[發(fā)明專利]通過(guò)鎂熱還原用于生產(chǎn)硅的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680003687.1
• 申請(qǐng)日: 2016-10-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107074560B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彼得·吉格萊爾;于爾根·施托雷爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瓦克化學(xué)股份公司
• 主分類號(hào): C01B33/023
• 分類號(hào): C01B33/023
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 張英;宮傳芝

本發(fā)明涉及用于通過(guò)鎂熱還原二氧化硅生產(chǎn)硅的方法，特征在于，對(duì)于鎂熱還原，使用了包含二氧化硅(SiO₂)、鎂(Mg)的反應(yīng)物混合物，以及作為緩和劑的氧化鎂(MgO)和硅(Si)以及可選的另外的緩和劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于通過(guò)鎂熱還原二氧化硅生產(chǎn)硅的方法。

背景技術(shù)

含硅產(chǎn)品在當(dāng)前的產(chǎn)品環(huán)境中，特別是在電子領(lǐng)域，例如，在半導(dǎo)體，鋰離子電池或太陽(yáng)能電池中是普遍的。因此，始終存在進(jìn)一步改進(jìn)生產(chǎn)硅的方法的需要。一種已確立的獲得硅的化學(xué)方法是用鎂還原(鎂熱還原)二氧化硅，這通過(guò)以下反應(yīng)方案闡明：

SiO₂+2Mg-->2MgO+Si

例如，鎂熱還原一般會(huì)生成作為副產(chǎn)物的相當(dāng)大量的硅酸鎂或硅化鎂。

鎂熱還原首先由伽特曼(Gattermann)在1889年描述于文獻(xiàn)“Ber.Deut.Chem.Ges.1889,22,186”中。所述反應(yīng)的巨大反應(yīng)焓ΔH(ΔH＝-293kJ/mol)即使在那個(gè)時(shí)候也是顯著的。為了發(fā)展所述反應(yīng)可控的文獻(xiàn)Lehrbuch der AnorganischenChemie,Holleman and Wiberg(1995,101st edition,page 877)，建議加入氧化鎂作為緩和劑。最后，WO 2008/067391 A2建議冷卻所述反應(yīng)器或加入惰性材料，例如，金屬(氧化物)或者，例如氯化物、硫化物或硝酸鹽的金屬鹽。惰性材料的具體實(shí)例是氯化鈉或可替代的氧化鎂，它們按照，例如，72wt％(MgO)或65wt％(NaCl)的比例用于所述原料混合物中。所述還原不連續(xù)地進(jìn)行。WO 2011/042742 A1建議氯化鈉或可替代的氯化鈣作為用鎂還原SiO₂的緩和劑。

然而，對(duì)于沒(méi)有添加緩和劑進(jìn)行的鎂熱還原的很多方法都是已知的。因此，US7615206 B2描述了一種無(wú)緩和劑的不連續(xù)進(jìn)行的鎂熱還原法。US 7615206具體涉及通過(guò)納米-微米尺度的氧化硅起始結(jié)構(gòu)(例如，如硅藻土)的維持結(jié)構(gòu)的反應(yīng)制備具有特定的納米-微米尺度結(jié)構(gòu)的硅。該文獻(xiàn)是基于利用鎂還原二氧化硅時(shí)保持結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果，正如在文獻(xiàn)“Nature 2007,446,172”中的討論。因此，SiO₂的鎂熱還原使得有可能產(chǎn)生維持結(jié)構(gòu)的明確硅結(jié)構(gòu)。鎂熱還原的進(jìn)一步的未緩和的變體也描述于WO 10139346 A1，WO 2013179068A2，KR 100493960，TWI 287890B和WO2013/147958 A2中。US 8268481 BB描述了通過(guò)用金屬還原劑，例如，如鎂或鋁還原熱解二氧化硅來(lái)生產(chǎn)硅的方法。推薦加入流動(dòng)劑或溶劑活化金屬還原劑，并推薦使用高導(dǎo)熱性的金屬，如銅或黃銅來(lái)控制所述反應(yīng)溫度。描述了不連續(xù)式的方法。

在這種背景下，繼續(xù)需要在SiO₂的鎂熱還原中控制大量的、突然釋放的熱量。

發(fā)明內(nèi)容

這導(dǎo)致了嚴(yán)重的問(wèn)題，特別是在工業(yè)規(guī)模上進(jìn)行所述反應(yīng)。雖然反應(yīng)熱能夠通過(guò)添加緩和劑，如氯化鈉進(jìn)行吸收，但從反應(yīng)物混合物中除去卻需要額外的復(fù)雜性，例如，進(jìn)一步的洗滌步驟，這表示額外的不便，并且另外產(chǎn)生了更多量的廢物，這些廢物必須輸送用于以極大經(jīng)濟(jì)成本為代價(jià)的復(fù)雜的處理或回收。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是改變二氧化硅的鎂熱還原，使所述反應(yīng)溫度可以進(jìn)行控制，且同時(shí)降低緩和劑去除的復(fù)雜性。另外，盡可能地提高硅產(chǎn)率，并且應(yīng)該減少副產(chǎn)物，特別是硅酸鎂的生成規(guī)模。

現(xiàn)在令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明目的通過(guò)將氧化鎂和還有的硅作為緩和劑添加到鎂熱還原的反應(yīng)物中而實(shí)現(xiàn)。因此，作為鎂熱還原產(chǎn)物獲得的緩和劑加入到所述反應(yīng)物中。

本發(fā)明提供了通過(guò)鎂熱還原二氧化硅而生產(chǎn)硅的方法，其中為了實(shí)現(xiàn)鎂熱還原，使用了包含二氧化硅(SiO₂)、鎂(Mg)和作為緩和劑的氧化鎂(MgO)和硅(Si)以及可選的另外的緩和劑的混合物(反應(yīng)物混合物)。