Восстановление SiO2 водородом

[miknsk]

Металлургический кремний как известно получают карботермическим методом.
SiO2 + 2C--> Si + 2CO
Получается достаточно грязноватый мнталлургический кремний (98-99%).

Вопрос: почему в промышленности никто диоксид кремния водородом не восстанавливает?
SiO2+2H2-->Si+2H2O
например в струе плазмы водородной.
В литературе упоминания о таком методе получения кремния встречаются, правда не часто.
Казалось бы, есть месторождения кварца очень чистого, зачем его со всякой грязью мешать - восстановим водородом и получим кремний если уж не солнечной чистоты, то уж точно почище чем по стандартной технологии.
Ан нет, никто не делает. Почему же никто не использует водород для восстановления SiO2? Только из-за дороговизны метода, или же тут есть какие-то принципиальные технологические моменты?

[avor]

Вопрос: почему в промышленности никто диоксид кремния водородом не восстанавливает?

Обратитесь в этот институт
http://www.giredmet.ru/

Просто кремний сырец(получают из песка) хлорируют,чистят, а потом именно водородом и восстанавливают.

Так наверное дешевле потому что кварц довольно дорог в добыче, а кремня нужной чистоты из него все равно не получишь(я так думаю)

[amik]

miknsk, ИМХО термодинамика не позволяет провести восстановление водородом, а если и позволит при каких-то неземных условиях (солнечному кремнию - солнечные температуры) , то это окажется энергетически и, соответственно, экономически нецелесообразно.
Коллега avor, относительно чистый кварц совсем не проблема и стоит не так дорого Другое дело, что по качеству, никакой добываемый из месторождений или серийно производимый кварцевый песок близко по качеству не приближается к требованиям "солнечного" и полупроводникового кремния. Стадия выращивания монокристаллов или осаждение пленок кремния из чистейшего сырья так или иначе неизбежна

[Sovetnik]

или же тут есть какие-то принципиальные технологические моменты?

Мне представляется, что при необходимых для реакции высоких температурах, когда SiO2 находится в расплавленном состоянии, а углерод еще в твердом состоянии, создается необходимая развитая поверхность контакта (взаимодействия).
Водород же будет только снаружи - вокруг расплавленного SiO2, что из-за диффузионных ограничений сильно затормозит саму реакцию.

[avor]

miknsk, ИМХО термодинамика не позволяет провести восстановление водородом, а если и позволит при каких-то неземных условиях (солнечному кремнию - солнечные температуры) , то это окажется энергетически и, соответственно, экономически нецелесообразно.
Коллега avor, относительно чистый кварц совсем не проблема и стоит не так дорого Другое дело, что по качеству, никакой добываемый из месторождений или серийно производимый кварцевый песок близко по качеству не приближается к требованиям "солнечного" и полупроводникового кремния. Стадия выращивания монокристаллов или осаждение пленок кремния из чистейшего сырья так или иначе неизбежна

miknsk -месторождения кварца очень чистого
amik -относительно чистый кварц совсем не проблема и стоит не так дорого.

Ну, я так понимаю, речь шла о горном хрустале.

-Стадия выращивания монокристаллов или осаждение пленок кремния из чистейшего сырья так или иначе неизбежна.

Я думаю что даже кремний, полученный из горного хрусталя, все равно потребует очистки через трихлорсилан, прежде чем идти на зонную плавку.

[Polychemist]

Коллеги! Мне кажется, вопрос аффтора правомерен и не получил адекватного ответа... Действительно, получить чистый кремнезем можно, даже/особенно мокрыми методами из силиката натрия. Но дальше на пути к кремнию влазит углерод, хлорсиланы... А действительно нафига? Почему не водород? ТД? И никак ее не сместить?
И dear автор - не могли бы Вы предоставить статьи (лучше не ссылки, а файлы) по восстановлению водородом?

[amik]

Коллега Polychemist, Вы знаете что-то нам неведомое
Мне сегодня сказали участники программы по солнечному кремнию, что восстановление водородом невозможно Правда они больше спецы по разгонке SiCl4 и ему подобных метил- и этилзамещенных вплоть до опять же популярных силазанов

[miknsk]

для начала сошлюсь на Alexander Fridman "Plasma Chemistry":
http://books.google.com/books?id=ZzmtGE ... #PPA424,M1

там идет речь о восстановлении оксида алюминия водородом, и упомянуты работы проводившихся в середине семидесятых в институте металлургии Байкова по восстановлению других оксидов в том числе и кремния, углеводородами и водородом:

Yukhimchuk, S.A., Shinka, V.P. (1976), “Plasma Reduction of Silicon Oxides by Hydrogen and Natural Gas,” in
Plasma Processes in Metallurgy and Technology of Inorganic Materials, A.A. Baikov Institute of Metallurgy of
USSR Academy of Sciences, Nauka (Science), Moscow

вот этой книжки к сожалению пока у меня нет, а хотелось бы. И вот кстати тут из названия не совсем понятно, что они использовали - смесь углеводородов с водородом или то и другое раздельно.

Далее, на гуглокнигах частенько встречается упоминание о восстановлении SiO2 водородом до SiO (г).
В одной из гуглокниг (линка к сожалению нет, не сохранил) упоминался любопытный эксперимент когда порошок SiO вводили в горячую аргоновую струю с добавкой водорода (процента 4) и потом на горячей подложке у них вырастали нанопроволочки из кремния 20 нм диаметром но--покрытые диоксидом кремния 5 нм.
PS
да кстати обратная реакция Si+2H20--> SiO2 + 2H2 упоминается в контексте получения пленок диоксида кремния на кремниевых подложках. Возможно она идет так быстро, что просто технически невозможно закалить смесь с такой скоростью чтобы избежать обратных реакций?

[Polychemist]

Коллега Polychemist, Вы знаете что-то нам неведомое

Я ни хрена не знаю! Но хочу узнать! Делал ли кто сей эксперимент? А идущая тут дискуссия представляется мне совершенно не конструктивной со всех сторон - одни мнения, без четких фактов/ссылок...

[amik]

Тоже не понял, но пока все приведенные топикстартером ссылки ведут максимум к восстановлению до SiO

[Polychemist]

Может то SiO надо зажать, чтоб не убегало, а восстанавливалось ?

[miknsk]

насчет эксперимента пока не ясно, но патент уже сделали

http://ru-patent.info/20/75-79/2078034.html

процитирую финал

...Затем проводят восстановление отделенного от газовой фазы диоксида кремния предварительно очищенным водородом в плазменной струе с получением моноокиси кремния (SiO) при термическом разложении SiO2 при 1 атм в интервале температур 4400 4800oC. Быстрая закалка продуктов разложения SiO2 с температуры 4800oC до температуры ниже начала диспропорционирования твердой моноокиси кремния (≈400oC) позволит ее получить. Содержание примесей в получающемся монооксиде кремния не превышает 10-6 10-7%
Для получения высокочистого порошка поликристаллического кремния осуществляют восстановление моноокиси кремния предварительно очищенным и осушенным водородом. Содержание примесей в водороде не более 10-7% Процесс протекает по реакции
SiO+H2 __→ Si+H2O
Процесс осуществляют в герметичном сосуде, в который помещают порошок моноокиси кремния, откачивают воздух и заполняют сосуд водородом. Водород подают с 5 10-ным избытком относительно стехиометрии. Затем сосуд нагревают до температуры 550oC. Процесс проводят в течение 30 минут. После окончания процесса реакционный сосуд охлаждают до 120oC, образовавшийся пар и 5 10-ный избыток водорода откачивают из реакционного сосуда. Содержание примесей в получающемся поликристаллическом кремнии не превышало 10-6 10-7 Выход поликристалличеаского кремния составил 99,5 99,9% Общий выход кремния из кремнефторида натрия составил 99,4 99,5

да, в предлагаемом способе SiO действительно "зажимают"

[amik]

Пускай делают как описано А мир пойдет своей дорогой.

[Iskander]

Восстановление в водородной плазме вполне возможно. При Союзе баловались и с плазменной выплавкой стали из руды и с алюминием. Делали даже круче: в плазму загоняли оксид кремния и конденсировали чистый кремний, кислород при этом улетал.
НО! Энергии требуется просто до едрени фени. И никаким способом её не снизишь, так как плазму надо ещё зажечь и поддерживать. Кроме того, любые материалы в плазме горят и установка служит не так уж долго.
Потом всё это заглохло.

[miknsk]

На Sci.chem тоже пришел ответ, что это не возможно.
Все-таки пришли к выводу что углерод-лучший восстановитель.

а вот попытки прямого получения кремния из чистого SiO2 и чистого углерода, в плазме, предпринимались неоднократно...