[發(fā)明專利]一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基粉體熱電材料的方法

有效

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• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103193234A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳少平;張霞;李育德;張機(jī)源;樊文浩;孟慶森;易堂紅
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: C01B33/06
• 分類號: C01B33/06;C01B3/06;B82Y30/00
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法，屬于熱電材料制備領(lǐng)域，具體而言是利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl₄制備Mg₂Si新型熱電材料的制備技術(shù)方案，特別是能夠利用多晶硅有毒副產(chǎn)物制備出新型綠色能源熱電轉(zhuǎn)換材料。

背景技術(shù)

多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)有：改良西門子法、硅烷法和流床法。正在研發(fā)的還有冶金法、氣液沉積法、重?fù)焦鑿U料法制造低成本多晶硅的新工藝，其中以西門子法生產(chǎn)多晶硅為最多。西門子法（三氯氫硅還原法）是以HCl（Cl₂、H₂）和冶金級工業(yè)為原料，將粗硅（工業(yè)硅）粉與HCl在高溫下合成為SiHCl₃，然后對SiHCl₃進(jìn)行化學(xué)提純，接著對SiHCl₃進(jìn)行多級精餾，使純度達(dá)到9個(gè)9以上。因此，在SiHCl₃合成和還原制取多晶硅的過程中，都會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物SiCl₄，還原過程產(chǎn)出1t多晶硅所產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物SiCl₄往往超過10t，SiCl₄又難于回收和轉(zhuǎn)換再利用。目前SiCl₄通常作為：（1）制造氣相法白炭黑的主要原料，目前國際市場已趨于飽和，而且高端規(guī)模技術(shù)化仍然有待于突破；（2）生產(chǎn)三氯氫硅，可以通過等離子體法還原四氯化硅、熱氫化技術(shù)、氫氯法、冷氫法得到三氯氫硅，但是由于將四氯化硅通過這些技術(shù)轉(zhuǎn)術(shù)轉(zhuǎn)化成三氯氫硅的成本比直接合成三氯氫硅的成本還要高，使這些技術(shù)難以工業(yè)化；（3）光纖高純四氯化硅，2009年中國光纖用量8800萬纖芯公里，預(yù)制棒70進(jìn)口，若全部自制最多需SiCl₄約4000噸，無法消化一千噸多晶硅公司的SiCl₄；（4）用來生產(chǎn)多晶硅，2009年中國光纖用量8800萬纖芯公里，預(yù)制棒70進(jìn)口，若全部自制最多需要SiCl₄約4000噸，無法消化一千噸多晶硅公司的SiCl₄；（5）合成一些有機(jī)硅產(chǎn)品，合成一些有機(jī)硅產(chǎn)品會受到次生污染和消耗量的制約，而且此方法消耗的SiCl₄有限。

熱電材料是利用熱電效應(yīng)（溫差電效應(yīng)）實(shí)現(xiàn)電能與熱能之間相互轉(zhuǎn)換的一類功能性材料，轉(zhuǎn)換過程不需要任何傳動裝置，因此工作時(shí)無噪音、無排棄物，對環(huán)境無污染，并且使用壽命長，具有廣泛的應(yīng)用前景。其中Mg–Si基熱電材料屬于中溫?zé)犭姴牧希ぷ鳒囟葹?00~800K，其廉價(jià)、無毒、耐腐蝕、高溫下穩(wěn)定性好，是一種新型綠色能源材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。利用有毒副產(chǎn)物SiCl₄制備Mg₂Si熱電材料，為我國多晶硅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展開辟了新的途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法目的在于：為解決現(xiàn)有技術(shù)中SiCl₄回收難的問題，從而公開一種利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl₄制備Mg₂Si新型熱電材料的技術(shù)方案，該方法降低了生產(chǎn)成本，解決了SiCl₄回收難的問題，反應(yīng)產(chǎn)物Mg₂Si屬于綠色能源，減少了環(huán)境污染。

本發(fā)明一種利用多晶硅副產(chǎn)物制備鎂硅基熱電材料的方法，其特征在于是利用多晶硅副產(chǎn)物SiCl₄通過化學(xué)反應(yīng)制備出Mg₂Si熱電材料的方法，該方法是先由按比例混合的顆粒度≤45μm，純度≥99.5%的MgH₂粉末原材料和純度為99%的SiCl₄在純度為99.2%的有機(jī)溶劑C₄H₈O中反應(yīng)生成SiH₄氣體，C₄H₈O不直接參與反應(yīng)；然后SiH₄氣體再與顆粒度≤45μm，純度≥99.5%的MgH₂?原材料通過加熱反應(yīng)得到Mg₂Si粉末，反應(yīng)方程式為：?

SiCl₄+2MgH₂=2MgCl₂+SiH_4??????????????????????????????????????（1）