ES2231668T3 - Procedimiento para preparar carburo de silicio. - Google Patents
Procedimiento para preparar carburo de silicio.Info
- Publication number
- ES2231668T3 ES2231668T3 ES02702980T ES02702980T ES2231668T3 ES 2231668 T3 ES2231668 T3 ES 2231668T3 ES 02702980 T ES02702980 T ES 02702980T ES 02702980 T ES02702980 T ES 02702980T ES 2231668 T3 ES2231668 T3 ES 2231668T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- cathode
- bath
- carbon
- electrolysis
- procedure according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 19
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title abstract description 19
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims description 3
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910000551 Silumin Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 26
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 26
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 11
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 7
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 5
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 229910005347 FeSi Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical group [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/36—Alloys obtained by cathodic reduction of all their ions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/33—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
- C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
- C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
- C01B32/97—Preparation from SiO or SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Un procedimiento para preparar carburo de silicio en el que: I. silicato y/o rocas que contienen cuarzo se someten a electrólisis en una fundido de sal que consiste en un baño de electrólisis que contiene fluoruro, por el que se forma silicio en el mismo baño y en un depósito en el cátodo, II. se añade polvo de carbono del material del cátodo y/o de fuentes externas directamente al baño fundido o al baño congelado además del depósito del cátodo, siendo triturados el baño congelado y el depósito del cátodo antes o después de la adición de partículas de carbono; III. se añaden ácido sulfúrico concentrado y luego ácido clorhídrico y agua al producto de la etapa II; IV. la mezcla obtenida de los granos de Si liberados y las partículas de carbono que flotan en la superficie junto con la escoria se funden a una temperatura superior a 1420ºC y se cristaliza SiC enfriando.
Description
Procedimiento para preparar carburo de
silicio.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para preparar carburo de silicio en un fundido de sal.
Las rocas de sílice y silicato y/o las rocas de silicato que
contienen aluminio se usan como material de materia prima, con/sin
soda (Na_{2}CO_{3}) y/o caliza (CaCO_{3}) disueltas en
fluoruros, en particular criolita.
Los productos preparados son de alta pureza.
El documento WO 95/33870 (la patente EP 763151),
en adelante designado como "WO 95", describe un procedimiento
para la preparación en continuo y la preparación en lote en una o
varias etapas en uno o varios hornos, de silicio (Si),
opcionalmente silumin (aleaciones de AlSi) y/o metal de aluminio
(Al) en un baño de fundición usando feldespato o rocas que
contienen feldespato disueltas en fluoruro. En dicho procedimiento
se prepara Si de alta pureza por electrólisis (etapa 1) en un
primer horno con un ánodo reemplazable de carbono dispuesto debajo
del cátodo, y un cátodo de carbono dispuesto en lo alto del horno.
Para la preparación de silumin el electrólito reducido por silicio
residual de la etapa I se transfiere a otro horno, y se añade Al
(etapa II). Después, el Al se prepara en un tercer horno (etapa III)
por electrólisis después de que el Si haya sido eliminado en la
etapa I y posiblemente en la etapa II. También describe
combinaciones de hornos con una pared de partición en la preparación
de las mismas sustancias. Además, se describe el equipo del proceso
para el procedimiento.
La presente invención representa un desarrollo
más y la mejora del procedimiento anteriormente mencionado.
El otro desarrollo más importante es que se
prepara SiC de alta pureza en Si fundido, como se explica a
continuación.
Una gran mejora es que es posible preparar Si
puro (que se convierte en SiC), aleaciones de Al poco aleadas con
hierro de baja pureza (aleaciones AlSi) y aleaciones de Al muy
aleadas con fósforo de baja pureza (aleaciones SiAl) en el mismo
horno (etapa 1) variando tales parámetros como la selección de la
materia prima, la densidad de corriente (voltaje) y el tiempo. Las
proporciones de los productos de Si y Al son ajustadas por la
selección de la materia prima y la densidad de corriente catódica
(voltaje) en el baño de electrólisis y la manipulación mecánica de
los cátodos. Además, la composición de Al-(aleación de AlSi) como se
refiere en este documento, es una aleación de Al con una cantidad
de Si que es inferior que la de una mezcla eutéctica (12% de Si,
88% de Al). En proporción, una aleación muy aleada (aleación de
SiAl) como se indica en este documento es una aleación que tiene un
contenido de Si superior al de una mezcla eutéctica.
De acuerdo con la presente invención se
proporciona un procedimiento para preparar carburo de silicio de
acuerdo con las características de la reivindicación 1.
La soda puede añadirse al baño de electrólisis de
modo que dicho baño será básico si se usa cuarzo, para evitar la
pérdida de Si en la forma volátil de SiF_{4}. Con altas
concentraciones de soda se reduce el punto de fusión de la mezcla, y
el uso de fluoruros añadidos disminuye. La caliza se añade si fuera
necesario para reducir la absorción de fósforo en el Si depositado
sobre el cátodo.
En conexión con la cristalización los fluoruros
preferiblemente deberían ser ácidos.
Una nueva propiedad de acuerdo con la invención
es que el carbono que tiene o que ha sido tomado del cátodo (por
ejemplo como virutas) o de fuentes externas, se mezcla con silicio
(en el electrólito). El polvo de carbono entonces puede tanto
añadirse al baño fundido y/o como añadirse al baño congelado sólido
y/o al depósito del cátodo. Si el baño fundido o el baño congelado
se usan el depósito del cátodo debe ser raspado por adelantado en
el baño. El carbono se mezcla con las fracciones deseadas y se
tritura al tamaño de grano deseado. La mezcla obtenida que consiste
en Si, electrólito y C o bien se funde directamente o
preferiblemente se somete a tratamiento ácido como se describe
debajo. Si se emplea el tratamiento ácido, la fusión del polvo
tratado por ácido corresponderá a la etapa III. El carbono en
cualquier caso debe ser añadido en exceso estequiométrico para
obtener una conversión completa a SiC en el procedimiento de fusión
de Si, etapas II y III.
Una alternativa ventajosa es que se añade
H_{2}SO_{4} concentrado al depósito del cátodo no tratado,
pulverizado (etapa II) que contiene 20% de Si, y/o el baño
pulverizado (electrólito) que contiene 20% de Si después de que el
depósito del cátodo haya sido raspado en el baño, y carbono. Las
fracciones en polvo al principio causan una concentración de Si de
aproximadamente el 50% porque el ácido sulfúrico tiene un buen
efecto en disolver la criolita. Esta mezcla del 50% de Si y otros
productos residuales, es decir, sulfatos ácidos, representan una
sustancia pegajosa que debe ser tratada posteriormente. Diluyendo la
mezcla con agua y añadiendo HCl en cantidades diluidas durante
algún tiempo se logra una liberación muy buena de granos de Si que
flotan en la superficie. La adición de HCl tiene además el efecto
del refino de Si, de modo que la mezcla en polvo no queda pegajosa.
En esta manera es posible obtener un aumento de la concentración de
Si junto con C en una mezcla de granos de Si/C/electrolito con una
consistencia de arena en agua. Esta consistencia de arena en agua
tiene el efecto de que la mezcla es fácil de filtrar y de que se
lave con agua y se seque a temperatura ambiente. Como una
consecuencia del aumento de la concentración de Si y C en la mezcla
en polvo, el uso de una clasificadora hidráulica como separador
(documento WO 97) se hace superfluo. Lo que pasa es que la mezcla
ácida reacciona gradualmente con el electrólito y lo disuelve. Los
granos de Si que en parte se embeben en el electrólito, se liberan
gradualmente y entran en contacto con la mezcla ácido/agua. El agua
ácida ataca las contaminaciones en Si y C, que principalmente
consisten en metales. Se forma gas hidrógeno sobre la superficie y
en los poros de los granos de C y Si, causando una elevación de
hasta ácido muy diluido. Además del hecho de que Si (d = 2,3
g/cm^{3}) y C (d = 2,1 g/cm^{3}) flotan sobre la superficie del
agua, los granos de C y Si se mantendrán hasta que sean sacados
lejos de la superficie. El refino de los granos de Si también ha
sido mejorado además de la concentración, porque los ácidos entran
mejor en contacto durante un tiempo más largo con los granos de C y
Si liberados. (Los granos de C y Si son tan puros que se ponen por
debajo del límite de detección para todos los elementos analizados
con el equipo de microsonda. Esto significa que no hay ningún método
de análisis que pueda determinar Si más puro que aproximadamente
99,99% dado que es imposible concentrar Si a aproximadamente el 100%
a partir de una mezcla de granos de Si/C/electrolito).
(A partir del documento WO
95)
I. Un feldespato del tipo
CaAl_{2}Si_{2}O_{8} que contiene 50% de SiO_{2}, 31% de
Al_{2}O_{3} y 0,8% de Fe_{2}O_{3}, fue disuelto en criolita
y electrolizado con una densidad de corriente catódica de 0,05
A/cm^{2} (U = 2,5-3,0 V) durante 18,5 horas. En el
depósito alrededor del cátodo se formó Si altamente purificado
separado de los pequeños granos de FeSi. En el electrólito disuelto
se formó Al_{2}O_{3}. No se formaba Al cuando la densidad de
corriente era tan baja.
Como no se formó Al en el baño (el electrólito
que contenía Al^{3+}) esta fue la razón por la que el baño fue
retirado de este horno (etapa I) y llevado a otro horno (etapa II)
en el que los residuos de Si y Si (IV) fueron eliminados por
adición de Al antes de la electrólisis y la preparación de Al en un
tercer horno (etapa III). (Véase el documento WO 95).
II. El depósito del cátodo que contenía
aproximadamente el 20% de Si fue retirado del cátodo. Además el
carbono (grafito, C) del cátodo siguió. La mezcla obtenida de polvo
era ácido lavado como se describe anteriormente para obtener una
mezcla en la que la concentración de Si y C había sido
aumentada.
III. La mezcla de II junto con los residuos de
fluoruros ácidos fue derretida por encima de 1420º. El Si
cristalizado contenía grandes áreas con SiC "altamente
purificado" como se demuestra por el análisis de microsonda. La
pureza en la muestra era del 99,997% de SiC en una matriz que
consistía en Si del 99,997-99,99999%.
Conclusión: La razón por la que no sólo
fue obtenido SiC era un déficit estequiométrico de carbono en el
fundido de Si, etapas II-III. La razón por la que Si
sólo y no Al fue formado en la etapa I en este caso era la baja
densidad de corriente (voltaje).
(Procedimiento alternativo para la
etapa I con formación de
Al)
Un diorita (roca) que contiene feldespato y
cuarzo, analizada que contenía 72% de SiO_{2}, 16% de
Al_{2}O_{3} y 1,4% de Fe_{2}O_{3}, fue disuelta en criolita
y electrolizada a una densidad de corriente catódica de
0,5-1,6 A/cm^{2} (U = 2,5-8,0 V)
durante 16,5 horas. En el depósito alrededor del cátodo se formaron
muchos granos pequeños de Si altamente purificado y FeSi separados.
Debajo del electrólito se formó Al (aleación de AlSi poco aleada) y
ésta tenía un bajo contenido de hierro.
Conclusión: La razón por la que se
formaron tanto Si como Al en la etapa I era la alta densidad de
corriente (voltaje). La razón por la que el Al (aleación de AlSi)
tiene un bajo contenido de hierro era que los granos de FeSi
permanecieron en el depósito sobre el cátodo.
No fue añadido carbono en el experimento. Por lo
tanto no pudo formarse SiC.
Debe esperarse que si se añade carbono al Si
regularmente más puro, la pureza del SiC resultante también será
aumentada.
(Procedimiento alternativo para la
etapa I con formación de
Al)
Fue disuelto cuarzo que contenía cerca del 99,9%
de SiO_{2} en criolita (Na_{3}AlF_{6}), fue mezclado con soda
del 5% (Na_{2}CO_{3}) y electrolizado con una densidad de
corriente catódica de 0,5 A/cm^{2} (U = 6-7 V)
durante 44 horas. En el depósito alrededor del cátodo se formó Si
altamente purificado. La mayor parte (12 kg) del depósito del cátodo
fue empujado dentro del baño (el electrólito). El depósito del
cátodo restante (8 kg) fue sacado con los cátodos junto con los
residuos del ánodo. El depósito del cátodo fue retirado fácilmente
de los cátodos y fue mezclado con el electrólito en el baño. Ambos
contenían el 20% de Si. Pequeñas cantidades de Al (aleación de AlSi
poco aleada) fueron formadas, que era baja en hierro y fósforo. Las
aleaciones de AlSi pobres en hierro y fósforo son definidas como
< 130 ppm de Fe y < 8 ppm de P. El análisis de Al mostró 8%
de Si, 110 ppm de Fe y 0,08 ppm de P. El silicio cristalizado
contenía un total de contaminación de 3 ppm correspondiente a
99,9997% de Si.
Conclusión: La razón por la que tanto Si
como Al fueron formados en la etapa I era la alta densidad de
corriente (voltaje). El Al provenía de criolita electrolizado. La
razón por la que Al (la aleación de AlSi) estaba ahora muy aleada
con Si, era que el Si del depósito del cátodo comenzaba a disolverse
en Al. La razón por la que la aleación de Al era pobre en hierro y
fósforo era que las materias primas al principio eran bajas en
hierro y fósforo.
El silicio junto con los residuos de los pequeños
granos de FeSi preparados por el refinamiento ácido que se describe
anteriormente sin la adición de carbono, contiene un total de 75
ppm de Fe y aproximadamente 15 ppm de P. La mezcla de polvo de Si
concentrada contenía 80% de Si o más del 80% de Si. Después de la
cristalización de Si del fundido de Si, el Si contenía sólo
contaminaciones en 3,0 ppm. Una mezcla de escoria con los fluoruros
ácidos en Si promoverán la formación de un SiC todavía más puro. En
una cristalización posible de SiC de un fundido de Si refinado de
fluoruro que contiene también carbono, hay que esperar un contenido
aún inferior de contaminaciones en SiC que el demostrado en el
ejemplo 1.
Si se desea preparar Al junto con Si, la densidad
de corriente catódica debe ser relativamente alta, al menos superior
a 0,05 A/cm^{2}, preferiblemente superior a 0,1, en particular
superior a 0,2 A/cm^{2}. Un límite superior es aproximadamente 2,
preferiblemente aproximadamente 1,6 A/cm^{2}. Además de la
formación de aluminio con una alta densidad de corriente, la
velocidad de electrólisis también aumenta con el aumento de la
densidad de corriente catódica.
Con la electrólisis fue encontrado que la pureza
de Si estaba en el intervalo de 99,92-99,99%.
Previamente, (documento WO95), para concentrar el Si a
aproximadamente el 20% además del depósito de cátodo, el depósito
del cátodo fue triturado tanto como fue posible de tal modo que
tanto los granos libres como los parcialmente no libres de Si
flotaran por encima y pudieran ser recogidos en la superficie en un
líquido pesado que consiste en mezclas diferentes de
C_{2}H_{2}Br_{4}/acetona con una densidad de hasta 2,96
g/cm^{3}. El Si en forma sólida tiene una densidad de 2,3
g/cm^{3} y flotará por encima, mientras que los sólidos de
criolita tienen una densidad de 3 g/cm^{3} y permanecerán en el
fondo. Después de la filtración y el secado del polvo para la
eliminación del líquido pesado, las fracciones de concentración
diferente fueron mezcladas con agua/H_{2}SO_{4}/HCl para refinar
el Si.
En el documento WO97/27143, en adelante designado
como "WO 97", fueron añadidos en este orden agua, HCl y
H_{2}SO_{4} al depósito del cátodo triturado, que contenía 20%
de Si, para refinar el Si con NaOH diluido que se formó añadiendo
agua. Entonces se trató de concentrar el polvo que contenía Si
refinado con HCl, con H_{2}SO_{4} concentrado.
Ni en WO 95 ni en WO 97 el Si fue concentrado más
que a aproximadamente el 40%. La razón de esto es que fueron
hidrolizados los complejos de fluorooxosilicato en el depósito del
cátodo en agua y NaOH para formar una sílice difícilmente soluble
hidratada. Como consecuencia de esto, una adición de H_{2}SO_{4}
después del tratamiento con el agua no logró el efecto de
concentración que se tiene cuando se añade directamente al polvo
seco no tratado. El HCl concentrado no tiene ningún efecto de
concentración esencial porque contiene mucha agua en contraste con
el H_{2}SO_{4}concentrado. En WO 97 fue usada una clasificadora
hidráulica para concentrar más Si. Esto da como resultado sólo una
concentración insignificante.
Cuando principalmente se desea preparar SiC, se
usa una roca que contiene cuarzo adecuadamente como material de
partida. Si el Al es también de interés, se usa adecuadamente una
roca que contiene un feldespato rico en Al, por ejemplo anortita
(CaAl_{2}Si_{2}O_{8}).
El Si puede ser fundido junto con el Al preparado
en la electrólisis (etapa 1), para formar aleaciones de AlSi poco
aleadas pobres en Fe y pobres en P, y/o aleaciones de SiAl muy
aleadas que son aleaciones deseadas en muchas conexiones.
Tanto las aleaciones de SiAl muy aleadas como las
aleaciones de AlSi poco aleadas pueden ser disueltas en HCl o
H_{2}SO_{4}. El Al va en la solución y se forma polvo de Si
"puro" (aproximadamente Si del 100%), sin electrólito. A partir
del Al disuelto se forman productos puros de AlCl_{3} y
Al_{2}(SO_{4})_{3}.
En lo que concierne al equipo es adecuado que las
paredes que consisten en grafito en el horno de electrólisis puedan
ser sustituidas ventajosamente por SiC o SiC unido a nitruro de
silicio.
Las paredes del horno de electrólisis no tienen
que consistir en Si (documento WO 95, figura 2 número 4). Además,
el Si no tiene que cubrir el tronco del ánodo, porque no ocurre un
salto de corriente entre el cátodo y el ánodo, incluso cuando crecen
juntos.
Claims (7)
1. Un procedimiento para preparar carburo de
silicio en el que:
- I.
- silicato y/o rocas que contienen cuarzo se someten a electrólisis en una fundido de sal que consiste en un baño de electrólisis que contiene fluoruro, por el que se forma silicio en el mismo baño y en un depósito en el cátodo,
- II.
- se añade polvo de carbono del material del cátodo y/o de fuentes externas directamente al baño fundido o al baño congelado además del depósito del cátodo, siendo triturados el baño congelado y el depósito del cátodo antes o después de la adición de partículas de carbono;
- III.
- se añaden ácido sulfúrico concentrado y luego ácido clorhídrico y agua al producto de la etapa II;
- IV.
- la mezcla obtenida de los granos de Si liberados y las partículas de carbono que flotan en la superficie junto con la escoria se funden a una temperatura superior a 1420ºC y se cristaliza SiC enfriando.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que tanto el ánodo como el cátodo están
preparados a partir de grafito, y el ánodo se coloca bajo el
cátodo.
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que se elimina una cantidad de grafito del
cátodo y/o se añade externamente de tal modo que la cantidad de
carbono sea mayor que la cantidad estequiométrica de carbono en
SiC.
4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, en el que el baño de
electrólisis que contiene fluoruro comprende criolita.
5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-4, en el que se usan soda
(Na_{2}CO_{3}) y caliza (CaCO_{3}) en el baño de
electrólisis.
6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-5, en el que se usan rocas
que contienen cuarzo como material de partida.
7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-6, en el que se agita un
electrólito básico, neutro o preferiblemente ácido que contiene
fluoruro en la etapa III en la mezcla de polvo de silicio fundido y
de carbono, que gradualmente cristaliza en SiC.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20010961A NO20010961D0 (no) | 2001-02-26 | 2001-02-26 | FremgangsmÕte for fremstilling av silisiumkarbid, aluminium og/eller silumin (silisium-aluminium-legering) |
| NO20010961 | 2001-02-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2231668T3 true ES2231668T3 (es) | 2005-05-16 |
Family
ID=19912182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES02702980T Expired - Lifetime ES2231668T3 (es) | 2001-02-26 | 2002-02-21 | Procedimiento para preparar carburo de silicio. |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1366210B1 (es) |
| CN (1) | CN1320166C (es) |
| AT (1) | ATE279550T1 (es) |
| AU (1) | AU2002236369B2 (es) |
| DE (1) | DE60201581T2 (es) |
| ES (1) | ES2231668T3 (es) |
| NO (1) | NO20010961D0 (es) |
| PT (1) | PT1366210E (es) |
| WO (1) | WO2002072920A1 (es) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2383662C2 (ru) * | 2008-05-12 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
| CN102864462A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-01-09 | 辽宁科技大学 | 一种低温电解制备碳化硅的方法 |
| RU2556188C1 (ru) * | 2013-12-19 | 2015-07-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов в алюминиевых электролизерах |
| RU2599475C1 (ru) * | 2015-06-03 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии" (ООО "БМТ") | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO942121L (no) * | 1994-06-07 | 1995-12-08 | Jan Stubergh | Fremstilling og anordning for fremstilling av silisium-"metall", silumin og aluminium-metall |
| AU1560097A (en) * | 1996-01-22 | 1997-08-20 | Jan Reidar Stubergh | Production of high purity silicon metal, aluminium, their alloys, silicon carbide and aluminium oxide from alkali alkaline earth alumino silicates |
-
2001
- 2001-02-26 NO NO20010961A patent/NO20010961D0/no unknown
-
2002
- 2002-02-21 EP EP02702980A patent/EP1366210B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-21 AU AU2002236369A patent/AU2002236369B2/en not_active Ceased
- 2002-02-21 CN CNB028055381A patent/CN1320166C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-02-21 WO PCT/NO2002/000074 patent/WO2002072920A1/en not_active Ceased
- 2002-02-21 DE DE60201581T patent/DE60201581T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-21 PT PT02702980T patent/PT1366210E/pt unknown
- 2002-02-21 AT AT02702980T patent/ATE279550T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-02-21 ES ES02702980T patent/ES2231668T3/es not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1366210A1 (en) | 2003-12-03 |
| WO2002072920A1 (en) | 2002-09-19 |
| CN1494605A (zh) | 2004-05-05 |
| DE60201581D1 (de) | 2004-11-18 |
| EP1366210B1 (en) | 2004-10-13 |
| AU2002236369B2 (en) | 2006-08-10 |
| PT1366210E (pt) | 2005-02-28 |
| CN1320166C (zh) | 2007-06-06 |
| DE60201581T2 (de) | 2005-12-01 |
| NO20010961D0 (no) | 2001-02-26 |
| ATE279550T1 (de) | 2004-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2233796T3 (es) | Procedimiento para preparar silicio y opcionalmente aluminio y silumin(aleacion e aluminio-silicio). | |
| AU2002236370A1 (en) | Process for preparing silicon and optionally aluminum and silumin(aluminum-silicon alloy) | |
| RU2145646C1 (ru) | Способ производства металлического кремния, силумина и алюминия и технологическая установка для его осуществления | |
| ES2233795T3 (es) | Procedimiento para preparar silicio por electrolisis y cristalizacion y preparacion de aleaciones de aluminio de alta y baja aleacion. | |
| US20170057831A1 (en) | Flux composition useful in directional solidification for purifying silicon | |
| ES2319072B1 (es) | Procedimiento para la produccion de silicio, procedimiento para la separacion de silicio de una masa de sal en fusion y procedimiento para la produccion de tetrafluoruro de silicio. | |
| EP1366210B1 (en) | Process for preparing silicon carbide | |
| WO1997027143A1 (en) | Production of high purity silicon metal, aluminium, their alloys, silicon carbide and aluminium oxide from alkali alkaline earth alumino silicates | |
| US7988763B2 (en) | Use of a binary salt flux of NaCl and MgCl2 for the purification of aluminium or aluminium alloys, and method thereof | |
| AU2002236369A1 (en) | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) | |
| US3251659A (en) | Producing crystalline calcium oxide in an electric arc furnace | |
| RU2009273C1 (ru) | Способ получения алюминия из анортозитов | |
| NO323964B1 (no) | Fremgangsmate for femstilling av hoyrenset silisium og eventuelt aluminium og silumin i den samme celle | |
| JPS59104441A (ja) | Ｃａ−Ａｌ合金の製造方法 |