使用者88034593970522020-10-22 15:31:41

矽是各種各樣具有巨大經濟增長潛力的產品的組分，特別是在電子領域，例如半導體、鋰離子電池或太陽能電池中，因此對矽的需求不斷增加。結果，一直需要進一步改進生產矽的方法。一種用於獲得矽的已建立的化學方法是用鎂還原二氧化矽（鎂熱還原），如以下反應方案所示：

SiO2+2Mg——>2MgO+Si

鎂熱還原的缺點是它會形成大量的副產物，例如矽酸鎂或矽化鎂。

1889年Gattermann在“Ber。Deut。Chem。Ges。1889，22，186”中首次描述了鎂熱還原。那時報道了該反應的巨大反應焓ΔH（ΔH＝-293kJ/mol）。為了保持反應的程序可控，“Lehrbuch der Anorganischen Chemie，Holleman and Wiberg（1995，101版，第877頁）”建議加入氧化鎂作為慢化劑。為此，WO 2008/067391A2建議冷卻反應器或新增惰性材料，例如金屬（氧化物）或金屬鹽，例如氯化物、硫化物或硝酸鹽。惰性材料的例項是氯化鈉或氧化鎂，其例如以基於起始混合物72重量％（MgO，Riedel-de-Haen#13138，BET：42m2/g）的比例或65重量％（NaCl）的比例使用。WO 2011/042742A1推薦氯化鈉或氯化鈣作為慢化劑用於用鎂還原SiO2。

然而，還存在多種已知的用於鎂熱還原的方法，它們在沒有新增慢化劑的情況下操作。例如，US 7615206 B2描述了對奈米至微米級二氧化矽起始結構例如矽藻土進行結構保持的鎂熱還原。“Nature 2007 446，172”還教導了透過用鎂還原SiO2對限定的矽結構進行結構保持的途徑。在WO 10139346 A1，WO 2013179068 A2，KR 100493960，TWI 287890B和WO 2013147958 A2中描述了鎂熱還原的其它未慢化的變體。US 8268481 BB描述了透過用金屬還原劑例如鎂或鋁還原熱解二氧化矽來生產矽的方法。建議新增助熔劑或溶劑以活化金屬還原劑，並建議使用高導熱性金屬如銅或黃銅來控制反應溫度。

在這種背景下，在SiO2的鎂熱還原中控制大的和瞬時釋放的反應熱上仍然存在挑戰。尤其是在工業規模上進行該反應時，這是一個嚴重的問題。另一個目的是減少鎂熱還原中副產物的量，例如矽酸鎂或矽化鎂，並增加矽的產率。

使用者57678808387212022-01-10 09:14:54

可用鎂粉在赤熱下還原粉狀二氧化矽，用稀酸洗去生成的氧化鎂和鎂粉，再用氫氟酸洗去未作用的二氧化矽，即得單質矽。這種方法制得的都是不夠純淨的無定形矽，為棕黑色粉末。工業上生產矽是在電弧爐中還原矽石（SiO2含量大於99%）。

使用的還原劑為石油焦和木炭等。使用直流電弧爐時，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0。3%～0。8%），採用質量高的矽石（SiO2大於99%），可直接煉出製造矽鋼片用的高質量矽。高純的半導體矽可在1，200℃的熱矽棒上用氫氣還原高純的三氯氫矽SiHCl3或SiCl4製得。超純的單晶矽可透過直拉法或區域熔鍊法等製備。

用鎂還原二氧化矽可得無定形矽。用碳在電爐中還原二氧化矽可得晶體矽。電子工業中用的高純矽則是用氫氣還原三氯氫矽或四氯化矽而製得。