[發明專利]一種采用熔鹽電解制取硅的方法

有效

• 申請號: 201110362133.X
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN103103552A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 盧世剛;丁海洋;楊娟玉;張向軍;闞素榮
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C01B33/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及Si的生產制備方法，采用溶解SiO₂的熔鹽體系直接電解獲得Si，特點是對SiO₂有很好的溶解性能，并且可以便于工業化生產進行連續電解。具有工藝簡單方便，生產Si的速度及產品形貌可控，所得Si的純度高，減少了工藝流程等優點。所制備的硅可用于電池負極材料、電子、發光器件、光伏等多種領域，屬于非金屬熔鹽電解技術領域。(尤其涉及化學工業、冶金工業和熔鹽電解等多種技術領域)?

背景技術

硅作為鋰離子電池負極材料，有高容量的優勢，具有廣闊的應用前景，此外生成具有功能結構的硅還可成為電子等行業的發展需求。目前，Si生產主要采用傳統的西門子法和改良的西門子法，但存在投資大、成本高、生產效率低、能耗高、污染大、副產品多等缺點。采用新方法進行硅生產成為人們研究的熱點，如采用冶金法制取硅的方法，該方法具有產量大，成本低，利于工業生產等優勢，缺點是硅的純度較西門子法低；采用激光燒蝕法可制備硅納米線，該方法產量大、純度高，但設備昂貴，產品成本高。?

采用熔鹽體系進行直接電解得到金屬單質，已成為鋁、鈣、鈹、鋰、鈉等以熱還原法難制得金屬的制備方法，許多稀有金屬也可用熔鹽電解法制得，如釷、鈮、鋯、鉭等，但從熔鹽中直接電解制取微米及亞微米級Si的方法還未見報道。專利ZL?95193459.7中介紹了在氟化物熔鹽體系中的長石制備硅、鋁硅或鋁的方法，但是沒有介紹所得硅的形貌且電解原料與本發明有明顯不同。且陰極的形式差別較大，本發明未涉及與硅形成合金的物質。美國專利US3022233也記載了在在氟化物及四氟化硅的體系中制備硅及技術硅化物的方法，陰極采用金屬，同樣與本發明也有明顯的區別。英國劍橋大學提出的FFC工藝(WO1999/064638)包含硅的制備方法，但主要是通過將固態氧化物還原制得的。但是將固態氧化物直接氧化的方法，不利于連續生產。本發明將氧化硅溶解在熔鹽體系中，將硅從熔鹽中電解得到納米及微米硅、納米及微米硅線(管)材料及其復合材料的電化學方法，目前還未見報道。?

發明內容

本發明基于目前世界硅工業發展的熱點，在大量的實驗研究基礎上研究成功的電解法制取硅。本發明的目的是提供一種適用于硅電解的生產方法，目的在于解決現有工藝中成本高、生產效率低、能耗高、污染大、副產品多等問題。?

本發明的再一個目的是提供一種生產硅的方法。?

本發明提出一種適用于硅生產的方法的同時，也提供了適用于該熔鹽電解硅的操作條件。本發明的另一個目的在于提供一種新型電解體系以及使用惰性陽極進行硅電解的方法。?

本發明是通過以下技術方案來加以實現的：?

本發明提出的熔鹽體系組成為(x)A(y)AlF₃(z)SiO₂，其中x為A的摩爾百分比含量，y為AlF₃的摩爾百分比含量，z為SiO₂的摩爾百分比含量，x為25～77％，y為22～50％，z為1～25％；A由KF、NaF、K₂SiF₆、Na₂SiF₆、AlF₃、Al₂O₃、MgF₂、CaF₂、KCl、NaCl、LiF、BaF₂的單一或多種鹽組成。?

本發明提出的熔鹽體系組成為(x)A(y)AlF₃(z)SiO₂，其中x為A的摩爾百分比含量，y為AlF₃的摩爾百分比含量，z為SiO₂的摩爾百分比含量，x為25～99％，y為0～50％，z為1～25％；A由KF、NaF、K₂SiF₆、Na₂SiF₆、AlF₃、Al₂O₃、MgF₂、CaF₂、KCl、NaCl、MgCl₂、CaCl₂、LiCl、LiF、BaF₂的單一或多種鹽組成。?

本發明提出的采用熔鹽電解法制取硅的方法，電解過程陰極可采用碳作為陰極材料，碳可以采用碳粉末壓結材料、顆粒狀及塊狀石墨、活性炭等材料中的一種，或碳纖維。?