Изобретение относится к области металлургии и/или химии, а именно к способам и устройствам для получения газообразного тетрафторида кремния и поликристаллического кремния из газообразного тетрафторида кремния. Способ получения тетрафторида кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты включает образование экстракта кислоты, промывку экстракта, сушку экстракта, разложение экстракта, барботирование неразделенного газового потока тетрафторида кремния и фтористого водорода через диоксид кремния. Способ получения кремния включает взаимодействие газообразного тетрафторида кремния с парами магния и последующее отделение конечного продукта. Технический результат - получение кремния с высокой степенью очистки от примесей, повышение выхода конечного продукта, повышение экологичности производства, упрощение технологического процесса производства кремния, снижение себестоимости конечного продукта.

[0001] Способ получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты, характеризующийся тем, что

[0002] Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную в результате восстановления реакционную смесь порошка кремния (Si) и фторида магния (MgF2) перед разделением охлаждают.

[0003] Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение поликристаллического кремния от фторида магния осуществляют посредством центробежных сил.

[0004] Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение конечного продукта от фторида магния осуществляют гидростатическим способом.

[0005] Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение реакционной смеси с одновременным получением кремния в сферический порошок осуществляют методом центробежного распыления.

[0006] Способ по п.5, отличающийся тем, что метод центробежного распыления характеризуется тем, что реакционную смесь порошка кремния и фторида магния подают в расположенный в плавильной печи тигель, выполненный с возможностью вращения, и воздействуют на реакционную смесь плазменной дугой, образующейся между тиглем и неплавящимся электродом.

[0007] Способ по п.6, отличающийся тем, что центробежное распыление осуществляют в атмосфере инертного газа.

[0008] Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление кремния осуществляют в вихревом реакторе.

[0009] Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление кремния проходит в присутствии аргона, обеспечивающего транспортировку газообразного тетрафторида кремния и извлечение реакционной смеси из вихревого реактора.

[0010] Способ по п.1, отличающийся тем, что пары магния подают в вихревой реактор из вакуумного испарителя.

[0011] Способ по п.1, отличающийся тем, что соль кремнефтористо-водородной кислоты перед разделением промывают.

[0012] Способ по п.1, отличающийся тем, что средство, обеспечивающее возможность нейтрализации фтористого водорода с образованием тетрафторида кремния, включает в себя по меньшей мере один барботажный реактор, заполненный диоксидом кремния.

[0013] Способ по п.1, отличающийся тем, что диоксид кремния помещен в 4-7% раствор олеума.

[0014] Способ по п.1, отличающийся тем, что разложение соли кремнефтористо-водородной кислоты осуществляют путем обработки ее концентрированной минеральной кислотой.

[0015] Способ по п.14, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют олеум, содержащий 3-5 мас.% свободного серного ангидрида.

[0016] Способ по п.1, отличающийся тем, что получают поликристаллический кремний в виде порошка кремния сферической формы с размерами частиц, преимущественно находящимися в диапазоне от 0,3 до 0,6 мм.

[0017] Способ по п.16, отличающийся тем, что сферический порошок кремния промывают дистиллированной водой и бидистиллированной водой.

[0018] Установка для получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты в виде порошка сферической формы, включающая соединенные посредством системы трубопроводов

[0019] Установка по п.18, отличающаяся тем, что средство, обеспечивающее возможность экстрагирования раствора кремнефтористо-водородной кислоты, включает в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор.

[0020] Установка по п.18, отличающаяся тем, что средство, обеспечивающее сушку экстракта, включает в себя по меньшей мере один барботажный сушильный аппарат, снабженный теплообменником.

[0021] Установка по п.18, отличающаяся тем, что средство, обеспечивающее разложения экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния и фтористого водорода, включает в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор.

[0022] Установка п.18, отличающаяся тем, что средство, обеспечивающее возможность нейтрализации фтористого водорода с образованием тетрафторида кремния, включает в себя по меньшей мере один барботажный реактор, заполненный диоксидом кремния.

[0023] Установка по п.18, отличающаяся тем, что центробежный экстрактор и барботажный сушильный аппарат выполнены с защитным покрытием.

[0024] Установка по п.23, отличающаяся тем, что защитное покрытие выполнено на основе фторопласта.

[0025] Установка по п.18, отличающаяся тем, что в качестве средства, обеспечивающего возможность образования паров магния из расплава магния, используют по меньшей мере один вакуумный испаритель.

[0026] Установка по п.18, отличающаяся тем, что в качестве средства для восстановления кремния используют по меньшей мере один вихревой реактор.

[0027] Установка по п.18, отличающаяся тем, что вакуумный испаритель и вихревой реактор выполнены с защитной футеровкой.

[0028] Установка по п.27, отличающаяся тем, что вихревой реактор снабжен вакуумным насосом.

[0029] Установка по п.27, отличающаяся тем, что вихревой ректор снабжен средством, обеспечивающим его нагрев.

[0030] Установка по п.18, отличающаяся тем, что средство для получения кремния в виде порошка сферической формы и разделения реакционной смеси включает в себя расположенный в плавильной печи тигель, выполненный с возможностью вращения, и электрод, между которыми поддерживают плазменную дугу.

[0031] Установка по п.30, отличающаяся тем, что электрод выполнен неплавящимся.

[0032] Установка по п.18, отличающаяся тем, что средство для отделения конечного продукта выполнено в виде вибростола.

[0033] Установка по п.18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит линию для фасовки кремния.

[0034] Установка по п.18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство, обеспечивающее получение поликристаллического кремния в слитках.

[0035] Установка по п.18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для охлаждения полученной в результате восстановления реакционной смеси.

Область техники, к которой относится изобретениеИзобретение относится к области металлургии и/или химии, а именно, к способам и устройствам для получения поликристаллического кремния "солнечного качества" в виде порошка сферической формы из отходов фосфорных производств, а именно из раствора кремнефтористо-водородной кислоты. Предшествующий уровень техники

В настоящее время в мире все большее внимание уделяется развитию альтернативной энергетики, в том числе, солнечной энергетики. В период с 2004 по 2005 год производство фотоэлектрических элементов во всем мире возросло с 1200 до 1727 МВт. Однако дальнейший рост производства солнечных элементов сдерживается дефицитом кремния, в том числе кремния "солнечного качества", высокой ценой и экологическими проблемами в технологическом процессе производства. По данным European Photovoltavic Industry Association (EPIA) к 2015 году доля солнечной энергетики в мировом объеме составит 15-20%, а производство кремния возрастет до 200000 т.

Известны технологии получения кремния в промышленном масштабе путем карботермического восстановлением кварцита [заявка RU № 2003125002/15, МПК ⁷ С01 В9/00, публ. 10.03.2005]; путем хлорирования тонко измельченного порошка кремния безводным хлорводородом с последующей очисткой образовавшихся в процессе хлорирования хлорсиланов методом ректификации до необходимой чистоты; фторидо-гидридная технология. Данные технологии получения кремния многостадийны, энергоемки и не обеспечивают приемлемых ценовых показателей производства поликристаллического кремния (себестоимость поликристаллического кремния "солнечного качества" на рынке с использованием известных технологий составляет 20$ за килограмм) ввиду низкого выхода товарной продукции и наличия большего количества примесей.

Известны технологии получения кремния, основанные на восстановлении кремния из тетрафторида кремния, получаемого, например, путем фторирования диоксида кремния [патент RU 2272755C1, публ. 27.03.2006, заявка WO 2005/021431А1, публ. 10.03.2005].

Недостатки получения тетрафторида из диоксида кремния заключаются в наличии большого количества примесей и больших энергозатрат.

Себестоимость поликристаллического кремния определяется в основном стоимостью сырья, расходных технологических материалов, энергетическими затратами и затратами на обеспечение экологической и технологической безопасности производства. Предпосылкой к снижению себестоимости кремния является использование в качестве источника сырья для его получения экологически вредных технологических отходов химических производств, ежегодно образующихся в количестве десятков тысяч тонн на территории Российской Федерации, США, Канады, cтранах СНГ, таких как Белоруссия, Украина; Румынии, Чехии и других странах.

Так, например, в качестве источника сырья для получения тетрафторида кремния можно использовать вторичный продукт переработки апатита в удобрения кремнефтористо-водородую кислоту (H ₂ SiF ₆ ).

Известен способ получения тетрафторида кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты, включающий образование соли кремнефтористо-водородной кислоты, ее промывку, сушку и последующее разложение с образованием газообразного тетрафторида кремния и фтористого водорода с последующим отделением конечного продукта [патент RU 2046095С1, МПК ⁶ С01В33/10, публ. 20.10.1995].

Недостаток данного способа заключается в том, что после стадии разложения соли кремнефтористо-водородной кислоты выделившиеся газообразные продукты тератафторид кремния (SiF _4газ ) и фтористый водород (HF _газ ) разделяют низкотемпературной конденсацией HF при температуре -78 °С. Наличие стадии отделения тетрафторида кремния от фтористого водорода усложняет технологический процесс, поскольку, требует использования дополнительного криогенного оборудования и больших энергозатрат, что приводит к увеличению себестоимости конечного продукта - тетрафторида кремния.

Известен способ получения тетрафторида кремния из кремнефтористо-водородной кислоты, при котором осуществляют разложение кремнефтористо-водородной кислоты на тетрафторид кремния и фтористый водород путем нагрева кислоты до температуры 112 °С, после чего пропускают газовую смесь через диоксид кремния [патент GB 1009564, публ.10.11.1965].

Недостаток данного способа заключается в том, что разложение кремнефтористо-водородной кислоты осуществляют путем ее нагрева, увеличивая тем самым энергетические затраты. Пропускание газовой смеси тетрафторида кремния и фтористого водорода через диоксид кремния приводит не только к образованию дополнительного кремния в результате взаимодействия диоксида с фтористым водородом, но и воды, которую необходимо удалять из зоны реакции, что требует использования дополнительной операции.

Известен способ получения тетрафторида кремния путем взаимодействием фтористого водорода с диоксидом кремния, помещенным в концентрированную серную кислоту для удаления воды из зоны реакции [патент JP 57135711 публ. 21.08.1982].

Однако этот способ используется для получения тетрафторида, в то время как в заявляемом способе происходит увеличение выхода тетрафторида из кремнефтористо-водородной кислоты путем пропускания неразделенной смеси фторида водорода и тетрафторида через диоксид кремния в присутствии олеума.

Известен способ восстановления кремния из диоксида кремния парами магния [патент RU 2036143 С1 МПК ⁶ С01В 33/023, публ. 27.05. 1995]. Недостаток данного способа заключается в том, что в качестве сырья для восстановления кремния используется диоксид кремния, и получаемый в результате восстановления кремний содержит большое количество примесей.

Известен способ получения кремния, включающий взаимодействие кремнефторсодержащего соединения с восстановителем [патент RU 2035397 C1 МПК ⁶ С01В 33/02, публ.20.05.1995]. Недостаток данного способа заключается в том, что в качестве восстановителя кремния используется атомарный водород, что требует обеспечения повышенных требований к безопасности производства.

Известен способ получения кремния путем взаимодействия тетрафторида кремния с металлами первой и второй группы, в частности магнием [заявка WO 03059814 А, публ.24.07.2003].

Недостатком данного способа является то, что в результате его реализации получают аморфный кремний.

Известна установка для получения поликристаллического кремния, включающая реакционную камеру [патент RU 2224715 С1, публ. 27.02.2004]. Недостатки установки заключаются в том, что она предназначена для получения кремния из трихлорсилана с последующим восстановлением водородом и не пригодна для организации процесса получения кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты.

Известна установка для получения поликристаллического кремния, включающая реакционную камеру [патент RU 2066296 С1, публ. 10.09.1996], которая обладает недостатком присущей предыдущей установке, а именно, невозможность получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты.

Сведения, раскрывающие сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании непрерывного процесса получения поликристаллического кремния солнечного качества из раствора кремнефтористо-водородной кислоты с целью снижения себестоимости конечного продукта.

Технические результаты, достигаемые при реализации заявляемой группы изобретения, заключаются в получении поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты по примесному составу соответствующему кремнию "солнечного качества", повышении выхода конечного продукта (поликристаллического кремния) за счет увеличения выхода получаемого тетрафторида кремния, повышении экологичности производства за счет утилизации образующихся побочных продуктов, преимущественно плавиковой кислоты, непосредственно в технологическом процессе, упрощении технологического процесса получения тетрафторида кремния за счет исключения стадии разделения тетрафторида кремния и фтористого водорода, снижении энегрозатрат за счет использования низкотемпературных реакций восстановления кремния, создании единого технологического процесса получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты, преимущественно в виде порошка сферической формы, по примесному составу, соответствующему кремнию "солнечного качества".

Вышеизложенные преимущества позволяют значительно снизить себестоимость получения поликристаллического кремния (до 10$ за килограмм) при сохранении его высокой чистоты (99%, 99-99,999%) и содержания примесей достаточной для его применения в солнечной энергетике.

Поставленные технические результаты достигаются за счет того, что способ получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты характеризуется тем, что

получают органорастворимую соль кремнефтористо-водородной кислоты из раствора кремнефтористо-водородной кислоты путем взаимодействия кремнефтористо-водородной кислоты с раствором органического основания;

полученную соль кремнефтористо-водородной кислоты сушат потоком воздуха или инертного газа, подогретого до температуры 55-60 °С;

получают газообразный тетрафторид кремния из соли кремнефтористо-водородной кислоты;

газообразный тетрафторид кремния получают путем разложения соли кремнефтористо-водородной кислоты на газообразный тетрафторид кремния и фтористый водород;

образованный газообразный тетрафторид кремния и фтористый водород без разделения пропускают через диоксид кремния, помещенный в олеум;

восстанавливают кремний из полученного газообразного тетрафторида кремния парами магния при температуре не более 1000 °С;

разделяют продукты реакции, представляющие собой смесь порошка кремния и фторида магния с одновременным получением поликристаллического кремния в виде порошка сферической формы;

отделяют полученный поликристаллический кремний от фторида магния.

Совокупность технологических операций, при которых продукты, полученные на предыдущей операции, являются исходными продуктами для следующей операции, позволяет получать поликристаллический кремний высокой чистоты. Получение органорастворимой соли кремнефтористо-водородной кислоты обеспечивает получение особочистого тетрафторида кремния. Сушка полученной соли кремнефтористо-водородной кислоты обеспечивает ускорение технологических процессов.

В результате барботирования неразделенного газового потока SiF _{4 газ} и HF _газ через средство нейтрализации фтористого водорода, например, барботажный реактор, заполненный диоксидом кремния, помещенным в олеум, SiF _{4 газ} не реагирует с ним, в то время как газообразная составляющая HF _газ вступает в реакцию - SiO ₂ + 4HF _газ = SiF _{4 газ} + H ₂ O, в результате которой происходит образование дополнительного газообразного тетрафторида кремния, что увеличивает общий выход тетрафторида кремния.

Таким образом, в результате барботирования неразделенного газового потока SiF _{4 газ} + HF _газ через диоксид кремния на выходе получается только газообразный SiF ₄ без каких-либо примесей с повышенным извлечением Si. Дополнительное восстановление тетрафторида кремния (SiF _{4 газ} ) из SiO ₂ в присутствии HF позволяет увеличить общий выход SiF _{4 газ} и одновременно утилизировать фтористый водород непосредственно в технологическом процессе, исключив из технологического процесса стадию отделения тетрафторида кремния от фтористого водорода, для реализации которой необходимо использование дополнительного оборудования и создание технологических энергоемких условий.

Наличие олеума обеспечивает удаление образовавшейся в результате реакции воды, что исключает проведение дополнительных технологических операций по ее удалению.

Восстановление кремния при температуре не более 1000 °С обеспечивает снижение энергозатрат и повышает безопасность производства.

Разделение продуктов реакции, представляющих собой смесь порошка кремния и фторида магния, с одновременным получением поликристаллического кремния в виде порошка сферической формы устраняет необходимость дополнительных операций по превращению аморфного кремния в кристаллический, что обеспечивает снижение затрат, непрерывность процесса, а также облегчает отделение крупных кристаллов сферической формы от порошка фторида магния.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения соль (экстракт) кремнефтористо-водородной кислоты перед разложением промывают.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в качестве органического основания используют раствор триалкиламина или раствор триалкиламина в триэтилбензоле, или раствор триалкиламина в смеси додекана с октиловым спиртом.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, разложение соли целесообразно осуществлять обработкой ее концентрированной минеральной кислотой.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в качестве минеральной кислоты целесообразно использовать олеум, содержащий 3-5 мас.% свободного серного ангидрида.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, диоксид кремния целесообразно поместить в 4-7% раствор олеума.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в качестве диоксида кремния целесообразно использовать кварцевый песок.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, разделение реакционной смеси с одновременным получением кремния в виде порошка сферической формы осуществляют методом центробежного распыления.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, центробежное распыление заключается в том, что смесь порошка кремния и фторида магния направляют во вращающийся тигель, размещенный в плавильной печи, и воздействуют на смесь плазменной дугой, образующейся между тиглем и неплавящимся электродом.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, центробежное разделение целесообразно осуществлять в атмосфере инертного газа.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, восстановление кремния проходит в присутствии инертного газа, обеспечивающего транспортировку тетрафторида кремния в реактор и извлечение реакционной смеси из вихревого реактора.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в качестве инертного газа целесообразно использовать аргон.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, пары магний подают в вихревой реактор из вакуумного испарителя.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, получают поликристаллический кремний в виде порошка кремния сферической формы с размерами частиц, преимущественно находящихся в диапазоне от 0,3 до 0,6 мм.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, сферический порошок кремния промывают дистиллированной водой и бидистиллированной водой.

Для реализации способа получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты в виде порошка сферической формы и достижения поставленных технических результатов предпочтительно использовать установку для непрерывного получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты в виде порошка сферической формы, которая включает в себя соединенные посредством системы трубопроводов средство, обеспечивающее возможность экстрагирования раствора кремнефтористо-водородной кислоты в присутствии экстрагентов, средство, обеспечивающее сушку полученного экстракта, средство, обеспечивающее возможность кислотной обработки экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния и фтористого водорода, средство, обеспечивающее возможность нейтрализации фтористого водорода с образованием тетрафторида кремния, средство, обеспечивающее возможность образования паров магния из расплава магния, средство для восстановления кремния из газообразного тетрафторида кремния парами магния, средство, обеспечивающее разделение реакционной смеси порошка кремния и фторида магния с одновременным получением кремния в виде порошка сферической формы, средство для отделения кремния в виде порошка сферической формы от фторида магния.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство, обеспечивающее возможность экстрагирования раствора кремнефтористо-водородной кислоты, включает в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство, обеспечивающее сушку экстракта, включает в себя по меньшей мере один барботажный сушильный аппарат, снабженный теплообменником.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство, обеспечивающее возможность кислотной обработки экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния и фтористого водорода, включает в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство, обеспечивающее возможность нейтрализации фтористого водорода с образованием тетрафторида кремния, включает в себя по меньшей мере один барботажный реактор, заполненный диоксидом кремния.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, центробежный экстрактор и барботажный сушильный аппарат выполнены с защитным покрытием.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, защитное покрытие выполнено на основе фторопласта.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в качестве средства, обеспечивающего возможность образования паров магния из расплава магния, используют по меньшей мере один вакуумный испаритель.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в качестве реакционной камеры для восстановления кремния, используют по меньшей мере один вихревой реактор.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, вакуумный испаритель и вихревой реактор выполнены с защитной футеровкой.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, вихревой реактор снабжен вакуумным насосом.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, вихревой ректор снабжен средством, обеспечивающим его нагрев.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство для отделения конечного продукта, включает в себя по меньшей мере один резервуар, заполненный жидкостью, плотность которой не превышает плотности кремния.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство для получения кремния в виде порошка сферической формы включает в себя плавильную печь с установленным в ней тиглем, выполненный с возможностью вращения и электрод, между которыми поддерживают плазменную дугу.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, электрод выполнен неплавящимся.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство для отделения конечного продукта выполнено в виде вибростола.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, установка для получения поликристаллического кремния дополнительно содержит плавильную печь, обеспечивающую получения кремния в слитках.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, средство для охлаждения полученной в результате восстановления реакционной смеси.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, установка дополнительно содержит линию для фасовки кремния.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и иные признаки и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на фигуры чертежей, на которых

фиг. 1 - принципиальная схема установки получения поликристаллического кремния в виде порошка сферической формы;

фиг. 2 - принципиальная технологическая схема получения поликристаллического кремния в виде порошка сферической формы.

Осуществление изобретения

Получение поликристаллического кремния в виде порошка сферической формы из раствора кремнефтористо-водородной кислоты в виде порошка сферической формы предпочтительно осуществлять в две основные технологические стадии.

На первой технологической стадии получают газообразный тетрафторид кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты (H ₂ SiF ₆ ) с использованием установки для получения тетрафторида кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты, которая включает в себя соединенные между собой при помощи системы трубопроводов с запорной арматурой средство 1 экстрагирования водного раствора кремнефтористо-водородной кислоты (H ₂ SiF ₆ ), которое включает в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор с защитным фторопластовым покрытием, средство 2, обеспечивающее возможность сушки полученного экстракта, которое включает в себя по меньшей мере один барботажный сушильный аппарат с защитным фторопластовым покрытием, снабженный теплообменником, средство 3, обеспечивающее возможность кислотной обработки экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния и фтористого водорода, включающее в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор с защитным фторопластовым покрытием, средство 4, обеспечивающее возможность нейтрализации фтористого водорода с образованием дополнительного тетрафторида кремния, включающее в себя по меньшей мере один барботажный реактор с защитным фторопластовым покрытием, заполненный, например, диоксидом кремния, в качестве которого целесообразно использовать кварцевый песок. С использованием вышеописанной установки тетрафторид кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты получают следующим образом.

Водный раствор кремнефтористо-водородной кислоты (H ₂ SiF ₆ ), преимущественно 20 %-ный, обрабатывают в средстве 1 для получения экстракта раствором органического основания (экстрагент), например, раствором триалкиламина (ТАА) или раствором триалкиламина в триэтилбензоле (ТАА+ТЭБ), или раствором триалкиламина в смеси додекана с октиловым спиртом (ТАА + ДДК+ ОКС) с образованием органорастворимой соли (экстракта), например, (ТААН) ₂ SiF ₆ . По завершении экстрагирования и отстаивания фаз полученный экстракт кремнефтористо-водородной кислоты отделяют от водной фазы, промывают водным раствором HF, сушат при помощи средства 2, включающего в себя барботажный сушильный аппарат с защитным фторопластовым покрытием, снабженный теплообменником, потоком воздуха или инертного газа, подогретого до температуры 55-60 °С, и обрабатывают концентрированной минеральной кислотой, преимущественно олеумом, содержащем 3-5% серного ангидрида, в средстве 3 для кислотной обработки экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния SiF _{4 газ} и фтористого водорода HF _газ . Водную фазу от данной операции возвращают на стадию экстракции. Выделение газообразных продуктов разложения органической соли кремнефтористо-водородной кислоты, а именно SiF _{4 газ} и HF _газ в средстве 2 происходит в результате протекания следующей реакции:

(ТААН) 2SiF6+nH2SO4 →SiF4 газ +2HF газ+ (ТААН) 2SO4 ∙ (H2SO4)n-1(при использование в качестве экстрагента раствора триалкиламина).

После завершения газовыделения и отстоя фаз органическую фазу отделяют от водной фазы, промывают последовательно водой и водным раствором гидроксида натрия до полного удаления H ₂ SO ₄ . Регенерированный экстрагент возвращают на стадию экстракции H ₂ SiF ₆ . Выделившиеся в результате разложения соли кремнефтористо-водородной кислоты, газообразные продукты тетрафторид кремния (SiF _{4 газ} ) и фтористый водород (HF _газ ) без разделения направляют в средство 4, обеспечивающее нейтрализацию фтористого водорода с образованием дополнительного тетрафторида кремния, которое включает в себя по меньшей мере один барботажный реактор с защитным фторопластовым покрытием, заполненный составом, который обеспечивает нейтрализацию фтористого водорода, например, диоксидом кремния, в качестве которого предпочтительно использовать кварцевый песок.

Газообразный тетрафторид кремния (SiF _{4 газ} ), барботируя через диоксид кремния (SiO ₂ ) , не вступает с ним в химическую реакцию, а в результате протекания реакции 4HF _газ + SiO ₂ → SiF ₄ ↑+ 2H ₂ O происходит образование дополнительного газообразного тетрафторида кремния (SiF _{4 газ} ), что обеспечивает увеличение общего выхода тетрафторида кремния. Одновременно с увеличением выхода газообразного тетрафторида кремния обеспечивается нейтрализация такого опасного продукта как фтористый водород (плавиковая кислота) непосредственно в технологическом процессе.

Также получение органической соли кремнефтористо-водородной кислоты (экстракт) возможно осуществить методом непрерывной противоточной экстракцией. Для осуществления этого предпочтительного варианта реализации изобретения в качестве средства 1 целесообразно использовать противоточный экстрактор, составленный по меньшей мере из шести ступеней, на пяти из которых осуществляют экстракцию H ₂ SiF ₆ , а шестая ступень обеспечивает промывку экстракта. Выходящий из последней ступени экстракт кремнефтористо-водородной кислоты сушат потоком воздуха или инертного газа, подогретого до температуры 55-60 °С, и обрабатывают концентрированной минеральной кислотой, преимущественно олеумом, содержащем 3-5% серного ангидрида.

После получения газообразного тетрафторида кремния с повышенным выходом кремния и низким содержанием примесей по вышеописанному способу осуществляют следующую технологическую стадию, заключающуюся в восстановлении кремния из полученного на предыдущей стадии газообразного тетрафторида кремния.

Для получения поликристаллического кремния, соответствующего заявленным характеристикам по примесному составу и ценовым показателям, предпочтительно использовать установку для получения поликристаллического кремния, представленную на фиг. 1, и способ получения поликристаллического кремния, представленный на фиг. 2, реализуемый с использованием данной установки.

Установка для непрерывного получения поликристаллического кремния из раствора кремнефтористо-водородной кислоты (фиг. 1) включает в себя соединенные между собой при помощи системы трубопроводов с запорной арматурой средство 1 экстрагирования водного раствора кремнефтористо-водородной кислоты (H ₂ SiF ₆ ), которое включает в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор с защитным фторопластовым покрытием, средство 2, обеспечивающее возможность сушки полученного экстракта, которое включает в себя по меньшей мере один барботажный сушильный аппарат с защитным фторопластовым покрытием, снабженный теплообменником, средство 3, обеспечивающее возможность кислотной обработки экстракта с образованием газообразных тетрафторида кремния и фтористого водорода, включающее в себя по меньшей мере один центробежный экстрактор с защитным фторопластовым покрытием, средство 4, обеспечивающее возможность нейтрализации фтористого водорода с образованием дополнительного тетрафторида кремния, включающее в себя по меньшей мере один барботажный реактор с защитным фторопластовым покрытием, заполненный, например, диоксидом кремния (кварцевый песок), средство 5, обеспечивающее образование паров магния из расплава магния, включающее в себя по меньшей мере один вакуумный испаритель с защитными футеровками, средство 6 восстановления кремния из тетрафторида кремния парами магния, в качестве которой используют по меньшей мере один вихревой реактор, снабженный вакуумным насосом, обеспечивающим удаление воздуха из камеры, и средством, обеспечивающим нагрев реакционной камеры, средство 7 охлаждения полученной в результате восстановления реакционной смеси, средство 8, обеспечивающее разделение реакционной смеси в виде порошка кремния и фторида магния с одновременным получением сферического порошка кремния, и средство 9, обеспечивающее отделение сферического порошка кремния от фторида магния. Защитное фторопластовое покрытие обеспечивает защиту оборудования от воздействия агрессивных сред в процессе эксплуатации, что повышает срок его службы. Количество необходимого оборудования определяется мощностью установки, которая рассчитывается, исходя из объемов перерабатываемой кислоты и получаемого кремния.

Дополнительно установка может содержать средства, не относящиеся непосредственно к процессу получения кремния, но обеспечивающие вспомогательные операции, например, линию для фасовки кремния, линию для фасовки фторида магния, линию для получения гипса из растворов от регенерации экстрагента (на фигуре не показано).

Полученный газообразный тетрафторид кремния из средства 4 подают в реакционную камеру 6 восстановления кремния, в качестве которой используют по меньшей мере один вихревой реактор, снабженный вакуумным насосом и средством нагрева. Одновременно с тетрафторидом кремния в реакционную камеру 6 из средства 5 подают парообразный магний. После вакуумирования (удаления воздуха) реакционную камеру 6 нагревают до температуры 670-800 °С. Газообразый тетрафторид кремния вступает во взаимодействие с парами магния, и в результате протекания восстановительной реакции SiF _{4 газ} + Mg _газ = Si + MgF ₂ образуется реакционная смесь, представляющая смесь порошков кремния (Si) + фторида магния (MgF ₂ ). Образовавшиеся в результате восстановления продукты реакции охлаждают в холодильной установке 7, после чего отделяют порошок кремния (Si) от фторида магния (MgF ₂ ). Для извлечения реакционной смеси из реакционной камеры 6 используют "транспортирующий" газ, а именно, аргон, который подают в реакционную камеру 6 одновременно с газообразным тетрафторидом кремния. В предпочтительном варианте осуществления изобретения целесообразно получать кремний в виде товарной продукции, а именно в виде порошка сферической формы. Учитывая, что расплав кремния и расплав фторида магния обладают различными характеристиками, для эффективного разделения полученной смеси и одновременного перевода кремния в товарный вид - сферический порошок, предпочтительным вариантом получения кремния в виде порошка сферической формы является метод центробежного распыления в атмосфере инертного газа. Для реализации метода центробежного распыления средство 8 включает в себя плавильную печь, в которой расположен тигель, выполненный с возможностью вращения, и неплавящийся электрод, между которыми поддерживается плазменная дуга. Смесь порошков кремния и фторида магния направляют во вращающийся тигель и воздействуют на нее теплом плазменной дуги, горящей между тиглем и неплавящимся электродом. Под действием тепловой дуги кремний и фторид магния плавятся, и образующийся расплав под действием центробежных сил оттесняется к кромке тигля и срывается с нее в виде отдельных капель кремния и фторида магния. Расплавленные капли в инертной атмосфере затвердевают в виде отдельных сферических частиц в полете до удара о стенки камеры и сохраняют свою сферичность в твердой фазе. В силу того, что размеры частиц фторида магния в 1,3-1,5 раз меньше полученного сферического порошка кремния, то с высокой степенью точности можно провести отделение порошка кремния в средстве 9, представляющем собой, например, вибростол. Полученный сферический порошок кремния с размерами частиц, преимущественно находящихся в диапазоне от 0,3 до 0,6 мм, промывают дистиллированной водой и бидистиллированной водой.

Таким образом, реализация заявляемого изобретения позволяет непрерывно получать поликристаллический кремний из раствора кремнефтористо-водородной кислоты, поликристаллический кремний в виде порошка сферической формы с высокой степенью очистки от примесей (99,99%), повышенным выходом конечного продукта и низкой себестоимостью по сравнению с существующими технологиями.