khimie.ru

Получение кремния основано на восстановлении магнием, алюминием или углем диоксида кремния или галогенидов кремния при нагревании. Щелочные металлы менее пригодны для этого восстановления, хотя впервые кремний был получен при помощи калия. В зависимости от условий опыта получают продукты, довольно различные по внешнему виду и по свойствам. Раньше рассматривали их как различные модификации кремния. В действительности их кристаллические решетки одинаковы. Однако они различаются величиной частиц, развитием поверхностей и содержанием примесей (главным образом SiO₂). Относительно чистым и в виде красивых кристаллических пластинок кремний получают алюмотермическим восстановлением кремнефтористого калия К₂[SiF₆]:

3К₂[SiF₆] + 4Al → 3Si + 2K[AlF₄] + 2K₂[AlF₅]

Метод Велера заключается в следующем: смесь 125 г алюминиевых стружок с 40 г К₂[SiF₆] энергично нагревают около получаса до ярко-красного каления и затем медленно охлаждают. Отделенный от шлака и грубо истолченный королек, состоящий из сплава алюминия с кремнием, обрабатывают (сначала разбавленной, затем концентрированной) соляной кислотой. В результате кремний остается нерастворенным. Следует брать избыток алюминия, так как он в расплавленном состоянии действует на кремний как растворитель, из которого при охлаждении выкристаллизовывается кремний. Так называемый «аморфный» кремний можно порекристаллизовывать путем сплавления с алюминием.

SiO₂ при подходящих условиях также можно восстановить алюминием. Согласно патенту Кюна, смешивают 400 г алюминиевых стружек, 500 г порошка серы и 360 г кварцевого песка; полученную смесь покрывают сворху смесью порошка алюминия и серы или другой подходящей воспламеняющей смесью и поджигают раскаленной докрасна железной палочкой.

Очень реакционноспособную форму кремния получают по способу Гаттермана-Винклера восстановлением диоксида кремния магнием

SiO₂ + 2Мg = Si + 2МgO.

Для предотвращения бурной реакции к рассчитанному по уравнению количеству смеси добавляют четвертую часть оксида магния. Следует избегать избытка металлического магния, так как в этом случае происходит образование силицида. Очень важно, чтобы вещества были чистыми и абсолютно сухими. Глиняный или шамотный тигель с реакционной смесью помещают в заранее нагретую до красного каления печь (печь Росслера или другая подходящая). Реакция начинается через несколько минут при сильном разогревании массы. Таким способом получают коричневый порошок, который ранее был назван «аморфным кремнием». Однако по структуре он не отличается от кристаллического кремния, лишь всегда загрязнен в значительной степени диоксидом кремния SiO₂. Действительно, аморфный кремний, как показал Шварц, можно получить термическим разложением монохлорида кремния.

В технике кремний получают восстановлением кварца в электрической печи углем в присутствии железа. Так как кремний с железом дает сплав ферросилиций, образование карбида ограничено; однако этим способом получают не чистый кремний, а сплавы железа с кремнием. Продукт, называемый в технике чистым кремнием или металлическим кремнием, содержит по меньшей мере 2, а обычно 3-5 % железа. Чаще получают ферросилиций, содержащий 25 % и больше железа. Ферросилиций с содержанием кремния менее 20 % можно расплавить в обычной пламенной печи.

Для получения кремния электротермическим способом используют обычные печи, так же как и для получения карбида и карборунда. Иногда к реакционной смеси добавляют еще СuО. В этом случае образуется промежуточный продукт СаС₂, который является прекрасным восстановителем и значительно облегчает получение кремния.

Ферросилиций находит применение главным образом в производстве железа и стали. Он понижает способность железа растворять углерод и таким образом увеличивает выделение последнего в виде графита. Это иногда бывает нужно при выработке чугуна. При бессемеровском процессе ферросилиций применяют как раскислитель для восстановления образующейся при горении оксида железа. Богатые кремнием сплавы железа применяют в большом количестве благодаря их исключительной кислотоустойчивости.

Технически чистый кремний пригоден для расчисления медных сплавов. В полевых условиях кремний применяли для получения водорода. Было предложено также использовать его в качестве восстановителя вместо алюминия.