою собівартістю у порівнянні з існуючими технологіями. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти, який відрізняється тим, що одержують органорозчинну сіль кременефтористоводневої кислоти з розчину кременефтористоводневої кислоти шляхом взаємодії кременефтористоводневої кислоти з органічною основою, одержану сіль кременефтористоводневої кислоти сушать повітрям або інертним газом при температурі 55-60 ºС, одержують газоподібний тетрафторид кремнію із солі кременефтористоводневої кислоти, газоподібний тетрафторид кремнію одержують шляхом розкладання солі кременефтористоводневої кислоти на газоподібний тетрафторид кремнію та фтористий водень, утворений газоподібний тетрафторид кремнію та фтористий водень без розділення пропускають крізь діоксид кремнію у присутності олеуму, відновлюють кремній з одержаного газоподібного тетрафториду кремнію парами магнію при температурі, не більшій за 1000 °C, розділяють одержані у результаті відновлення продукти реакції, що є сумішшю порошку кремнію та фториду магнію, з одночасним одержанням полікристалічного кремнію у вигляді порошку сферичної форми, відокремлюють одержаний полікристалічний кремній від фториду магнію. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що одержану у результаті відновлення реакційну суміш порошку кремнію та фториду магнію перед розділенням охолоджують. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відділення полікристалічного кремнію від фториду магнію здійснюють за допомогою відцентрових сил. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відділення кінцевого продукту від фториду магнію здійснюють гідростатичним способом. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розділення реакційної суміші з одночасним одержанням полікристалічного кремнію у вигляді сферичного порошку здійснюють методом відцентрового розпилення. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що метод відцентрового розпилення характеризується тим, що реакційну суміш порошку кремнію та фториду магнію подають до розташованого у плавильній печі тигля, виконаного з можливістю обертання та піддають реакційну суміш дії плазмової дуги, утвореної між тиглем та неплавким електродом. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що відцентрове розпилення здійснюють у атмосфері інертного газу. 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відновлення кремнію здійснюють у вихровому реакторі. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відновлення кремнію проходить у присутності аргону, чим забезпечують транспортування газоподібного тетрафториду кремнію та витягнення реакційної суміші з вихрового реактора. 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відновлення кремнію здійснюють у вихровому реакторі, в який подають пари магнію з вакуумного випарника. 11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сіль кременефтористоводневої кислоти перед розділенням промивають. 12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що засіб, який забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням тетрафториду кремнію, включає щонайменше один барботажний реактор, наповнений діоксидом кремнію. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що діоксид кремнію поміщений в 4-7 % розчин олеуму. 7 UA 98148 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розкладання солі кременефтористоводневої кислоти здійснюють шляхом обробки її концентрованою мінеральною кислотою. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що як мінеральну кислоту використовують олеум, який містить 3-5 % мас. вільного сірчаного ангідриду. 16. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що одержують полікристалічний кремній у вигляді порошку кремнію сферичної форми з розмірами часток, що переважно перебувають у діапазоні від 0,3 до 0,6 мм. 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що сферичний порошок кремнію промивають дистильованою водою та бідистильованою водою. 18. Пристрій для одержання полікристалічного кремнію з розчину кременефтористоводневої кислоти у вигляді порошку сферичної форми, що включає поєднані за допомогою системи трубопроводів: засіб, що забезпечує можливість екстрагування розчину кременефтористоводневої кислоти, засіб, що забезпечує сушіння одержаного екстракту кременефтористоводневої кислоти, засіб, що забезпечує можливість розкладання екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню, засіб, що забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням тетрафториду кремнію, засіб, що забезпечує можливість утворення парів магнію з розплаву магнію, засіб, що забезпечує відновлення кремнію з газоподібного тетрафториду кремнію у присутності магнію, засіб, що забезпечує розділення реакційної суміші з одночасним одержанням кремнію у вигляді порошку сферичної форми, засіб для відділення кінцевого продукту. 19. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засіб, який забезпечує можливість екстрагування розчину кременефтористоводневої кислоти, включає щонайменше один відцентровий екстрактор. 20. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засіб, який забезпечує сушіння екстракту, включає щонайменше один барботажний сушильний апарат, обладнаний теплообмінником. 21. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засіб, який забезпечує розкладання екстракту з утворенням газоподібних тетрафториду кремнію та фтористого водню, включає щонайменше один відцентровий екстрактор. 22. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засіб, який забезпечує можливість нейтралізації фтористого водню з утворенням тетрафториду кремнію, включає щонайменше один барботажний реактор, наповнений діоксидом кремнію. 23. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що містить відцентровий екстрактор та барботажний сушильний апарат, які виконані із захисним покриттям. 24. Пристрій за п. 23, який відрізняється тим, що захисне покриття виконане на основі фторопласту. 25. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засобом, що забезпечує можливість утворення парів магнію з розплаву магнію, є щонайменше один вакуумний випарник. 26. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засобом для відновлення кремнію є щонайменше один вихровий реактор. 27. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що містить вакуумний випарник та вихровий реактор, які виконані із захисною футерівкою. 28. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що вихровий реактор додатково обладнаний вакуумним насосом. 29. Пристрій за п. 27, який відрізняється тим, що вихровий реактор додатково обладнаний засобом, що забезпечує його нагрівання. 30. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засіб для одержання кремнію у вигляді порошку сферичної форми та розділення реакційної суміші включає розташований у плавильній печі тигель, виконаний з можливістю обертання, та електрод, між якими можливе утворення плазмової дуги. 31. Пристрій за п. 30, який відрізняється тим, що електрод виконаний неплавким. 32. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що засіб для відділення кінцевого продукту виконаний у вигляді вібростола. 33. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що додатково включає лінію для фасування кремнію. 34. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що додатково включає засіб, який забезпечує одержання полікристалічного кремнію у зливках. 35. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що додатково включає засіб для охолодження одержаної у результаті відновлення реакційної суміші. 8 UA 98148 C2 9 UA 98148 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10