АО «Гиредмет», Москва, Россия:

А. М. Чапыгин, ведущий научный сотрудник
А. В. Белозеров, лаборант
А. А. Гасанов, начальник отделения особо чистых веществ, редких и редкоземельных металлов
В. В. Апанасенко, начальник лаборатории технологии разделения редкоземельных металлов и соединений, эл. почта: VVApanasenko@giredmet.ru

Разработан процесс очистки технического тетрахлорида кремния от примесей с получением продукта оптического качества. Очистка включает хлорирование трудноудаляемых примесных хлорсиланов с последующей ректификацией тетрахлорида кремния в кварцевой колонне, при этом удаляется и основ ная группа примесей — соединений металлов и неметаллических веществ. Для разработки процесса очистки SiCl₄ определены условия взаимодействия хлорсиланов, содержащихся в тетрахлориде кремния, с газообразным хлором. Установлено, что хлорирование дихлорсилана и трихлорсилана протекает уже при комнатной температуре в течение 15–24 ч, а если реакционную смесь освещать дневным светом — от 1 до 5 ч, остаточное их содержание в SiCl₄ составляет менее 1·10^–4 % (мас.). Дихлорсилан и трихлорсилан превращаются при этом в основной продукт — тетрахлорид кремния, а ряд других содержащих водород примесей из близких по летучести к SiCl₄ веществ — в высококипящие соединения, которые могут быть эффективно отделены последующей ректификацией. После обработки хлором и необходимой выдержки реакционной смеси ее разделяют ректификацией в кварцевой колонне с 35 тарелками на легкую фракцию, которую возвращают на хлорирование, и целевую, представляющую собой готовый продукт. Постепенно накапливающийся кубовый остаток, представляющий собой смесь высококипящих примесей, периодически выводят из ректификационного процесса и нейтрализуют 20 % (мас.) водным раствором едкого натра. Сочетание хлорирования и ректификационного рафинирования позволяет очистить тетрахлорид кремния до продукта оптического качества, удалив из него широкий спектр соединений как металлов, так и неметаллов до остаточного содержания на уровне 1·10^–6–1·10^–8 % (мас.).

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения 14.579.21.0138 от 03.10.2016, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57916X0138.

1. ТУ 2152-420-05763441–2003. Кремния тетрахлорид. — Введ. 2003–11–01.
2. Девятых Г. Г., Дианов Е. М. Волоконные световоды с малыми оптическими потерями // Вестник АН СССР. 1981. Вып. 10. С. 54–66.
3. Сеник Б. Н., Бельский А. Б., Потелов В. В. Современные тенденции в оптических технологиях, применяемых для улучшения выходных характеристик оптических и оптико-электронных систем // Оптический журнал. 2009. Т. 76, № 8. С. 5–13.
4. Mo J., Yuan Q., Wu X., Yuan Q., Wang T. Purification of silicon tetrachloride for optical fibers // Chinese Journal of Rare Metals. 2015. Vol. 39, No. 4. P. 379–384. DOI: 10.13373/j.cnki.cjrm.2015.04.013
5. Ероньян М. А., Мешковский И. К. Основы нанотехнологии анизотропных одномодовых волоконных световодов. — СПб. : НИУ ИТМО, 2014. — 80 с.
6. Чапыгин А. М., Назаров Ю. Н., Кох А. А., Аркадьев А. А., Апанасенко В. В. Получение тетрахлорида кремния для волоконной оптики // Тезисы докладов V Всероссийской конференции «Керамика и композиционные материалы». — Сыктывкар : Коми научный центр УрО РАН, 2004. С. 133.

7. Потелов В. В. Совершенствование технологии сборки высококачественных призменных модулей методом глубокого оптического контакта // Оптический журнал. 2009. Т. 76, № 8. С. 41–45.
8. Пат. 2499801 РФ. Способ получения трихлорсилана и тетрахлорсилана / Хардер П. Д., Целепис А. Д. ; заявл. 17.11.2009 ; опубл. 27.11.2013, Бюл. № 33.
9. Пат. 2596775 РФ. Способ извлечения компонентов из парогазовых смесей, образующихся при производстве поликристаллического кремния / Бессонный Е. А., Машковцев П. Д., Сидоров В. М. ; заявл. 12.03.2015 ; опубл. 10.09.2016, Бюл. № 25.
10. Pat. 103738966 CN. Method for purifying high-purity silicon tetrachloride / Yin W., Xu C. ; fil. 12.01.2014 ; publ. 23.04.2014.
11. Pat. 104058410 CN. Silicon tetrachloride purification system / Zhao X., Yang Y., Jiang L., Yan D., Wan Y. ; fil. 26.06.2014 ; publ. 01.06.2016.
12. Bruckner R. Organic mechanisms. Reaction, stereochemistry and synthesis. 3rd edition. — Berlin : Springer-Verlag, 2010. — 855 p. DOI: 10.1007/978-3-642-03651-4
13. Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. В 4 ч. Ч. 1. — М. : Лаборатория знаний, 2017. — 567 с.
14. Чапыгин А. М., Назаров Ю. Н., Старобина Т. М., Кох А. А., Аркадьев А. А. Взаимодействие полисиланхлоридов с хлором // Цветные металлы. 1989. № 9. С. 74–77.
15. Андрианов К. А. Кремнийорганические соединения. — М. : Госхимиздат, 1955. — 521 с.
16. Пелконен Я. Производство заготовок для вытяжки оптических волокон // Фотоника. 2015. № 4. С. 38–40.
17. Степанов А. И., Главин Г. Г., Квин В. Е. Идентификация примесных компонентов в трихлорсилане с использованием хромато-масс-спектрометрии // Научные труды Гиредмета. — М. : ОНТИ Гиредмета, 1980. Т. 100. С. 108–114.
18. Главин Г. Г., Степанов А. И., Квин В. Е. Хромато-массспектрометрическая идентификация высококипящих примесей в тетрахлориде кремния // Заводская лаборатория. 1981. Т. 47, № 5. C. 12–16.
19. Крылов В. А. Проблемы анализа высокочистых летучих агрессивных веществ // Российский химический журнал. 2002. Т. 46, № 4. C. 71–75.
20. Суворов С. С., Козырев И. В. Моделирование процесса ректификации тетрахлорида кремния // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. 2010. № 3. С. 230–237.
21. Чапыгин А. М. Разработка способов переработки твердых и жидких отходов производства поликристаллического кремния : дис. ... канд. техн. наук. — М., 2005.