專利名稱：由二氧化硅制備太陽(yáng)能級(jí)硅的制作方法
由二氧化硅制備太陽(yáng)能級(jí)硅本發(fā)明涉及一種制備適合用作太陽(yáng)能級(jí)硅的純硅的完整方法，包括用一種或多種純碳源還原硅氧化物，所述硅氧化物是通過從溶解在水相中的硅氧化物的水溶液中經(jīng)酸沉淀被純化的硅氧化物， 所述純化的硅氧化物特別是通過在酸化劑中沉淀溶解在水相中的硅氧化物獲得。本發(fā)明還涉及一種含有活化劑的配制物、和生產(chǎn)硅的設(shè)備、反應(yīng)器和電極。光電池在全球產(chǎn)電業(yè)的比重逐年增加。為了進(jìn)一步增加市場(chǎng)份額，必需降低光電池的生產(chǎn)成本并提高它們的效率。高純度硅(太陽(yáng)能級(jí)硅)的成本是光電池生產(chǎn)中的重要成本因素。工業(yè)規(guī)模上經(jīng)常是通過Siemens方法生產(chǎn)，該方法是在50多年前開發(fā)的。在該方法中，硅首先與氣態(tài)氯化氫在300-35(TC于流化床反應(yīng)器中反應(yīng)生成三氯硅烷(硅氯仿)。在高成本蒸餾步驟之后，與上面反應(yīng)相反，將所述三氯硅烷于1000-1200°C在有氫的情況下在非常高純度硅的加熱棒上再次熱分解。元素硅在棒上生長(zhǎng)并將釋放的氯化氫再循環(huán)。制得四氯化硅作為副產(chǎn)物，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)變成三氯硅烷并再循環(huán)到該方法中，或者將其在氧火焰中燃燒為熱解硅酸。上面方法的無(wú)氯替代法是將甲硅烷分解，它也可以由這些元素獲得并在純化步驟之后在受熱面上或者通過流化床反應(yīng)器再次分解。其實(shí)例示于WO 2005/118474 Al。另一制備硅的已知方法在有碳的情況下按照下面反應(yīng)式還原二氧化硅 (Ullmann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第 A 23 卷，第 721-748 頁(yè)，第 5 版，1993 VCH Weinheim)。Si02+2C — Si+2C0就該反應(yīng)進(jìn)行而言，需要非常高的溫度，優(yōu)選大于1700°C，這例如可以在電弧爐中獲得。盡管這樣高的溫度，但是該反應(yīng)開始非常慢，然后進(jìn)行的速度也低。由于相關(guān)聯(lián)的長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，該方法屬于能源密集型和成本密集型。如果將硅用于太陽(yáng)能領(lǐng)域，制得的硅必需在純度方面滿足特別高的要求。即使原料化合物的污染以mg/kg(ppm范圍)計(jì)，(μ g/kg)ppb至ppt范圍在該應(yīng)用領(lǐng)域也是麻煩的。由于其電子性質(zhì)，周期表第III和V族的元素特別麻煩，因此對(duì)這些元素而言，在硅中污染的極限值特別低。對(duì)五價(jià)的磷和砷而言，例如，作為η-型半導(dǎo)體制得的硅的最終摻雜物存在問題。三價(jià)的硼也導(dǎo)致制得的硅的不希望的摻雜，因此獲得P-型半導(dǎo)體。例如， 有純度為99. 999% ( “五個(gè)九”)或99. 9999% ( “六個(gè)九”)的太陽(yáng)能級(jí)硅(Sisg)。適用于半導(dǎo)體加工的硅(電子級(jí)硅，Sieg)需要更高純度。為此，甚至由硅氧化物與碳反應(yīng)的冶金學(xué)硅應(yīng)滿足高純度要求，以便使由于硅(Sisg或Sieg)生產(chǎn)用的鹵代硅烷中夾帶的鹵代化合物(例如三氯化硼)的隨后高成本純化步驟最少化。含硼化合物的污染帶來特殊困難，這是因?yàn)榕鹪谌廴诠韬凸滔嘀芯哂?. 8的分布系數(shù)，并因此幾乎不能與硅通過區(qū)域熔融分離 (DE 2 546 957 Al)。一般說來，由硅氧化物制備硅的方法在現(xiàn)有技術(shù)中為已知。因此，DE 29 45 141 C2描述了在電弧中還原SiO2多孔玻璃。還原所需的碳顆粒可嵌入多孔玻璃中。公開的該方法獲得的硅適合在硼含量小于Ippm下制備半導(dǎo)體元件。DE 33 10 828 Al采用在固體鋁上分解鹵代硅烷的方法。這樣可以保證低硼含量，但是所得硅的鋁含量較高并且因需要電解回收形成的氯化鋁故該方法的能量消耗可觀。DE 30 13 319公開了一種由二氧化硅和含碳還原劑例如碳黑起始生產(chǎn)特定純度的硅的方法，描述了最大的硼和磷含量。含碳還原劑以球粒狀與高純度粘合劑，例如淀粉一起使用。WO 2007/106860 Al描述了一種硅的制備方法，其中使水相中的硅酸鈉經(jīng)過離子交換劑以分離硼，獲得在水相中的不含硼的純化硅酸鈉。接下來，從純化水相中沉淀出二氧化硅。該方法的缺陷在于主要地僅從硅酸鈉中去除硼和磷雜質(zhì)。為了獲得足夠純度的太陽(yáng)能級(jí)硅，尤其還需要除去金屬雜質(zhì)。為此，WO 2007/106860A1提出在該方法中使用附加的離子交換柱。然而，這樣使得加工成本非常高且時(shí)空收率 低。為了制得適合太陽(yáng)能電池加工級(jí)別的硅，通常需要使用純度至少99. 99wt. %的二氧化硅。雜質(zhì)，例如硼和磷，的濃度應(yīng)不超過lppm。誠(chéng)然可以使用天然來源，例如高質(zhì)量石英，作為高純度的二氧化硅原料，但是由于它們的天然局限，就工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)而言它們僅可以有限量獲得。而且，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，它們的取得太昂貴。上面所述的方法的共同點(diǎn)是非常昂貴和/或能量密集型，因此迫切需要較低成本、更有效地生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅的方法。因此需要由易于獲得的、廉價(jià)的硅酸鹽制得高純度二氧化硅。已知的方法有將助熔劑加入到含硅材料，例如硅砂或長(zhǎng)石中，并將混合物熔融。由該熔融物拉出纖維狀硅酸鹽玻璃并用酸浸提，形成粉狀多孔二氧化硅(SiO2MDE 31 23 009)。為了通過浸提制得高純度二氧化硅，玻璃體被限制為能夠被容易浸提的那些，并且氧化鋁和堿土金屬鹽也必需作為玻璃成分加入到二氧化硅中。一個(gè)嚴(yán)重缺陷是需要接下來除去金屬，只留下二氧化硅。還已知一種方法，其中硅膠是將堿金屬硅酸鹽(通常稱之為水玻璃或可溶性硅酸鹽)與酸反應(yīng)獲得的(參見例如 J.G.Vail，“ Soluble Silicates" (ACS Monograph Series), Reinhold, New York，1952，第2卷，第549頁(yè))。該硅膠通常獲得純度為約 99. 5wt. %的SiO2,在任意情況下，雜質(zhì)例如硼、磷、鐵和/或鋁的含量對(duì)用于制備太陽(yáng)能級(jí)硅的二氧化硅來說都太高。由于硅酸鹽溶液作為非常廉價(jià)的原料可以大量獲得，因此在過去不缺少嘗試由硅酸鹽溶液生產(chǎn)高純度Si02。因此，US 4，973，462描述了將高粘度水玻璃在反應(yīng)溶液的低PH值下用酸化劑轉(zhuǎn)變成SiO2的方法。然后將該SiO2過濾，用水洗滌，重懸于酸、水和螯合劑的混合物中，過濾和洗滌幾次。類似方法描述在JP02-311310中，但是在這種情況下，螯合劑已經(jīng)在沉淀反應(yīng)中加入。這兩種方法的缺陷在于它們包括非常復(fù)雜的加工步驟。而且，發(fā)現(xiàn)所得沉淀物有時(shí)難以過濾。最終，增加螯合劑及其從二氧化硅中分離的成本。本發(fā)明的目的在于提供一種制備太陽(yáng)能級(jí)硅的完整方法，該方法在工業(yè)規(guī)模上經(jīng)濟(jì)，加工步驟數(shù)減少，并且可以有利地使用普通，優(yōu)選未預(yù)純化的硅酸鹽或二氧化硅作為原料進(jìn)行以及制備純化的硅氧化物。另一目的在于開發(fā)一種反應(yīng)器和電極，它們一方面可以使加工經(jīng)濟(jì)，并且另一方面防止了在高溫下被來自工廠部件中的硼的擴(kuò)散依賴性污染。在該完整方法的范圍內(nèi)的另一目的是提供一種新的制備高純度二氧化硅的方法， 如果有的話，該方法僅在減少的形式上至少具有前述現(xiàn)有技術(shù)方法中的一些缺陷。沒有具體提及的其它目的從下面的實(shí)施例和權(quán)利要求的描述的一般內(nèi)容中變得清楚。這些目的是通過說明書、實(shí)施例和權(quán)利要求書、本文所述的方法步驟和本文所述的產(chǎn)品和中間物實(shí)現(xiàn)的。
出人意料地發(fā)現(xiàn)，適宜作為太陽(yáng)能硅或者適用于生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅的純硅的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方法，可以通過用一種或多種純碳源還原純化的二氧化硅獲得，所述純化的二氧化硅是通過在酸化劑中沉淀獲得的，特別是通過在酸性條件下將至少一種溶解在水相中的硅氧化物的水溶液與至少一種酸化劑反應(yīng)獲得的。根據(jù)本發(fā)明，沉淀在加入有溶解在水相中的硅氧化物的酸化劑中進(jìn)行，并形成最終沉淀懸液。沉淀懸液在加入和/或沉淀硅氧化物期間保持酸性。該目的是通過說明書、實(shí)施例、附圖和權(quán)利要求書(針對(duì)純硅的制備)中詳細(xì)描述的完整方法以及通過其中描述的方法組成實(shí)現(xiàn)的。因此，本發(fā)明涉及一種純硅更具體地說太陽(yáng)能級(jí)硅或適用于生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅的硅的制備方法，包括用一種或多種純碳源還原通過從水溶液中沉淀純化的二氧化硅，其中從溶解在水相中的二氧化硅的水溶液中沉淀是在酸化劑中，特別是在酸性PH范圍內(nèi)進(jìn)行的， 并且所得沉淀懸液永久保持在酸性PH下。發(fā)現(xiàn)二氧化硅特別是經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅不僅可用作與碳源反應(yīng)得到硅的原料，而且也可用于碳源或反應(yīng)促進(jìn)劑或反應(yīng)器材料的生產(chǎn)中。此外，已發(fā)現(xiàn)碳水化合物特別適宜作為本發(fā)明上下文中優(yōu)選的第二原料，例如碳源。這些碳水化合物可用作碳源或者用作該方法的不同組成步驟的碳源之一，但是也可以用于生產(chǎn)活化劑或反應(yīng)器材料。碳水化合物具有特別是可以全世界獲得的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)雜質(zhì)硼和磷具有非常低的值，并且是可再生的原料，構(gòu)成生態(tài)可行的碳源。本發(fā)明因此還涉及如權(quán)利要求1所述的方法，其中碳源碳是通過在該方法的構(gòu)成步驟中，使用SiO2，特別是經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅，作為熱解時(shí)的消泡劑熱解碳水化合物獲得的。本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中高純度碳化硅是由二氧化硅和碳水化合物在該方法的構(gòu)成步驟中制成的，并且該碳化硅優(yōu)選用于一種或多種下面的目的a)用于反應(yīng)器部件襯里b)用于制備高爐冶煉法的電極c)作為與經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅反應(yīng)的碳源d)作為另一碳源與經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅反應(yīng)的反應(yīng)促進(jìn)劑。最后，本發(fā)明涉及一種特別優(yōu)選的進(jìn)行本發(fā)明方法的反應(yīng)器。在本發(fā)明的非常具體的方法變化中，僅通過含水手段純化的二氧化硅和糖用于該完整方法。下面詳述本發(fā)明的方法。^X沉淀或沉淀方法是指，在本發(fā)明的意義上，至少一種溶解在水相中的硅氧化物的水溶液與至少一種酸化劑在說明書中更精確定義的條件下反應(yīng)，無(wú)論反應(yīng)是否導(dǎo)致由最初顆粒形成聚集體和團(tuán)聚體_在沉淀硅酸的常規(guī)定義的意義下_或者形成三維網(wǎng)絡(luò)_在硅膠的常規(guī)定義的意義下。換句話說，本發(fā)明的高純度SiO2顆?？梢员憩F(xiàn)為凝膠狀結(jié)構(gòu)或者沉淀硅酸的結(jié)構(gòu)或者甚至一些其它結(jié)構(gòu)。
“通過從水溶液中沉淀純化的二氧化硅”是指通過下面方法獲得的二氧化硅，其中酸化劑和硅酸鹽反應(yīng)并接著用酸化劑和/或酸化劑的水溶液和/或水(優(yōu)選軟化水)的洗滌步驟的反應(yīng)方式(reaction regime)實(shí)現(xiàn)二氧化硅中鋁、硼、鈣、鐵、鎳、磷、鈦和鋅的總含量低于IOwt.-ppm，并且二氧化硅中鋁、硼、鈣、鐵、鎳、磷、鈦和鋅的雜質(zhì)的總量低于離析物和水中存在的雜質(zhì)的總量。換句話說，進(jìn)行沉淀使得離析物和洗滌介質(zhì)中的上述雜質(zhì)盡可能留在水相中并不轉(zhuǎn)移到二氧化硅中。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，“通過從水溶液中沉淀純化的二氧化硅”是指可商購(gòu)獲得的工業(yè)級(jí)酸化劑與可商購(gòu)獲得的工業(yè)級(jí)硅酸鹽溶液反應(yīng)，并進(jìn)行反應(yīng)和洗滌步驟，使得盡管為未預(yù)純化的離析物，獲得高純度二氧化硅。 “純或高純度硅”是指具有下面給出的雜質(zhì)含量的硅a.鋁小于或等于5ppm或者在5ppm和0. OOOlppt之間，特別是在3ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. 8ppm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. 6ppm和0. OOOlppt之間， 甚至更好在0. Ippm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，甚至更優(yōu)選 lppb-0. OOOlppt,b.硼低于IOppm-O. OOOlppt,特別是在5ppm-0. OOOlppt的范圍內(nèi)，優(yōu)選在 3ppm-0. OOOlppt的范圍內(nèi)或者尤其優(yōu)選在IOppb-O. OOOlppt的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在 lppb-0. OOOlppt 的范圍內(nèi)，c.鈣小于或等于2ppm,優(yōu)選在2ppm和0. 000 Ippt之間，特別是在0. 3ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，d.鐵小于或等于20ppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOOlppt之間，特別是在0. 6ppm禾口 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. 05ppm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選 lppb-0. OOOlppt ；e.鎳小于或等于IOppm,優(yōu)選在5ppm禾口 0. OOOlppt之間，特別是在0. 5ppm禾口 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Ippm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，f.磷小于IOppm-O. OOOlppt,優(yōu)選在5ppm和0. OOOlppt之間，特別是小于 3ppm-0. 000Ippt，優(yōu)選在IOppb和0. OOOlppt之間并且尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，g.鈦小于或等于2ppm，優(yōu)選小于或等于lppm-0. OOOlppt，特別是在0. 6ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Ippm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，h.鋅小于或等于3ppm，優(yōu)選小于或等于lppm-0. OOOlppt，特別是在0. 3ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Ippm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間并且尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，并且檢測(cè)極限區(qū)域的純度可以針對(duì)每一元素，并且在由熔融的直接方法產(chǎn)品的硅中，前述元素的總污染應(yīng)總共小于lOOwt. -ppm,優(yōu)選小于10wt. -ppm,特別優(yōu)選小于 5wt. -ppm。特別優(yōu)選，所得純硅適宜作為太陽(yáng)能級(jí)硅。一種純化的、純或高純度硅氧化物，特別是二氧化硅，特征在于其中a.鋁含量?jī)?yōu)選小于或等于5ppm或者在5ppm和0. OOOlppt之間，特別是在3ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. 8ppm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. 6ppm和0. OOOlppt之間，甚至更好在0. Ippm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，甚至更優(yōu)選 lppb-0. OOOlppt,b.硼含量低于IOppm-O. OOOlppt,特別是在5ppm-0. OOOlppt的范圍內(nèi)，優(yōu)選在 3ppm-0. OOOlppt的范圍內(nèi)或者尤其優(yōu)選在IOppb-O. OOOlppt的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在 lppb-0. OOOlppt 的范圍內(nèi)，c.鈣含量小于或等于2ppm，優(yōu)選在2ppm和0. OOOlppt的范圍內(nèi)，特別是在0. 3ppm 和0. OOOlppt的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在Ippb和 0. OOOlppt的范圍內(nèi)，d.鐵含量小于或等于20ppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOOlppt之間，特別是在0. 6ppm 和0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. 05ppm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt 之間，尤其優(yōu)選lppb-0. 000 Ippt，e.鎳含量小于或等于lOppm，優(yōu)選在5ppm和0. OOOlppt之間，特別是在0. 5ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Ippm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，f.磷含量小于IOppm-O. OOOlppt,優(yōu)選在5ppm禾口 0. OOOlppt之間，特別是小于 3ppm-0. 000Ippt，優(yōu)選在IOppb和0. OOOlppt之間并且尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，g.鈦含量小于或等于2ppm，優(yōu)選小于或等于lppm-O. OOOlppt，特別是在0. 6ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Ippm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間，尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，h.鋅含量小于或等于3ppm，優(yōu)選小于或等于lppm-O. OOOlppt，特別是在0. 3ppm和 0. OOOlppt之間，優(yōu)選在0. Ippm和0. OOOlppt之間，特別優(yōu)選在0. Olppm和0. OOOlppt之間并且尤其優(yōu)選在Ippb和0. OOOlppt之間，并且前述雜質(zhì)加上鈉和鉀的總量小于lOppm，優(yōu)選小于5ppm，特別優(yōu)選小于4ppm， 尤其優(yōu)選小于3ppm，特別優(yōu)選0. 5-3ppm并且尤其優(yōu)選lppm-3ppm.，并且檢測(cè)極限區(qū)域的純
度針對(duì)每一元素。純或高純度碳化硅是指這樣的碳化硅，除了碳化硅之外，它也可以任選具有碳和硅氧化物，例如SiyOz，其中y = 1. 0-20和Z = 0. 1-2. 0，特別是作為C-基質(zhì)和/或SiO2-基質(zhì)或SiyOz-基質(zhì)，其中y = 1. 0-20和ζ = 0. 1-2. 0，以及任選具有少量的硅。高純度碳化硅優(yōu)選是指具有包括二氧化硅的鈍化層的相應(yīng)碳化硅。高純度碳化硅也可以是指一種高純度組合物，它含有或其組成為碳化硅、碳、硅氧化物和任選存在的少量硅，并且高純度碳化硅或高純度組合物特別是具有以下雜質(zhì)含量，對(duì)于硼和磷，低于lOOppm，特別是在IOppm和 0. OOlppt之間，和對(duì)于磷，低于200ppm，特別是在20ppm和0. OOlppt之間磷，特別是相對(duì)高純度完整組合物或高純度碳化硅，其對(duì)于硼、磷、砷、鋁、鐵、鈉、鉀、鎳、鉻的總雜質(zhì)含量為低于IOOwt. -ppm，優(yōu)選低于10wt. -ppm，特別優(yōu)選低于5wt. -ppm。純，優(yōu)選高純度碳化硅中硼、磷、砷、鋁、鐵、鈉、鉀、鎳、鉻的雜質(zhì)含量，對(duì)每一元素而言，優(yōu)選低于5ppm-0. Olppt (重量)，并且對(duì)高純度碳化硅而言特別是低于 2. 5ppm-0. lppt。特別優(yōu)選通過本發(fā)明方法獲得的任選具有碳和/或SiyOz基質(zhì)的碳化硅具有下面含量硼低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或磷低于200ppm，優(yōu)選在20ppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm_0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鈉低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 lppm-0. OOlppt 禾口 / 或鋁低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 lppm-0. OOlppt 禾口 / 或鐵低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鉻低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鎳低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鉀低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或硫低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 2ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鋇低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 3ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鋅低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鋯低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鈦低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口 / 或鈣低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選5ppm-0. OOlppt或低于 0.5ppm-0. OOlppt 禾口特別是鎂低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選在Ilppm和 0. OOlppt之間和/或銅低于lOOppm，優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選在2ppm禾口 0. OOlppt之間，和/或鈷低于lOOppm，特別是在IOppm和0. OOlppt之間，特別優(yōu)選在2ppm 禾口 0. OOlppt之間，和/或釩低于lOOppm，特別是在IOppm和0. OOlppt之間，優(yōu)選在2ppm和 0. OOlppt之間，和/或錳低于lOOppm，特別是在IOppm和0. OOlppt之間，優(yōu)選在2ppm禾口 0. OOlppt之間，和/或鉛低于lOOppm，特別是在20ppm和0. OOlppt之間，優(yōu)選在IOppm和 0. OOlppt之間，特別優(yōu)選在5ppm和0. OOlppt之間。特別優(yōu)選的純至高純度碳化硅或高純度組合物含有或其組成為碳化硅、碳、硅氧化物和任選存在的少量的硅，并且高純度碳化硅或高純度組合物，對(duì)純碳化硅而言，特別具有低于IOOppm的硼、磷、砷、鋁、鐵、鈉、鉀、鎳、鉻、硫、鋇、鋯、鋅、鈦、鈣、鎂、銅、鉻、鈷、鋅、 釩、錳和/或鉛的雜質(zhì)含量，對(duì)高純度碳化硅而言，優(yōu)選低于20ppm-0. OOlppt，相對(duì)于高純度完整組合物或高純度碳化硅，特別優(yōu)選在IOppm和0. OOlppt之間。
根據(jù)本發(fā)明，所述純碳源，任選含有至少一種碳水化合物或者碳源的混合物，具有以下雜質(zhì)含量硼小于2 [ μ g/g]、磷小于0. 5 [ μ g/g]和鋁小于2 [ μ g/g]，優(yōu)選小于或等于 1 [ μ g/g]，特別是鐵小于60 [ μ g/g]，優(yōu)選鐵含量小于10 [ μ g/g]，特別優(yōu)選小于5 [ μ g/g]。 整體上，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用純碳源，其中雜質(zhì)，例如硼、磷、鋁和/或砷的含量，低于各自工業(yè)可能的檢測(cè)極限。優(yōu)選純碳或者其它來源的碳，任選含有至少一種碳水化合物或者碳源的混合物， 具有下面的硼、磷和鋁的雜質(zhì)含量和任選的鐵、鈉、鉀、鎳和/或鉻的雜質(zhì)含量。硼(B)污染特別 是 5-0. 000001 μ g/g,優(yōu)選 3-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選 2-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于 2-0. 00001 μ g/g。磷(P)污染特別是 5-0. 000001 μ g/g,優(yōu)選 3-0. 00001 μ g/ g，特別優(yōu)選低于1-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于0. 5-0. 00001 μ g/g。鐵(Fe)污染是 100-0. 000001 μ g/g,特別是 55-0. 00001 μ g/g,優(yōu)選 2-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于1-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于0. 5-0. 00001 μ g/g。鈉(Na)污染特別是 20-0. 000001 μ g/g,優(yōu)選 15-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于 12-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于 10-0. 00001 μ g/g。鉀(K)污染特別是 30-0. 000001 μ g/g，優(yōu)選 25-0. 00001 μ g/g，特別優(yōu)選低于20-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于16-0. 00001 μ g/g。鋁(Al)污染特別是4-0. 000001 μ g/g,優(yōu)選 3-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于2-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于1. 5-0. 00001 μ g/g。鎳(Ni)污染特別是 4-0. 000001 μ g/g，優(yōu)選3-0. 00001 μ g/g，特別優(yōu)選低于2-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于 1. 5-0. 00001 μ g/g。鉻(Cr)污染特別是 4-0. 000001 μ g/g,優(yōu)選 3-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于2-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于1-0. 00001 μ g/g。各個(gè)元素的最小污染，特別優(yōu)選低于IOppb或者低于lppb。完整方法的總體描述所述完整方法包括用碳源還原經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅以生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅。合適的碳源和方法條件對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員為已知，例如從上面引證的現(xiàn)有技術(shù)，特別是US 2007/0217988或US 4，247，528。將這些公開說明書的內(nèi)容明確地加入本發(fā)明的主題中。根據(jù)本發(fā)明，在本發(fā)明生產(chǎn)純硅的總的方法中，通過沉淀純化的硅氧化物經(jīng)配制并與至少一種純碳源一起反應(yīng)。例如，潮濕或更潮濕的硅氧化物可以與純碳水化合物一起配制、擠出、成球、?；驂簤K。該配制物可以被干燥并且可以經(jīng)過還原步驟以生產(chǎn)純硅或者可以首先經(jīng)過離線加工步驟、熱解和/或煅燒以生產(chǎn)純碳和/或碳化硅。碳化硅，特別是高純度碳化硅，任選包括或含有碳基質(zhì)(C-基質(zhì))或硅氧化物基質(zhì)和/或任選滲入有硅，可用于本發(fā)明的方法作為活化劑和/或作為純碳源。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生產(chǎn)純硅的還原步驟由純化的硅氧化物，特別是二氧化硅，與純或高純度碳化硅反應(yīng)，如前面或后面所述。在具體實(shí)施方式
中，碳化硅和/或硅，其中碳化硅可以包括C-基質(zhì)和/或硅氧化物基質(zhì)并且可以滲入有硅，加入到該配制物中，和可選擇地，配制物a)包括純化的硅氧化物和至少一種純碳源和任選存在的碳化硅和任選存在的硅和/或b)包括純化的硅氧化物和任選存在的碳化硅和任選存在的硅和/或
c)包括至少一種純碳源和任選存在的碳化硅和任選存在的硅，其中各個(gè)配制物可以任選含有粘合劑和其中所述純碳源也可以包括活性炭。純化的硅氧化物、特別是純化的二氧化硅，例如硅酸，純碳、特別是活性炭和/或碳化硅可以以粉末、顆粒和/或作為塊加入到方法中a)，和/或b)含在配制物中例如在多孔玻璃，特別是石英玻璃中，在壓出物和/或模制物中，例如球粒或壓塊，任選與其它添加劑一起，所述其它添加劑特別是作為粘合劑和/或作為第二和進(jìn)一步的碳源?；钚蕴渴侵妇哂惺糠只蚴奶荚?。碳源中的石墨部分相對(duì)碳源優(yōu)選在30和99wt. %之間，優(yōu)選石墨部分是40-99wt. %，特別優(yōu)選50-99wt. %。形成該配制物的合適方法，特別是壓塊，例如擠出、壓出、成片、成球、造粒和其它公知的方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員都為公知。其它添加劑可以是硅氧化物或第二碳源，特別是純化的米糠例如在用HCl洗和/ 或煮之后，或者其它純碳源，例如糖、石墨、碳纖維的混合物，和/或作為粘合劑和作為第二和其它碳源和/或硅可以是天然或合成樹脂，例如酚醛樹脂、官能化硅烷或硅氧烷、工業(yè)級(jí)烷基纖維素，例如甲基纖維素、聚乙二醇類、聚丙烯酸酯類和聚甲基丙烯酸酯類或至少兩種前述化合物的混合物。作為官能化硅烷或硅氧烷，我們可以提及(但不排他)例如四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、烷基硅酸鹽、烷基烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基烷基烷氧基硅烷、 縮水甘油氧基烷基烷氧基硅烷、聚醚烷基烷氧基硅烷和相應(yīng)水解產(chǎn)物或縮合物或由前述至少兩種化合物的共縮合物，其中“烷氧基”特別是代表甲氧基、乙氧基、丙氧基或丁氧基和 “烷基”或“烷基”代表具有1-18個(gè)碳原子的一價(jià)或二價(jià)烷基，例如甲基、乙基、η-丙基、丁 基、異丁基、戊基、己基、庚基、n-/i-辛基等；下面可以列為實(shí)例四乙氧基硅烷、硅烷醇、硅酸乙酯、三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、甲基乙基二乙氧基硅烷、η-丙基三乙氧基硅烷、n-/i-辛基三甲氧基硅烷、 丙基硅烷醇、辛基硅烷醇類和相應(yīng)低聚物或縮合物、1-甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、 2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基異丁基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基硅烷醇和相應(yīng)低聚物或縮合物、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基硅烷醇和相應(yīng)低聚物或縮合物或水解產(chǎn)物、基于系列η-丙基三乙氧基硅烷、η-/ i-辛基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和3-聚醚丙基三乙氧基硅烷中至少兩種的共縮合物或嵌段-共縮合物或共縮合物。所述添加劑可以同時(shí)具有Si或C的補(bǔ)充劑和加工助劑的功能，特別是在本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的成型過程中，和/或粘合劑的功能，特別是在RT至300°C的范圍內(nèi)基本耐熱的粘合劑。優(yōu)選，為了制備顆粒，粉末與粘合劑以水溶液或醇溶液噴霧然后經(jīng)過成型過程，其中可以同時(shí)進(jìn)行干燥或者可選擇地也可以在成型之后進(jìn)行干燥。這樣在還原成純硅的過程中形成的過程氣體可以充分流過該配制物，故優(yōu)選由這些配制物形成高度多孔的片劑、球或壓塊。壓塊的大小優(yōu)選在I-IOcm3的范圍內(nèi)，特別是對(duì)500kW爐而言。該大小直接依賴于該過程如何進(jìn)行。形狀可以根據(jù)方法和技術(shù)現(xiàn)狀采用，例如象砂礫或鵝卵石，對(duì)通過管給料而言優(yōu)選鵝卵石-狀壓塊。砂礫在直接加料方面可能有益。優(yōu)選的粘合劑在150-300°C的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生基本上尺寸穩(wěn)定的配制物，特別優(yōu)選的粘合劑在200和300°C之間的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生尺寸穩(wěn)定的配制物。在一定情況下也可能優(yōu)選產(chǎn)生在大于300°C和高達(dá)800°C或更高，特別優(yōu)選高達(dá)1400°C的溫度范圍內(nèi)可以提供基本上尺寸穩(wěn)定的配制物的配制物。這些配制物可以優(yōu)選用于還原成純硅。高溫粘合劑基本上基于主要的Si-O底物(substrate)交聯(lián)、底物通常是指可以與硅烷醇基團(tuán)縮合的配制物中的所有組分或官能團(tuán)。優(yōu)選的配 制物包括碳化硅和/或活性炭，例如石墨、或者這些和另一純碳源，例如熱炭黑的混合物，以及所述耐熱性粘合劑，特別是高溫粘合劑。一般說來，所有固體反應(yīng)物，例如二氧化硅，純碳源和任選存在的碳化硅應(yīng)被用于該過程或者應(yīng)以提供用于反應(yīng)的最大可能表面積的形式存在于組合物中。根據(jù)本發(fā)明，添加塊狀的配制物。—種或多種純碳源，任選以混合物，天然源的有機(jī)化合物、碳水化合物、石墨(活性炭)、焦炭(coke)、煤(coal)、碳黑、熱炭黑、熱解的碳水化合物，特別是熱解糖，用作本發(fā)明方法中的純碳源。碳源，特別是球狀，可以例如通過用熱鹽酸溶液處理來純化。此外，可以向本發(fā)明的方法中加入活化劑?；罨瘎┛梢跃哂蟹磻?yīng)引發(fā)劑、反應(yīng)促進(jìn)劑的目的以及碳源的目的。活化劑是純碳化硅、滲入硅的碳化硅、和純具有C-基質(zhì)和/或硅氧化物基質(zhì)的碳化硅，例如含碳化硅的碳纖維?？蛇x擇地，純碳源由活化劑組成，即在本發(fā)明的方法中，活化劑用作唯一碳源。由于該手段，因?yàn)樵谶€原成硅的步驟中節(jié)約了 1摩爾當(dāng)量的一氧化碳?xì)怏w，因此裝料的組合物可以更濃。因此活化劑可以相對(duì)硅氧化物以不超過等摩爾量的催化量用于該方法。根據(jù)其它替換方式，活化劑可以相對(duì)純碳源以1000 1-1 1000的重量比使用，所述純碳源是在沒有SiC計(jì)算的，例如石墨、碳黑、碳水化合物、煤、焦炭。優(yōu)選碳源以 1 100-100 1的重量比使用，特別優(yōu)選1 100-1 9。純化硅氧化物用一種或多種純碳源和/或活化劑的還原可以在工業(yè)爐，例如電弧爐、熱中子爐、感應(yīng)爐、回轉(zhuǎn)爐和/或微波爐中進(jìn)行，例如用流化床和/或旋轉(zhuǎn)管。一般說來，反應(yīng)可以在生產(chǎn)硅的普通工業(yè)爐中進(jìn)行，例如生產(chǎn)硅，例如冶金法硅的熔融爐，或者其它合適的熔融爐，例如感應(yīng)爐。這些熔融爐，特別優(yōu)選電爐，使用電弧作為能源，的設(shè)計(jì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員為公知。當(dāng)為直流爐的情況下，它們具有熔融電極和底電極， 或者作為交流爐經(jīng)常為3個(gè)熔融電極?；￠L(zhǎng)受電極控制器控制。電弧爐通常以由耐火材料構(gòu)成的反應(yīng)空間為基礎(chǔ)，在其底部可以使液態(tài)硅流出或排出。原料在頂部加入，其中還放置產(chǎn)生電弧的石墨電極。這些爐通常在1800°c區(qū)域的溫度下操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員還已知爐結(jié)構(gòu)本身不會(huì)構(gòu)成對(duì)產(chǎn)生的硅的污染。根據(jù)本發(fā)明，純化的硅氧化物的還原用一種或多種純碳源在襯有高純度耐火材料的反應(yīng)空間中進(jìn)行和任選使用由高純度材料組成的電極，如下面解釋。普通電極由高純度石墨制成并在還原過程中消耗，這樣通常它們可以連續(xù)重新設(shè)置。通過還原獲得的本發(fā)明的融化或熔融硅以熔融純硅獲得，特別是它適宜作為太陽(yáng)能級(jí)硅或者適用于生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅，并任選經(jīng)區(qū)域熔融或者經(jīng)直接固化進(jìn)一步純化，這些對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員都為公知?？蛇x擇地或額外地，硅可以經(jīng)固化、粉碎并且碎片可以磁性不同為基礎(chǔ)進(jìn)一步分級(jí)。具體地說區(qū)域熔融或直接固化導(dǎo)致富含雜質(zhì)的部分然后可用于生產(chǎn)有機(jī)硅烷。磁性分級(jí)方法本身對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言為已知。就由純化的硅氧化物和一種或多種純碳源反應(yīng)得到的硅的磁性分級(jí)而言，WO 03/018207的完整公開內(nèi)容構(gòu)成本申請(qǐng)的主題，其改進(jìn)在于加入到磁分離的硅得自純化的硅氧化物和至少一種純碳源的反應(yīng)。本發(fā)明生產(chǎn)的純硅或者由純硅的區(qū)域熔融進(jìn)一步純化的硅的相應(yīng)磁分離是本發(fā)明的主題。 下面更詳細(xì)地解釋對(duì)純硅制備的完整方法而言任選，優(yōu)選組合進(jìn)行的各個(gè)部分加工步驟，它們各自協(xié)同地對(duì)所述完整方法的經(jīng)濟(jì)效益做出了決定性的貢獻(xiàn)。經(jīng)沉淀純化的硅氧化物的制備的描沭根據(jù)本發(fā)明的純硅制備方法的主要方面，將得自至少一種硅酸鹽溶液的純化的二氧化硅用于純硅的制備方法，特別是太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法。本發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)，通過沉淀和洗滌的特定的加工控制，可以制得純化的二氧化硅，特別是可用于制備太陽(yáng)能級(jí)硅的高純度二氧化硅，簡(jiǎn)單，沒有大量上游或下游純化步驟并且沒有特別的設(shè)備花費(fèi)。根據(jù)本發(fā)明，溶解在水相中的硅氧化物，特別是完全溶解的硅氧化物的沉淀，是用酸化劑進(jìn)行的。在溶解在水相中的硅氧化物與酸化劑反應(yīng)，優(yōu)選通過向酸化劑中加入溶解在水相中的硅氧化物之后，獲得沉淀懸液。該方法的重要特征是在制備二氧化硅的各個(gè)步驟中對(duì)二氧化硅和含二氧化硅的反應(yīng)介質(zhì)的PH值的控制。根據(jù)本發(fā)明，其中加入(優(yōu)選滴加)有溶解在水相中的硅氧化物，特別是水玻璃， 的最初加料和沉淀懸液，必需總是顯示酸反應(yīng)。酸意味著PH值低于6. 5，特別是低于5. 0， 優(yōu)選低于3. 5，特別優(yōu)選低于2. 5，并且根據(jù)本發(fā)明低于2. 0-低于0. 5。可以優(yōu)選檢測(cè)pH值確保PH值不會(huì)波動(dòng)太大，以便獲得可再現(xiàn)的沉淀懸液。如果希望恒定或基本上恒定的PH 值，則PH值應(yīng)僅顯示+/-1. 0，特別是+/-0. 5，優(yōu)選+/-0. 2變化的范圍。在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，沉淀懸液的pH值總是保持小于2，優(yōu)選小于1， 特別優(yōu)選小于0. 5。而且優(yōu)選如果酸總是以明顯超過堿金屬硅酸鹽溶液的量存在，以確保任意時(shí)間沉淀懸液的PH值小于2。不受具體理論的約束，本發(fā)明人觀察到非常低的pH值保證沒有自由的、帶負(fù)電的 SiO基團(tuán)存在于其上可能附著干擾金屬離子的二氧化硅表面上。在非常低的pH值下，表面甚至帶正電，這樣金屬陽(yáng)離子被硅酸表面排斥。如果這些金屬離子現(xiàn)在被洗掉，假如PH值非常低的話，可以防止它們沉積再本發(fā)明的二氧化硅表面。如果硅酸表面假定帶正電，那么另外防止硅酸顆粒與接下來形成的其中雜質(zhì)可能堆積的空腔聚集。特別優(yōu)選地，并因此作為主要方面，本發(fā)明涉及一種制備純化的硅氧化物，特別是高純度二氧化硅的沉淀過程，包括下面步驟a.由pH值小于2，優(yōu)選小于1. 5，特別優(yōu)選小于1，尤其優(yōu)選小于0. 5的酸化劑制
備原料b.制備硅酸鹽溶液，用于制備經(jīng)沉淀純化的硅氧化物，其中特別地硅氧化物粘度可以有益地調(diào)整至所限定的粘度范圍，特別是優(yōu)選粘度為0. 1-10000泊，并取決于加工參數(shù)，該粘度范圍(如下面解釋的)可以進(jìn)一步擴(kuò)展，取決于其它加工參數(shù)，C.將步驟b的硅酸鹽溶液加入到步驟a的原料中，使得所得沉淀懸液的PH值總是保持在小于2的值，優(yōu)選小于1. 5，特別優(yōu)選小于1并且尤其優(yōu)選小于0. 5d.將所得二氧化硅分離和洗滌，洗滌介質(zhì)的pH值小于2， 優(yōu)選小于1. 5，特別優(yōu)選小于1并且尤其優(yōu)選小于0. 5e.干燥所得二氧化硅根據(jù)本發(fā)明主要方面的該方法的第一特別優(yōu)選的變化，本發(fā)明涉及一種用于制備純化的硅氧化物，特別是高純度二氧化硅的沉淀方法，它是用低至中粘度的硅酸鹽溶液進(jìn)行的，即步驟b改進(jìn)如下b.制備粘度為0. 1-2泊的硅酸鹽溶液根據(jù)本發(fā)明主要方面的該方法的第二特別優(yōu)選的變化，本發(fā)明涉及一種用于制備純化的硅氧化物，特別是高純度二氧化硅的沉淀方法，它是用高或非常高粘度的硅酸鹽溶液進(jìn)行的，即步驟b改進(jìn)如下b.制備粘度為2-100000泊的硅酸鹽溶液在作為本發(fā)明主要方面的方法的不同變化中，在步驟a)中原料由酸化劑或者酸化劑和水在沉淀容器中制得。水優(yōu)選蒸餾水或去離子水。在本發(fā)明方法的所有變化中，不僅上面詳細(xì)所述的特別優(yōu)選的實(shí)施方式，所用酸化劑可以是有機(jī)或無(wú)機(jī)酸，優(yōu)選無(wú)機(jī)酸，特別優(yōu)選以濃縮或稀釋形式的鹽酸、磷酸、硝酸、硫酸、氯磺酸、硫酰氯、高氯酸、甲酸和/或乙酸，或者前述酸的混合物。特別優(yōu)選前述無(wú)機(jī)酸。 尤其優(yōu)選鹽酸，優(yōu)選2-14N，特別優(yōu)選2-12N，尤其優(yōu)選2-10N，特別優(yōu)選2-7N并且尤其優(yōu)選3-6N ；磷酸，優(yōu)選2-59N，特別優(yōu)選2-50N，尤其優(yōu)選3-40N，特別優(yōu)選3-30N并且尤其優(yōu)選4-20N ；硝酸，優(yōu)選1-24N，特別優(yōu)選1-20N，尤其優(yōu)選1-15N，特別優(yōu)選2-10N ；硫酸，優(yōu)選 1-37N，特別優(yōu)選1-30N，尤其優(yōu)選2-20N，特別優(yōu)選2-10N。非常特別優(yōu)選使用濃硫酸?？梢允褂猛ǔ７Q之為“工業(yè)級(jí)”的純度的酸化劑。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚所用的稀釋或未稀釋的酸化劑或酸化劑的混合物應(yīng)攜帶最小量的雜質(zhì)進(jìn)入方法中，所述雜質(zhì)不會(huì)溶解在沉淀懸液的水相中。在每種情況下，酸化劑不應(yīng)有任意在酸沉淀中與硅氧化物一起沉淀的雜質(zhì)，除非它們能夠通過加入的絡(luò)合劑或者通過PH控制保持在沉淀懸液中，或者用以后的洗滌介質(zhì)洗滌出。用于沉淀的酸化劑可以與例如步驟d中洗滌濾餅所用的相同。在本方法的優(yōu)選變化中，在步驟a)中，將在酸性條件下與鈦(IV)離子產(chǎn)生黃色/ 橙色著色的過氧化物與酸化劑一起加入到原料中。特別優(yōu)選它是過氧化氫或過氧化二硫酸鉀。反應(yīng)溶液的黃色/橙色著色可以提供洗滌步驟d期間非常好的純化度指示。實(shí)際上已發(fā)現(xiàn)鈦是非常頑固的污染物，在大于2的PH值下它已經(jīng)很容易附著到二氧化硅上。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)階段d)中黃色著色消失時(shí)，通常已達(dá)到純化硅氧化物，特別是二氧化硅的所需純度，并且從此時(shí)二氧化硅可以用蒸餾或去離子水洗滌直到達(dá)到二氧化硅的中性PH。為了實(shí)現(xiàn)該過氧化物的指示劑功能，還可以不在步驟a.，而在步驟b.向硅酸鈉中或者在步驟c.中作為第三材料流加入該過氧化物?；旧弦部梢詢H在步驟c之后和在步驟d.之前或者在步驟d期間加入該過氧化物。所有前述變化和其混合形式都被本發(fā)明覆蓋。然而，優(yōu)選在步驟a.或b.加入過氧化物的變化，因?yàn)檫@種情況下它可以發(fā)揮除了指示劑功能之外的另一功能。不受具體理論的約束，本發(fā)明人觀察到含有的一些(特別是含碳)雜質(zhì)可以通過與過氧化物反應(yīng)而被氧化并從反應(yīng)溶液中除去。其它雜質(zhì)經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變成更可溶的形式并因此可以洗滌掉。本發(fā)明的沉淀方法因此具有不需要進(jìn)行煅燒步驟的優(yōu)點(diǎn)，盡管煅燒當(dāng)然是任選可能的。在本發(fā)明方法的所有變化中，所用溶解在水相中的二氧化硅優(yōu)選硅酸鹽水溶液， 特別優(yōu)選堿金屬和/或堿土金屬硅酸鹽溶液，尤其優(yōu)選水玻璃。這些溶液可以商購(gòu)獲得，可以 通過固體硅酸鹽液化生產(chǎn)，可以由二氧化硅和碳酸鈉生產(chǎn)或者例如可以通過水熱法直接由二氧化硅和氫氧化鈉和水在升溫下制得。水熱法可以優(yōu)于蘇打法，這是由于它可以獲得更干凈的沉淀二氧化硅。水熱法的缺陷在于可以獲得的比例范圍有限，例如SiO2與隊(duì)0之比不超過2，優(yōu)選的比例是3-4，而且水玻璃根據(jù)水熱法通常必需在沉淀之前濃縮。通常水玻璃的生產(chǎn)本身對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員為已知。根據(jù)一種替換手段，堿金屬水玻璃，特別是鈉水玻璃或鉀水玻璃，任選經(jīng)過濾然后根據(jù)需要濃縮。為了除去固體、未溶解的成分，水玻璃或溶解硅酸鹽的水溶液的過濾可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法進(jìn)行并采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的設(shè)備。所用硅酸鹽溶液優(yōu)選具有比例，即金屬氧化物與二氧化硅的重量比，為1. 5-4. 5， 優(yōu)選1.7-4. 2，特別優(yōu)選2-4.0。本發(fā)明的沉淀方法不使用螯合劑或離子交換柱。純化硅氧化物的煅燒步驟也可以省去。因此本發(fā)明的本沉淀方法更簡(jiǎn)化并且比現(xiàn)有技術(shù)的方法更有成本效率。本發(fā)明沉淀方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于它可以在常規(guī)設(shè)備中進(jìn)行。在沉淀之前使用離子交換劑純化硅酸鹽溶液和/或酸化劑不是必須的，但是根據(jù)硅酸鹽水溶液的質(zhì)量可以證實(shí)是優(yōu)選的。因此堿金屬硅酸鹽溶液也可以根據(jù)WO 2007/106860進(jìn)行預(yù)處理，以使硼和/或磷含量預(yù)先最小化。為此，堿金屬硅酸鹽溶液(溶解硅氧化物的水相)可以用過渡金屬、鈣或鎂、鉬鹽或者用鉬鹽改性的離子交換劑處理以使磷含量最小化。在根據(jù)WO 2007/106860的方法沉淀之前，堿金屬硅酸鹽溶液可以在酸性條件下經(jīng)過本發(fā)明的沉淀，特別是在PH值小于2下。在本發(fā)明的方法中，然而，優(yōu)選使用在沉淀之前沒有經(jīng)過離子交換劑處理的酸化劑和硅酸鹽溶液。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，硅酸鹽溶液可以在本發(fā)明的實(shí)際酸沉淀之前作為硅溶膠按照EP 0 504 467 Bl的方法進(jìn)行預(yù)處理。為此，將EP 0 504 467 Bl的整個(gè)內(nèi)容解釋性地加入本文。通過EP 0 504 467 Bl公開的方法獲得的硅溶膠再次完全溶解，優(yōu)選在按照 EP 0 504 467 Bl處理之后，然后進(jìn)行本發(fā)明的酸沉淀，獲得本發(fā)明的純化的硅氧化物。在酸沉淀之前，硅酸鹽溶液優(yōu)選具有二氧化硅含量為例如約10重量％或更高。在本發(fā)明的主要方面，用于酸沉淀的硅酸鹽溶液，特別是鈉水玻璃，具有粘度 0. 1-10000泊，優(yōu)選0. 2-5000泊，更優(yōu)選0. 3-3000泊，特別優(yōu)選0. 4-1000泊(室溫，20°C )。在主要方面的方法的第一優(yōu)選變化的步驟b和c中，硅酸鹽溶液制成粘度為0. 1-2 泊，優(yōu)選0. 2-1. 9泊，特別是0. 3-1. 8泊和特別優(yōu)選0. 4-1. 6泊并且尤其優(yōu)選0. 5-1. 5泊。 也可以使用幾種硅酸鹽溶液的混合物。在主要方面的方法的第二個(gè)優(yōu)選變化的步驟b和c中，硅酸鹽溶液制成粘度為 2-10000泊，優(yōu)選3-7000泊，特別是4-6000泊，特別優(yōu)選4-1000泊，尤其優(yōu)選4-100泊和特別優(yōu)選5-50泊。在本發(fā)明的沉淀方法的兩個(gè)優(yōu)選變化的主要方面的步驟c中，將得自步驟b的硅酸鹽溶液加入到原料中并因此將二氧化硅沉淀。必需保證酸化劑總是處于過量。因此硅酸鹽溶液的加入進(jìn)行，使得反應(yīng)溶液的PH值總是小于2，優(yōu)選小于1. 5，特別優(yōu)選小于1，尤其優(yōu)選小于0. 5和特別優(yōu)選是0. 01-0. 5。額外的酸化劑可以根據(jù)需要加入。在加入硅酸鹽溶液期間，通過加熱或冷卻沉淀容器保持反應(yīng)溶液的溫度在20-95°C，優(yōu)選30-90°C，特別優(yōu)選 40-80"C。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果硅酸鹽溶液以滴液狀進(jìn)入原料和/或沉淀懸液，特別容易獲得可以過濾的沉淀物。因此在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，注意保證硅酸鹽溶液以液滴狀進(jìn)入原料和/或沉淀懸液。這例如可以通過將硅酸鹽溶液滴加到原料中實(shí)現(xiàn)。這可能包括安裝在原料/沉淀懸液外面和/或浸在原料/沉淀懸液的計(jì)量設(shè)備。在主要方面方法的第一特別優(yōu)選的變化中，S卩，低粘度水玻璃的方法，如果原料/ 沉淀懸液設(shè)置成運(yùn)動(dòng)的，證實(shí)是特別有益的，例如通過攪拌或泵送，使得在沉淀容器的半徑一半士5cm和反應(yīng)溶液的表面至比反應(yīng)表面低IOcm限定的區(qū)域測(cè)定的流速是0. OOl-IOm/ s，優(yōu)選0. 005-8m/s，特別優(yōu)選0. 01-5m/s，尤其是0. 01-4m/s，特別優(yōu)選0. 01-2m/s并且尤其優(yōu)選 0. 01-lm/s。不受具體理論的約束，本發(fā)明人觀察到由于低流速，進(jìn)入的硅酸鹽溶液在其進(jìn)入原料/沉淀懸液之后即刻的分布非常小。結(jié)果，在雜質(zhì)可以包封在顆粒內(nèi)之前，在進(jìn)入的硅酸鹽溶液液滴或硅酸鹽溶液流的外殼快速發(fā)生膠凝。通過最佳選擇原料/沉淀懸液的流速，由此可以提高所得產(chǎn)品的純度。通過將最佳流速和盡可能以液滴狀加入硅酸鹽溶液組合，該效果可以進(jìn)一步強(qiáng)化，使得本發(fā)明方法的實(shí)施方式，其中硅酸鹽溶液以低流速以液滴狀加入到原料/沉淀懸液中，該流速在沉淀容器的半徑一半士5cm和反應(yīng)溶液的表面至比反應(yīng)表面低IOcm限定的區(qū)域d測(cè)定為0. 001-10m/s,優(yōu)選0. 005_8m/s，特別優(yōu)選0. 01_5m/s，尤其是0. 01_4m/s，特別優(yōu)選0. 01-2m/s并且尤其優(yōu)選0. 01-lm/s。以這種方式而且可以制得可以非常容易過濾的二氧化硅顆粒(參見

圖1和2)。相反，在原料/沉淀懸液為高流速的情況下，形成非常細(xì)的顆粒，所述顆粒非常難過濾。在本發(fā)明主要方面的第二優(yōu)選實(shí)施方式中，S卩，當(dāng)使用高粘度水玻璃時(shí)，滴加硅酸鹽溶液同樣可以形成特別純并且容易過濾的沉淀。不受具體理論的約束，本發(fā)明人觀察到硅酸鹽溶液的高粘度，與PH值一起，意味著在步驟c)之后形成容易過濾的沉淀并且如果在二氧化硅顆粒的內(nèi)部空腔有任意雜質(zhì)累積，也很少，這是由于高粘度，因此大大保持了滴加的硅酸鹽溶液的液滴狀并且在液滴表面開始膠凝/結(jié)晶之前液滴沒有精細(xì)分布。堿金屬和 /或堿土金屬硅酸鹽溶液可以作為硅酸鹽溶液使用，優(yōu)選使用堿金屬硅酸鹽溶液，特別優(yōu)選硅酸鈉(水玻璃)和/或硅酸鉀溶液。也可以使用幾種硅酸鹽溶液的混合物。堿金屬硅酸鹽溶液的優(yōu)點(diǎn)在于堿金屬離子可以通過洗滌容易地分離。粘度例如可以通過蒸發(fā)將可商購(gòu)獲得的硅酸鹽溶液濃縮或者通過將硅酸鹽溶于水中進(jìn)行調(diào)節(jié)。如上所述，通過適當(dāng)選擇硅酸鹽溶液的粘度和/或攪拌速度，由于獲得具有特定形狀的顆粒，因此可以提高顆粒的過濾性能。本發(fā)明因此涉及純化的硅氧化物顆粒，特別是優(yōu)選外徑為0. 1-lOmm，特別優(yōu)選0. 3_9mm并且尤其優(yōu)選2_8mm的二氧化硅顆粒。在本發(fā)明的第一具體實(shí)施方式
中所述二氧化硅顆粒為環(huán)狀，即在中間有“洞”(參見圖la)并且它們的形狀因此可以比作小型“炸面包圈”。環(huán)狀顆?？梢允腔旧蠄A形，但是也可以是接近橢圓形。
在本發(fā)明沉淀方法的第二具體實(shí)施方式
中，二氧化硅顆粒具有比作“傘菌蓋”或 “水母”的形狀，即代替上述“炸面包圈”狀顆粒的洞，在環(huán)狀主結(jié)構(gòu)的中間有一優(yōu)選在一面為圓頂?shù)亩趸璞?，即比環(huán)狀部分薄二氧化硅(參見圖2a)，該圓頂?shù)亩趸璞由煺乖凇碍h(huán)”的內(nèi)部開口上。如果我們將這些顆粒放在地上使得具有圓頂側(cè)朝下并從上面垂直觀察它們，這些顆粒相應(yīng)于具有圓頂?shù)撞康谋P，更大塊即厚的上緣和在圓頂區(qū)域較薄的底。不受具體理論的約束，本發(fā)明人觀察到原料/反應(yīng)溶液的酸性條件以及硅酸鹽溶液的滴加，加上原料/沉淀懸液的粘度和流速，具有如下效果硅酸鹽溶液的滴液在與酸接觸即刻在它們的表面上開始膠凝/沉淀，并且同時(shí)液滴經(jīng)過反應(yīng)溶液滴液/原料的運(yùn)動(dòng)被變形。根據(jù)反應(yīng)條件，顯然“傘菌蓋”-狀顆粒是因液滴的較慢移動(dòng)形成的，而“炸面包圈”-狀顆粒是因液滴的較快移動(dòng)形成的。本發(fā)明還涉及一種沉淀方法，其中在步驟c之后，在至少一個(gè)步驟生產(chǎn)或進(jìn)一步加工“炸面包圈”和“傘菌蓋”實(shí)施方式的前述二氧化硅顆粒二氧化硅。沉淀之后所得的二氧化硅，即在主要方面和主要方面的優(yōu)選變化中作為步驟C.， 與沉淀懸液的其它組分分離(主要方面和主要方面的優(yōu)選變化中步驟d)。根據(jù)沉淀物的過濾性，這可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)過濾工藝進(jìn)行，例如壓濾機(jī)或旋轉(zhuǎn)過濾器。當(dāng)沉淀物的過濾性差時(shí)，也可以通過離心和/或傾析掉沉淀懸液中的液體成分進(jìn)行分離。與上清液分離之后，沉淀物經(jīng)洗滌，用合適的洗滌介質(zhì)，保證洗滌期間洗滌介質(zhì)以及純化二氧化硅，特別是二氧化硅的PH小于2，優(yōu)選小于1.5，特別優(yōu)選小于1，尤其優(yōu)選 0.5和特別優(yōu)選0.01-0. 5。洗滌介質(zhì)可以優(yōu)選有機(jī)和/或無(wú)機(jī)水溶性酸的水溶液，例如前述酸或富馬酸、草酸、甲酸、乙酸或本領(lǐng) 域技術(shù)人員已知的其它有機(jī)酸，如果它們不能用高純度水完全除去的話，它們本身不會(huì)污染純化的硅氧化物。通常，因此，所有有機(jī)、水溶性酸，特別是由元素C、 H和0構(gòu)成的，優(yōu)選既作為酸化劑也用于洗滌介質(zhì)，因?yàn)樗鼈儽旧聿粫?huì)污染接下來的還原步驟。優(yōu)選使用稀釋或未稀釋形式的步驟a.和c.中所用酸化劑或其混合物。如果需要的話，洗滌介質(zhì)也可以包括水和有機(jī)溶劑的混合物。合適的溶劑是高純度的醇，例如甲醇和乙醇，可能的酯化不干擾接下來硅的還原。水相優(yōu)選不含任意的有機(jī)溶劑，例如醇類，和/或任意有機(jī)、高分子物質(zhì)。在本發(fā)明的方法中通常不必向沉淀懸液中或者在純化期間加入螯合劑。盡管如此，本發(fā)明還包括如下方法，其中為了穩(wěn)定酸溶性金屬絡(luò)合物，將金屬絡(luò)合劑，例如EDTA，力口入到沉淀懸液中或者加入到洗滌介質(zhì)中。任選地因此可以將螯合劑加入到洗滌介質(zhì)中或者可以于相應(yīng)PH值小于2，優(yōu)選小于1. 5，特別優(yōu)選小于1，尤其優(yōu)選0. 5和特別優(yōu)選0. 01-0. 5 下、在含有螯合劑的洗滌介質(zhì)中攪拌沉淀的二氧化硅。然而，優(yōu)選用酸性洗滌介質(zhì)洗滌在二氧化硅沉淀分離之后即刻進(jìn)行，而不進(jìn)行其它步驟。也可以加入過氧化物用于著色標(biāo)記，作為不需要的金屬雜質(zhì)的“指示劑”。例如，可以將氫過氧化物加入到沉淀懸液或洗滌介質(zhì)中，以通過顏色指示鈦雜質(zhì)的存在。一般說來也可以用其它有機(jī)絡(luò)合劑標(biāo)記，它們本身不干擾接下來的還原過程。通常這包括基于元素 C、H和0的所有絡(luò)合劑，并且元素N也可以有益地加入到絡(luò)合劑中。例如為了形成氮化硅， 其有益地在接下來的過程中再次分解。進(jìn)行洗滌直到二氧化硅具有所需的純度。這可以通過以下確認(rèn)，例如，當(dāng)洗滌懸液含有過氧化物并且不再具有可見的黃色著色。如果本發(fā)明的沉淀方法在沒有加入與Ti (IV) 離子形成黃色/橙色著色化合物的過氧化物下進(jìn)行，那么在每一洗滌步驟中可以取出少量洗滌懸液樣品并且必需將相應(yīng)過氧化物加入其中。持續(xù)該過程直到樣品在加入過氧化物之后不再呈現(xiàn)可見的黃色/橙色著色。必需確保洗滌介質(zhì)和因此純化的硅氧化物，特別是二氧化娃，的PH值，到此時(shí)小于2，優(yōu)選小于1. 5，特別優(yōu)選小于1，尤其優(yōu)選0. 5和特別優(yōu)選是 0. 01-0. 5。如此洗滌和純化的二氧化硅，優(yōu)選再用蒸餾水或去離子水洗滌，直到所得二氧化硅的PH值在4-7. 5的范圍內(nèi)和/或洗滌懸液的導(dǎo)電性小于或等于9 μ S/cm，優(yōu)選小于或等于5μ S/cm。這 樣確保粘附到二氧化硅上的任意酸殘余已充分除去。分離可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)手段進(jìn)行，例如過濾、傾析、離心和沉降，只要酸沉淀的、純化的硅氧化物的雜質(zhì)水平不因這些手段而變得更糟。就過濾性差的沉淀物而言，通過使洗滌介質(zhì)從下部流入在細(xì)篩網(wǎng)濾網(wǎng)籃中的沉淀物進(jìn)行洗滌可能是有利的。由此獲得的純化二氧化硅，特別是高純度二氧化硅可以經(jīng)干燥和再加工。干燥可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有方法進(jìn)行，例如用帶式干燥機(jī)、柜式干燥機(jī)、鼓式干燥機(jī)寸。推薦將干燥二氧化硅磨碎從而獲得最佳粒徑范圍以進(jìn)一步加工成太陽(yáng)能級(jí)硅。 任選磨碎本發(fā)明二氧化硅的技術(shù)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員為已知并且可以在例如Ullmarm，5th edition,B2, 5-20找到。優(yōu)選磨碎在流化床逆流磨中進(jìn)行以最小化或者避免因從磨壁磨蝕的金屬污染高純度二氧化硅。磨碎參數(shù)經(jīng)過選擇使得所得顆粒的平均粒徑d5(l為1-100 μ m, 優(yōu)選3-30 μ m,特別優(yōu)選5-15 μ m。根據(jù)本發(fā)明制備和純化的硅氧化物優(yōu)選具有對(duì)純化的、純的或高純度二氧化硅而言上面定義的雜質(zhì)含量，但是它們也可以具有下面的雜質(zhì)量a.鋁在 0. OOlppm 禾口 5ppm 之間，優(yōu)選 0. Olppm-O. 2ppm，特別優(yōu)選 0. 02-0. lppm，尤其優(yōu)選0. 05-0. 8ppm和特別優(yōu)選0. 1-0. 5ppm，b.硼小于 lppm，優(yōu)選 0. OOlppm-O. 099ppm，特別優(yōu)選 0. OOlppm-O. 09ppm 并且尤其優(yōu)選 0. Olppm-O. 08ppmc.鈣小于或等于lppm、0. OOlppm-O. 3ppm，特別優(yōu)選0. Olppm-O. 3ppm并且尤其優(yōu)選 0. 05-0. 2ppmd.鐵小于或等于5ppm，優(yōu)選0. 001ppm-3ppm,特別優(yōu)選0. 05ppm-3ppm并且尤其優(yōu)選 0. 01-lppm,特別優(yōu)選 0. Olppm-O. 8ppm 并且尤其優(yōu)選 0. 05-0. 5ppme.鎳小于或等于lppm，優(yōu)選0. OOlppm-O. 8ppm，特別優(yōu)選0. Olppm-O. 5ppm并且尤其優(yōu)選 0. 05ppm-0. 4ppmf.磷小于lOppm，優(yōu)選小于5ppm，特別優(yōu)選小于lppm，尤其優(yōu)選 0. OOlppm-O. 099ppm，特別優(yōu)選 0. OOlppm-O. 09ppm 并且尤其優(yōu)選 0. Olppm-O. 08ppmg.鈦小于或等于lppm、0. OOlppm-O. 8ppm，特別優(yōu)選0. Olppm-O. 6ppm并且尤其優(yōu)選 0. 1-0. 5ppmh.鋅小于或等于lppm，優(yōu)選0. OOlppm-O. 8ppm，特別優(yōu)選0. Olppm-O. 5ppm并且尤其優(yōu)選 0. 05ppm-0. 3ppm
上述雜質(zhì)加上鈉和鉀的總和小于lOppm，優(yōu)選小于4ppm，特別優(yōu)選小于3ppm，尤其優(yōu)選0. 5-3ppm和特別優(yōu)選lppm-3ppm。本發(fā)明的高純度二氧化硅可以是前述呈現(xiàn)形式，即作為“炸面包圈”-狀顆?；蜃鳛椤皞憔w”-狀顆?；虺Ｒ?guī)顆粒形狀。然而，它們也可以經(jīng)過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法粉碎、壓制成顆?；驂簤K。如果顆粒已經(jīng)粉碎，即它們?yōu)槌Ｒ?guī)顆粒形式，那么它們可以優(yōu)選具有平均粒徑d5(1為1-100 μ m,特別優(yōu)選3-30 μ m并且尤其優(yōu)選5_15 μ m?！罢姘Α?狀或“傘菌蓋”-狀顆粒優(yōu)選具有平均粒徑d5(l為0. 1-lOmm，特別優(yōu)選0. 3_9mm并且尤其優(yōu)選 2-8mm。純化硅氧化物，特別是高純度二氧化硅，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步加工成太陽(yáng)能工業(yè)用的純至高純度硅，或者其部分可選擇地被用于如下所述。根據(jù)本發(fā)明，純化硅氧化物，特別是高純度二氧化硅，與純碳源，例如高純度碳、碳化硅和/或純糖反應(yīng)。本發(fā)明的方法通常不包括二氧化硅的煅燒步驟。然而，這不排除所得硅氧化物可以經(jīng)過加熱后處理，特別是煅燒處理的可能性，優(yōu)選在900°C和2000°C之間的溫度下，特別優(yōu)選約1400°C下，以除去含氮或含硫雜質(zhì)。通過本發(fā)明的沉淀獲得的純化硅氧化物，特別是純化二氧化硅具有如上所限定的元素鋁、硼、鈣、鐵、鎳、磷、鈦和/或鋅(各自單獨(dú)或組合)的含氯，并優(yōu)選具有較好的過濾
在生產(chǎn)高純度硅氧化物的上面所述的方法的替代實(shí)施方式中，可以將污染的硅氧化物轉(zhuǎn)變成溶解形式，例如由該溶液經(jīng)前述方法制得高純度二氧化硅。因此本發(fā)明還涉及使用至少一種含雜質(zhì)的硅氧化物生產(chǎn)硅，所述硅特別適于作為太陽(yáng)能級(jí)硅或適于生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅，優(yōu)選上面定義的純硅，包括下面步驟，I)將含雜質(zhì)的硅氧化物轉(zhuǎn)變成溶于水相中的硅酸鹽，特別是轉(zhuǎn)變成硅酸鹽水溶液，II)向酸性水溶液中加入溶于水相中的硅酸鹽，特別是硅酸鹽水溶液，其中雜質(zhì)留在溶液中，特別是選擇PH值和/或添加使得從開始加入到加入結(jié)束盡可能所有雜質(zhì)留在溶液中，并獲得純化的二氧化硅沉淀。另一目的是下面的方法，由此獲得的硅氧化物_如下詳述_在步驟III)在有至少一種或多種碳源的情況下并任選添加活化劑轉(zhuǎn)化成硅。特別是步驟II)按照上面說明的制備沉淀懸液進(jìn)行，優(yōu)選在水溶液中進(jìn)行酸沉淀，任選在有純?nèi)軇┑那闆r下，其中不希望的雜質(zhì)保持溶解在酸性水溶液中。PH值優(yōu)選低于 PH = 2，如上所述。含雜質(zhì)的硅氧化物被認(rèn)為是硼、磷、鋁、鐵、鈦、鈉和/或鉀的含量大于 IOOOwt. -ppm,特別是大于lOOwt. -ppm的硅氧化物，優(yōu)選如果上面雜質(zhì)的總含量大于 10wt. -ppm的話，硅氧化物仍然被認(rèn)為是受污染的硅氧化物?！昂s質(zhì)的硅氧化物”也是指具有下面元素各自的或任意部分組合的或所有全部的如下含量的二氧化硅a.鋁大于6ppm，特別是大于5. 5ppm,同樣更優(yōu)選大于5ppm，同樣尤其優(yōu)選大于 0. 85ppm 和 / 或b.硼大于lOppm，同樣更優(yōu)選大于5. 5ppm，特別優(yōu)選大于3. 5，尤其更優(yōu)選大于15ppb和/或c.鈣大于2ppm，特別是同樣優(yōu)選大于0. 35ppm，特別是更優(yōu)選大于0. 025ppm和/ 或d.鐵大于23ppm，特別是大于15ppm，更優(yōu)選大于0. 65ppm和/或e.鎳大于15ppm，特別 是大于5. 5ppm，特別是更優(yōu)選大于0. 055ppm和/或f.磷大于15ppm，特別是大于5.5ppm，特別是更優(yōu)選大于0. lppm，或者同樣優(yōu)選大于15ppb和/或g.鈦大于2. 5ppm，特別是大于1. 5ppm和/或h.鋅大于3. 5ppm，特別是大于1. 5ppm，特別是更優(yōu)選大于0. 35ppm、并且特別是前述雜質(zhì)與鈉和鉀之和大于lOppm，同樣特別是大于5ppm，優(yōu)選大于 4ppm，特別優(yōu)選大于3ppm，尤其優(yōu)選大于Ippm或同樣優(yōu)選大于0. 5ppm。同樣在硼含量小于0. 5ppm,同樣特別是低于0. Ippm和/或磷含量大于Ippm或同樣大于0. 5ppm時(shí)，如果僅僅選自鋁、鈣、鐵、鎳、鈦、鋅中的至少一種元素的含量超過上述極限時(shí)，認(rèn)為硅氧化物是含雜質(zhì)的硅氧化物。通過上面詳細(xì)所述的所有方法純化的硅氧化物，特別是高純度二氧化硅，可用作本發(fā)明其它方法的原料?？蓪⑵溆糜谶M(jìn)一步轉(zhuǎn)變成高純度硅，即還原步驟，但是它也可用于一個(gè)方法變化中作為生產(chǎn)高純度碳的高純度消泡劑。下面描述該方法變化。通過上面詳細(xì)描述的所有方法純化的硅氧化物也可用于生產(chǎn)碳化硅，如下所述。使用硅氧化物作為消泡劑通過糖熱解牛產(chǎn)碳源除了本說明書中提及的其它碳源之外，優(yōu)選本文所列的天然碳源，也可以由碳水化合物獲得碳。為了制得高純度碳，在制備純硅的本發(fā)明完整方法的優(yōu)選變化(方法構(gòu)成) 中，優(yōu)選使用碳源，特別是純碳源，其中該碳是在升高溫度、添加硅氧化物下通過工業(yè)熱解至少一種碳水化合物或碳水化合物混合物，特別是結(jié)晶糖獲得的。出人意料地發(fā)現(xiàn)，通過添加硅氧化物，優(yōu)選SiO2,特別是沉淀的硅酸和/或熱解制得的硅酸，泡沫形成效果可以得到抑制。由于該步驟主要涉及純碳的生產(chǎn)并且僅需要添加非常少量的硅氧化物，因此并不絕對(duì)需要使用通過上面詳細(xì)描述的方法構(gòu)成獲得的硅氧化物，盡管它對(duì)方法簡(jiǎn)化來說是優(yōu)選的。在一個(gè)變化中，例如，可以使用通過上述方法構(gòu)成獲得的高純度硅氧化物以及碳源， 特別是純碳源，和用于獲得鹵代硅烷的已知反應(yīng)的氯。這些硅烷可用于制備超高純度熱解硅酸。用于熱解碳水化合物的工業(yè)方法可以簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)地操作并且沒有不需要的泡沫形成。而且，當(dāng)進(jìn)行該方法時(shí)，僅觀察到短的焦糖階段。而且，在一優(yōu)選實(shí)施方式中，由于其特別節(jié)能(低溫模式)，有利地將熱解溫度從例如1600°C降低至約700°C。該方法優(yōu)選在大于400°C的溫度，優(yōu)選在800°C和1600°C之間，特別優(yōu)選在900°C和1500°C之間，特別是在 IOOO0C -1400°C下進(jìn)行，并且有利地獲得含石墨的熱解產(chǎn)物。如果含石墨的熱解產(chǎn)物是優(yōu)選的，那么優(yōu)選1300°C -1500°C的熱解溫度。熱解有利地在保護(hù)氣體和/或減壓(真空)下進(jìn)行。例如在Imbar-Ibar (周圍壓力)，特別是 I-IOmbar的壓力下。所用物質(zhì)特別是在用微波爐熱解時(shí)不需要干燥。離析物可以具有殘余濕度。有利地，在開始熱解之前將所用熱解設(shè)備干燥并通過用惰性氣體，例如氮?dú)饣駻r或He沖洗來將氧氣幾乎完全排出。優(yōu)選使用氬或氦。在所述熱解溫度下，熱解時(shí)間通常在1 分鐘和48小時(shí)之間，優(yōu)選在1/4小時(shí)和18小時(shí)之間，特別是在1/4小時(shí)和12小時(shí)之間，并且達(dá)到所需熱解溫度的加熱時(shí)間另外可以是相同的數(shù)量級(jí)(can be of the same order), 特別是在1/4小時(shí)和8小時(shí)之間。該方法通常以分批法進(jìn)行；然而，它也可以連續(xù)進(jìn)行。 所得C-基熱解產(chǎn)物含有煤，特別是其中石墨部分和硅酸并任選存在的其它形式的碳部分，例如焦炭，的雜質(zhì)(例如B、P、As和Al化合物)特別低。因此，該熱解產(chǎn)物可以有利地用作本發(fā)明完整方法的還原劑。具體地說，基于其傳導(dǎo)性，含石墨的熱解產(chǎn)物可以用于電弧反應(yīng)器中。本發(fā)明因此涉及一種工業(yè)方法，即在升高溫度下添加硅氧化物，特別是純化的硅氧化物來工業(yè)熱解碳水化合物或碳水化合物混合物的方法。優(yōu)選使用單糖作為熱解時(shí)的碳水化合物組分，即醛糖或酮糖，例如三糖、四糖、五糖、六糖、七糖，特別是葡萄糖和果糖，而且也可以使用基于所述單糖的相應(yīng)低聚糖和多糖， 例如乳糖、麥芽糖、蔗糖、棉子糖、(僅提及幾個(gè)或它們的衍生物)、以及淀粉，包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，糖原、葡聚糖和果聚糖、(僅提及幾種多糖)。然而，下面就生產(chǎn)SiC詳細(xì)描述的所有碳水化合物/糖都可以其所述的純度使用。任選地前述碳水化合物另外可以通過使用離子交換劑處理來純化，將碳水化合物溶解在合適的溶劑，優(yōu)選水中，將其通過填充有離子交換樹脂，優(yōu)選離子或陽(yáng)離子樹脂的柱，所得溶液經(jīng)濃縮，例如通過加熱除去溶劑部分_特別是在減壓下_并且由此純化的碳水化合物有利地以結(jié)晶形式獲得，例如通過冷卻溶液接著將結(jié)晶部分分離，例如通過過濾或離心。然而，也可以使用至少兩種前述碳水化合物的混合物作為熱解中的碳水化合物或碳水化合物組分。特別優(yōu)選地，使用在經(jīng)濟(jì)數(shù)量方面可獲得的結(jié)晶糖，糖例如可以通過例如以公知方式結(jié)晶溶液或者蔗糖或甜菜糖汁獲得，即可商購(gòu)獲得的結(jié)晶糖，例如精制糖，優(yōu)選具有物質(zhì)特異性熔點(diǎn)/軟化范圍并且平均粒徑為ι μ m-10cm,特別優(yōu)選10 μ m-lcm,特別是 100 μ m-0. 5cm的結(jié)晶糖。粒徑可以例如(但不排他)通過篩分析、TEM、SEM或光學(xué)顯微法測(cè)定。也可以使用溶解形式的碳水化合物，例如(但不排他)以水溶液，其中溶劑容易蒸發(fā)并且在到達(dá)實(shí)際熱解溫度之前或多或少快速地蒸發(fā)。熱解所用的硅氧化物組分優(yōu)選χ = 0. 5-1. 5的SiOx、SiO、SiO2、硅氧化物(水合物)、含水或含水份的SiO2，例如以熱解或沉淀的硅酸、潮濕、干燥或煅燒的形式，例如Aerosil⑧或Sipernat 、或硅酸溶膠或凝膠、多孔或致密玻璃態(tài)石英、石英砂、石英玻璃纖維，例如光學(xué)纖維、石英玻璃珠、或至少兩種前述組分的混合物。優(yōu)選將內(nèi)表面為 0. l-600m2/g,特別優(yōu)選10-500m2/g，特別是100-200m2/g的硅酸用于熱解。內(nèi)表面或比表面可以通過例如BET法(DIN ISO 9277)測(cè)定。優(yōu)選使用平均粒徑為10nm-51mm，特別是 1-500 μ m的硅酸。粒徑在這里本身也可以通過TEM(透射電子顯微鏡法)、SEM(掃描電子顯微術(shù))或光學(xué)顯微術(shù)測(cè)定。尤其優(yōu)選使用上面所述方法組分獲得的硅氧化物。用于熱解的硅酸優(yōu)選純度為高(99% )至超高(99.9999% )，并且雜質(zhì)，例如B、 P、As和Al化合物，的總含量應(yīng)優(yōu)選彡10wt. -ppm，優(yōu)選彡5wt. -ppm，特別優(yōu)選彡2wt. -ppm 并且尤其優(yōu)選1-0. OOlwt.-ppm。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，前述元素的雜質(zhì)含量是^ 0. 5wt. -ppm-o. OOOlwt. -ppb。根據(jù)本發(fā)明，使用純化的硅氧化物，即在pH值低于2下沉淀的硅酸.特別優(yōu)選，在熱解時(shí)，使用本說明書開始給出的定義的純化的硅氧化物，特別是高純度硅氧化物，并且極優(yōu)選通過本發(fā)明純化方法制得的二氧化硅。雜質(zhì)可以例如(但不排他)通過ICPMS/0S (感應(yīng)偶聯(lián)光譜測(cè)定法-質(zhì)譜法/光學(xué)電子光譜測(cè)定法)和AAS (原子吸收 光譜法)或GDMS (輝光放電質(zhì)譜法)測(cè)定。因此，熱解期間可以使用碳水化合物與消泡劑(即硅氧化物組分，以SiO2計(jì)算)的重量比為1000 0.1-0.1 1000。優(yōu)選碳水化合物組分與硅氧化物組分的重量比可以設(shè)定 100 1-1 100，特別優(yōu)選 50 1-1 50，尤其優(yōu)選 20 1-1 20，特別是 2 1-1 1。用于進(jìn)行熱解的設(shè)備可以是例如感應(yīng)加熱真空反應(yīng)器，反應(yīng)器可以由特定鋼制成，考慮到反應(yīng)，涂布或襯有合適的惰性物質(zhì)，例如用高純度Sic、Si3N3、高純度石英玻璃或玻璃狀石英、高純度碳或石墨。然而，也可以使用其它合適的反應(yīng)容器，例如帶有接收相應(yīng)反應(yīng)坩鍋的真空室的感應(yīng)爐。熱解通常如下進(jìn)行反應(yīng)器和反應(yīng)容器內(nèi)部以適當(dāng)方式干燥并用惰性氣體沖洗，它例如可以加熱至在室溫和300°C之間的溫度。然后將待熱解的碳水化合物或碳水化合物混合物，以及作為消泡組分的硅氧化物，加入到熱解設(shè)備的反應(yīng)空間或反應(yīng)容器內(nèi)。所用物質(zhì)可以預(yù)先充分混合， 在減壓下脫氣并在保護(hù)氣體下轉(zhuǎn)移到準(zhǔn)備好的反應(yīng)器中。反應(yīng)器已經(jīng)可以略微預(yù)熱。然后可以將溫度連續(xù)升高或者分階段升高至所需熱解溫度，減壓以便從反應(yīng)混合物中釋放的氣態(tài)分解產(chǎn)物可以盡可能快地離開。優(yōu)選盡可能避免反應(yīng)混合物起泡，特別是通過加入硅氧化物。熱解反應(yīng)結(jié)束時(shí)，熱解產(chǎn)物可以經(jīng)過熱后處理一段時(shí)間，有利地在1000-1500°C的范圍內(nèi)的溫度下。通常這樣得到含有純至高純度碳的熱解產(chǎn)物或組合物。根據(jù)本發(fā)明，熱解產(chǎn)物優(yōu)選用作所述完整方法中制備太陽(yáng)能級(jí)硅的還原劑。為此，通過添加其它組分可以使熱解產(chǎn)物成為一定形式，特別添加根據(jù)本發(fā)明純化的SiO2,活化劑，例如SiC、粘合劑，例如有機(jī)硅烷、有機(jī)硅氧烷、碳水化合物、硅膠、天然或合成樹脂，和高純度加工助劑，例如沖壓、壓片或擠出輔劑，例如石墨，例如通過造粒、成球、 成片、擠出(僅給出幾個(gè)例子)制成一定形狀，。本發(fā)明因此還涉及一種組合物或者該熱解產(chǎn)物，即在熱解之后獲得的。因此本發(fā)明還涉及一種碳與硅氧化物(以二氧化硅計(jì)算)的含量比為400 0.1至0.4 1000，特別是400 0.4-4 10，優(yōu)選400 2-4 1.3，特別優(yōu)選400 4-40 7的熱解產(chǎn)物。特別是直接熱解產(chǎn)物的特征在于其高純度并可用于制備多晶硅，特別是光電裝置用的太陽(yáng)能級(jí)硅，但是也可用于藥物領(lǐng)域。根據(jù)本發(fā)明所述組合物(也簡(jiǎn)稱為熱解物或熱解產(chǎn)物)可以用作通過還原3102制備太陽(yáng)能級(jí)硅的原料，特別是作為通過在高溫下，在電弧爐中還原純化的硅氧化物制備太陽(yáng)能級(jí)硅的原料。根據(jù)本發(fā)明直接方法產(chǎn)物在本發(fā)明方法中將用于純化的硅氧化物與純碳源的的反應(yīng)?；蛘?，也可以使用直接方法產(chǎn)物簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)地作為文獻(xiàn)方法中的含C還原劑， 例如可以在 US 4，247，528、US 4，460，556、US 4，294，811 和 WO 2007/106860 中找到。本發(fā)明還涉及組合物(熱解產(chǎn)物)作為在高溫下，特別是在電弧爐中通過還原Si02，特別是通過還原純化硅氧化物制備太陽(yáng)能級(jí)硅的原料的用途。由SiO2制各高鈍度SiC及1；在本發(fā)明的方法中的應(yīng)用 純硅制備完整方法的本發(fā)明另一方面包括使用碳化硅作為活化劑和/或作為純碳源，其中碳化硅必需是純碳化硅。因此下面首先解釋碳化硅的制備，特別是用于本發(fā)明的方法中制備純硅，然后解釋碳化硅用作活化劑、反應(yīng)啟動(dòng)劑、反應(yīng)促進(jìn)劑或作為制備硅中的純碳源的方法。通常碳化硅可以購(gòu)買和/或可以是再循環(huán)或廢棄產(chǎn)物的碳化硅，條件是它滿足該方法所需的純度。因此，純碳化硅可以通過將硅氧化物和包括至少一種碳水化合物的碳源在升高溫度下反應(yīng)獲得并且可用于本發(fā)明的方法中，例如，作為制備電極或反應(yīng)器內(nèi)襯 (特別是反應(yīng)空間或反應(yīng)器的第一層)的高純度耐火材料的材料。下面將對(duì)這方面進(jìn)行解釋。結(jié)晶糖優(yōu)選用作包括至少一種碳水化合物的碳源，特別是純碳源。根據(jù)本發(fā)明的該部分方面，公開了一種制備純至高純度碳化硅和/或碳化硅/石墨顆粒的方法，它是將硅氧化物，特別是純化的硅氧化物，和包含碳水化合物的碳源，特別是碳水化合物(復(fù)數(shù))，在升高溫度下反應(yīng)，特別是制備碳化硅或者制備含碳化硅的組合物并分離反應(yīng)產(chǎn)物的工業(yè)方法。而且，本發(fā)明的該部分方面涉及純至高純度碳化硅、含有后者的組合物、作為催化劑的用途和制備電極或作為電極和其它物品的材料的用途。根據(jù)本發(fā)明的該部分方面，其目的之一是由明顯更有益的原料制備純至高純度碳化硅，并克服已知方法中現(xiàn)存加工相關(guān)的缺陷，這將水解敏感且自燃?xì)怏w與碳化硅分離。出人意料地發(fā)現(xiàn)，通過二氧化硅，特別是根據(jù)本發(fā)明純化的硅氧化物和糖的混合物經(jīng)過接下來熱解和/或高溫煅燒的反應(yīng)，取決于混合比，可以成本有效地制備碳基質(zhì)中的高純度碳化硅和/或二氧化硅基質(zhì)中的碳化硅和/或碳化硅，組合物中包括碳和/或二氧化硅。優(yōu)選碳化硅是在碳基質(zhì)中制得的。特別是可以獲得具有外部碳基質(zhì)的碳化硅顆粒， 優(yōu)選在顆粒內(nèi)部和/或外部表面具有石墨基質(zhì)。碳化硅可以經(jīng)空氣被動(dòng)氧化簡(jiǎn)單地獲得，特別是通過氧化除去碳以純態(tài)獲得。 另外，碳化硅還可以高溫升華和任選在高真空下被進(jìn)一步純化和/或分離。碳化硅在約 2800°C的溫度下升華。碳化硅可通過將碳基質(zhì)中的碳化硅經(jīng)氧、空氣和/或NOx · H2O,例如在約800°C的溫度下被動(dòng)氧化的后處理以純態(tài)獲得。在該氧化過程中，碳或含碳基質(zhì)可以被氧化并且可以作為產(chǎn)物氣從系統(tǒng)中去除，例如作為一氧化碳。經(jīng)純化的碳化硅然后可以仍包括一種或多種硅氧化物基質(zhì)或可能少量的硅。碳化硅本身比較耐氧在大于800°C的溫度下的氧化。與氧直接接觸，形成二氧化硅鈍化層(SiO2, “被動(dòng)氧化”)。在大于約1600°C的溫度下并且同時(shí)缺少氧(分壓低于約 50mbar)形成氣態(tài)SiO，而不是玻璃狀SiO2 ；不再有保護(hù)效果，并且SiC快速燃燒(“主動(dòng)氧化”)。當(dāng)系統(tǒng)中自由氧耗盡時(shí)發(fā)生該主動(dòng)氧化。根據(jù)本發(fā)明獲得的C-基反應(yīng)產(chǎn)物或具有碳基質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物，特別是熱解產(chǎn)物，含有碳，特別是以焦炭和/或碳黑的形式，并含有硅酸和可能部分其它形式的碳，例如石墨， 并且具有特別低含量的雜質(zhì)，例如元素硼、磷、砷、鐵和鋁和它們的化合物。該熱解和/或煅燒產(chǎn)物可以優(yōu)選用作由糖焦炭(sugar coke)和硅酸在高溫下制備碳化硅的還原劑。特別是基于其導(dǎo)電性能，使用本發(fā)明的含碳或含石墨的熱解和/或煅燒產(chǎn)物，用于制備本發(fā)明的電極和制備本發(fā)明的反應(yīng)器的電極，特別是作為電極材料。例如在電弧反應(yīng)器中，或者作為催化劑并根據(jù)本發(fā)明作為制備純硅的原料，特別是制備太陽(yáng)能級(jí)硅?？色@得的碳化硅也可用于制備反應(yīng)器和反應(yīng)空間內(nèi)襯的高純度耐火材料或其它配件、給料線路或排放線路的內(nèi)襯。高純度碳化硅也可用作能源和/或作為制備高純度鋼的添加劑。本發(fā)明因此涉及一種制備純至高純度碳化硅的方法，包括將硅氧化物，特別是根據(jù)上面定義的純化的硅氧化物，特別是純化的二氧化硅，和包括至少一種碳水化合物的碳源，特別是純碳源，在升高溫度下反應(yīng)，和特別是分離碳化硅。本發(fā)明還涉及碳化硅或可以通過該方法獲得的含碳化硅的組合物和可以通過本發(fā)明的方法獲得的熱解和/或煅燒產(chǎn)物，和特別是其分離。本發(fā)明涉及一種在升高溫度下在添加硅氧化物，特別是純化的二氧化硅下的工業(yè)反應(yīng)或工業(yè)熱解和/或煅燒純碳水化合物或碳水化合物混合物及其轉(zhuǎn)化的工業(yè)方法，優(yōu)選大規(guī)模的工業(yè)方法。根據(jù)該方法的特別優(yōu)選的變化，制備高純度碳化硅的工業(yè)方法包括純碳水化合物，任選碳水化合物混合物，與硅氧化物，特別是純化的二氧化硅，和就地形成的硅氧化物，在升高溫度下，特別是在400和3000°C之間，優(yōu)選在1400-1800°C，特別優(yōu)選在約 1450和低于約1600°C之間反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，純至高純度碳化硅任選與碳基質(zhì)和/或硅氧化物基質(zhì)或含碳和/或硅氧化物的基質(zhì)分離，特別是其作為產(chǎn)物分離，任選含有硅。分離的碳化硅可以具有任意結(jié)晶相，例如α-或β-碳化硅相或者這些或其它碳化硅相的混合物。已知有一共大于150種多型相的碳化硅。優(yōu)選通過該方法獲得的純至高純度碳化硅不含硅或如果有的話僅有少量硅或者僅輕微程度上滲入有硅，特別是相對(duì)于碳化硅在0. OOlwt. %和60wt. %的范圍內(nèi)， 優(yōu)選在0. Olwt. %和50wt. %之間，特別優(yōu)選在0. Iwt. %和20wt. %之間，含有所述基質(zhì)和任選含有硅。根據(jù)本發(fā)明，通常在煅燒或高溫反應(yīng)期間不形成硅，這是由于顆粒沒有聚集， 并且通常不形成熔融 物。除非形成熔融，否則不會(huì)形成硅。硅的進(jìn)一步含量可以通過用滲入硅控制。純或高純度碳化硅是指在本說明書開始的“定義”段定義的碳化硅。純至高純度碳化硅或高純度組合物可以使用反應(yīng)物，含碳水化合物的碳源和所用硅氧化物、以及反應(yīng)器、反應(yīng)器組件、管道系統(tǒng)、反應(yīng)物的貯槽、反應(yīng)器襯里、夾套和任選添加的本發(fā)明方法中所需純度的反應(yīng)氣或惰性氣體獲得。上面定義的純至高純度碳化硅或高純度組合物，特別是包括碳含量；例如以焦炭、 碳黑、石墨形式；和/或硅氧化物，特別是以SiO2的形式，或者優(yōu)選以純化硅氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物的形式，具有硼和/或磷或含有硼和/或含有磷的化合物的污染物含量，其中元素硼優(yōu)選低于lOOppm，特別是在IOppm和0. OOlppt之間；并且磷低于200ppm，特別是在20ppm和 0. OOlppt之間。優(yōu)選碳化硅中的硼含量在7ppm和Ippt之間，優(yōu)選在6ppm和Ippt之間，特別優(yōu)選在5ppm和Ippt之間或更低，或者例如在0. OOlppm和0. OOlppt之間，優(yōu)選在分析檢測(cè)極限區(qū)域。碳化硅中的磷含量應(yīng)優(yōu)選在18ppm和Ippt之間，優(yōu)選在15ppm和Ippt之間， 特別優(yōu)選在IOppm和Ippt之間或更低。磷含量?jī)?yōu)選在分析檢測(cè)極限區(qū)域。以ppm、ppb和 /或PPt計(jì)的圖應(yīng)理解為都是重量比，特別是以mg/kg、μ g/kg、ng/kg計(jì)或以mg/g、μ g/g 或ng/g計(jì)等。
根據(jù)本發(fā)明，將碳水化合物或糖類；或碳水化合物或碳水化合物的合適衍生物的混合物，用于本發(fā)明的方法中作為含至少一種碳水化合物的碳源，特別是純碳源?？梢允褂锰烊淮嬖诘奶妓衔铩⑺鼈兊亩嘶悩?gòu)體、轉(zhuǎn)化糖和合成碳水化合物。也可以使用經(jīng)生物技術(shù)獲得的碳水化合物，例如通過發(fā)酵。優(yōu)選碳水化合物或衍生物選自單糖、二糖、低聚糖或多糖或至少兩種所述糖的混合物。特別優(yōu)選，將下面碳水化合物用于該方法單糖，即醛糖或酮糖，例如三糖、四糖、五糖、六糖、七糖，特別是葡萄糖和果糖，以及基于所述單糖的低聚-和多糖，例如乳糖、麥芽糖、蔗糖、棉子糖(僅列舉幾個(gè))，并且也可以使用所述碳水化合物的衍生物，條件是它們滿足所述純度要求_甚至包括纖維素、纖維素衍生物、淀粉，包括直鏈淀粉和支鏈淀粉、糖原、葡聚糖和果聚糖(僅提及幾個(gè)多糖)。然而，至少兩種前述碳水化合物的混合物也可用作本發(fā)明方法中的碳水化合物或碳水化合物組分。
在本發(fā)明的方法中通常可以使用所有碳水化合物、碳水化合物的衍生物以及碳水化合物混合物，其優(yōu)選足夠純，特別是就元素硼、磷和/或鋁而言。所述元素作為雜質(zhì)在碳水化合物或混合物中的總量應(yīng)低于100 μ g/g，特別是低于100 μ g/g-0. 001 μ g/g，優(yōu)選低于10 μ g/g-0. 001 μ g/g，特別優(yōu)選低于5 μ g/g_0. 01 μ g/g。根據(jù)本發(fā)明所用的碳水化合物由元素碳、氫和氧組成和任選具有所述雜質(zhì)含量。如果摻雜的碳化硅或含氮化硅的碳化硅待制備，任選具有前述雜質(zhì)含量的由元素碳、氫、氧和氮組成的碳水化合物可以有益地用于本發(fā)明的方法。就含氮化硅的碳化硅的制備而言，其中當(dāng)?shù)璨槐徽J(rèn)為是雜質(zhì)時(shí)，也可以有益地將幾丁質(zhì)用于該方法中?？梢怨I(yè)規(guī)模獲得的其它碳水化合物有乳糖、羥丙基甲基纖維素(HPMC)和其它常用的片劑賦形劑，它們可以與常規(guī)結(jié)晶糖任選地用于形成硅氧化物?？梢越?jīng)濟(jì)量獲得的結(jié)晶糖，例如糖可以通過已知方法例如結(jié)晶溶液或蔗糖或甜菜汁獲得，即可商購(gòu)獲得的結(jié)晶糖，特別是食品級(jí)結(jié)晶糖，特別優(yōu)選用在本發(fā)明的方法中。糖或碳水化合物，只要雜質(zhì)含量對(duì)該方法合適，自然通常也可以液態(tài)，如糖漿，以固相，即也稱為無(wú)定形，用于該方法。任選預(yù)先進(jìn)行配制和/或干燥步驟。糖也可以預(yù)先用離子交換劑在液相純化，任選在去離子水或其它合適的溶劑或溶劑混合物中，任選除去特定雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不容易通過結(jié)晶地分離。離子交換劑可以是強(qiáng)酸、弱酸、兩性、中性或堿性離子交換劑。根據(jù)待除去的雜質(zhì)選擇適當(dāng)離子交換劑，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟悉的。接下來，糖可以經(jīng)結(jié)晶、離心和/或干燥或與硅氧化物混合硅氧化物并干燥。結(jié)晶可以通過冷卻或者添加反溶劑或者通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其它技術(shù)進(jìn)行。結(jié)晶成分可以經(jīng)過濾和/或離心分離。根據(jù)本發(fā)明，含至少一種碳水化合物的碳源、或碳水化合物混合物，特別是純碳源，具有下面雜質(zhì)含量硼小于2 [ μ g/g]、磷小于0. 5 [ μ g/g]和鋁小于2 [ μ g/g]，優(yōu)選小于或等于1 [ μ g/g]，特別是鐵小于60 [ μ g/g]，優(yōu)選鐵含量低于10 [ μ g/g]，特別優(yōu)選低于 5[yg/g]。整體上，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選使用雜質(zhì)，例如硼、磷、鋁和/或砷等的含量低于各自工業(yè)可能的檢測(cè)極限的碳水化合物。優(yōu)選含有至少一種碳水化合物的碳水化合物源，根據(jù)本發(fā)明碳水化合物或碳水化合物混合物，具有下面所列的硼、磷和鋁和任選存在的鐵、鈉、鉀、鎳和/或鉻的污染物含量。硼(B)污染物特別是在5 μ g/g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選3-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選2-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于2-0. 00001 μ g/g。磷(P)污染物特別是在5 μ g/g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選3-0. 00001 μ g/g，特別優(yōu)選低于1-0.00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于 0. 5-0. 00001 μ g/g。鐵(Fe)污染物在 100 μ g/g 和 0. 00001 μ g/g 之間，特別是在 55 μ g/ g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選2-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于1-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于0. 5-0. 00001 μ g/g。鈉(Na)污染物特別是在20 μ g/g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選 15-0. 00001 μ g/g，特別優(yōu)選低于 12-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于 10-0. 00001 μ g/g。
(K)污染物特別是在30 μ g/g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選25-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于20-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于16-0. 00001 μ g/g。鋁(Al)污染物特別是在4 μ g/ g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選3-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于2-0. 00001 μ g/g,根據(jù)本發(fā)明低于1. 5-0. 00001 μ g/g。鎳(Ni)污染物特別是在4 μ g/g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選 3-0. 00001 μ g/g，特別優(yōu)選低于 2-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于 1. 5-0. 00001 μ g/g。鉻 (Cr)污染物特別是在4 μ g/g和0. 00001 μ g/g之間，優(yōu)選3-0. 00001 μ g/g,特別優(yōu)選低于 2-0. 00001 μ g/g，根據(jù)本發(fā)明低于 1-0. 00001 μ g/g。根據(jù)本發(fā)明，使用結(jié)晶糖，例如精制糖，或者將結(jié)晶糖與含水二氧化硅或硅酸溶膠混合，干燥并以特定形式用于該方法。或者將任意碳水化合物，特別是糖、轉(zhuǎn)化糖或糖漿與干燥、含水或水性硅氧化物、二氧化硅、含水的硅酸或硅酸溶膠或下面所述的硅氧化物組分混合，任選干燥并作為顆粒用于該方法，優(yōu)選粒徑為Inm-lOmm。通常使用平均粒徑為Inm-lOcm，特別是ΙΟμπι-lcm，優(yōu)選ΙΟΟμπι-Ο. 5cm的糖?；蛘呖梢允褂闷骄皆谖⒚字梁撩追秶鷥?nèi)的糖，該范圍為1微米-1mm，特別優(yōu)選10微米-100 微米是優(yōu)選的。粒徑例如可以通過篩分析、TEM(透射電子顯微鏡法)、SEM(掃描電子顯微術(shù))或光學(xué)顯微方法確定。溶解的碳水化合物也可以液體、糖漿或糊使用，在熱解之前蒸發(fā)高純度溶劑?；蛘邔?duì)溶劑回收而言可以包括干燥步驟。作為碳源，特別是純碳源的優(yōu)選原料，而且是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有有機(jī)化合物，包括至少一種碳水化合物并滿足純度需要，例如碳水化合物溶液。所用碳水化合物溶液也可以是含水-含醇溶液或含四乙氧基硅烷(Dynasylan ,⑧TE0S)或四烷氧基硅烷的溶液，在熱解之前將該溶液適當(dāng)蒸發(fā)和/或熱解。所用硅氧化物或硅氧化物組分優(yōu)選SiO，特別優(yōu)選SiOx，其中x = 0. 5-1. 5、SiO、 SiO2、硅氧化物(水合物)、水性或含水SiO2、熱解或沉淀的硅酸硅氧化物、潮濕、干燥或燒結(jié)形式的硅氧化物，例如Aerosil 或Sipernat⑧，或硅酸溶膠或凝膠、多孔或致密玻璃態(tài)石英、石英砂、石英玻璃纖維，例如光學(xué)纖維、石英玻璃珠，或至少兩種前述形式的硅氧化物的混合物。單個(gè)組分的粒徑以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式彼此調(diào)整。在本發(fā)明的范圍內(nèi)；“溶膠”是指膠體溶液，其中固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)極細(xì)分布地分散在固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中(也參見Rijmpp Chemie Lexikon[ Rompp's Dictionary of Chemistry]) 0含碳水化合物的碳源的粒徑和硅氧化物的粒徑彼此特別經(jīng)過調(diào)整，以便使得組分良好均勻化并防止加工之前或期間分層。優(yōu)選使用多孔硅酸，特別是內(nèi)表面為0. l-800m2/g，優(yōu)選10-500m2/g或100-200m2/ g，特別是平均粒徑為Inm或更大或者lOnm-lOmm，特別是高(99. 9% )至超高(99. 9999% ) 純度的硅酸，雜質(zhì)，例如B、P、As和Al化合物相對(duì)總組合物的總量有利地小于10wt. -ppm。 純度是通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的樣品分析確定的，例如通過ICP-MS檢測(cè)(痕量雜質(zhì)測(cè)定的分析)。電子自旋光譜測(cè)定法可以提供特別敏感的檢測(cè)。內(nèi)表面例如可以使用BET法(DIN ISO 9277，1995)測(cè)定。硅氧化物的優(yōu)選平均粒徑在IOnm-Imm的范圍內(nèi)，特別是1-500 μ m。粒徑例如可以通過TEM(透射電子顯微鏡法)、SEM(掃描電子顯微術(shù))或光學(xué)顯微方法測(cè)定。作為合適的硅氧化物，通常認(rèn)為可以是含有硅氧化物的所有化合物和/或礦物質(zhì)硅氧化物，只要它們的純度對(duì)該方法并因此對(duì)本方法的產(chǎn)物而言合適，并且不將不希望的元素和/或化合物加入到該過程中或者不會(huì)無(wú)殘留燃燒。如上所述，將含純或高純度硅氧化物的化合物或材料用于本方法。根據(jù)本發(fā)明，純化的硅氧化物、相應(yīng)于上面定義和/或根據(jù)上述部分方法制得，特別優(yōu)選用于碳化硅的制備方法中。當(dāng)使用各種硅氧化物，特別是各種硅石、硅酸等時(shí)，熱解期間的聚集可能隨顆粒表面的PH值而變化。通常，用稍微酸性的硅氧化物，我們觀察到顆粒由于熱解強(qiáng)烈聚集。因此，為了生產(chǎn)聚集少的熱解產(chǎn)物和/或煅燒產(chǎn)物，可以在本方法中優(yōu)選使用中性至堿性表面的硅氧化物，例如PH值在7和14之間。根據(jù)本發(fā)明，硅氧化物包括二氧化硅，特別是熱解或沉淀的硅酸，優(yōu)選熱解或沉淀的高或最高純度的硅酸，根據(jù)本發(fā)明為純化的硅氧化物?！白罡呒兌取笔侵腹柩趸?，特別是這樣的二氧化硅，其中硅氧化物中硼和/或磷或含硼和/或含磷化合物污染物，硼應(yīng)小于lOppm，特別是在IOppm和0. OOOlppt之間，和對(duì)磷而言應(yīng)小于20ppm，特別是在IOppm和 0. OOOlppt之間。硼含量?jī)?yōu)選在7ppm和Ippt之間，優(yōu)選在6ppm和Ippt之間，特別 優(yōu)選在 5ppm和Ippt之間或更低，例如在0. OOlppm和0. OOlppt之間，優(yōu)選在分析檢測(cè)極限區(qū)域內(nèi)。 硅氧化物的磷含量應(yīng)優(yōu)選在ISppm和Ippt之間，優(yōu)選在15ppm和Ippt之間，特別優(yōu)選在 IOppm和Ippt之間或更低。磷含量?jī)?yōu)選在分析檢測(cè)極限區(qū)域。硅氧化物例如以常規(guī)方式制得的石英、石英巖和/或二氧化硅也是有益的。它們可以是結(jié)晶變性產(chǎn)生的二氧化硅，例如銫綠柱石(玉髓)、α-石英(低級(jí)石英)、石英 (高級(jí)石英)、鱗石英、方石英、柯石英、超石英或以及無(wú)定形SiO2，特別是，條件是它們滿足所述純度要求。而且，硅酸，特別是沉淀的硅酸或硅膠、熱解SiO2、熱解硅酸或二氧化硅可以優(yōu)選用于本方法和/或本組合物。常規(guī)熱解硅酸是無(wú)定形SiO2粉末，平均直徑為5-50nm且比表面為50-600m2/g。上面列表不應(yīng)理解為所有的，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見適用于本方法的其它硅氧化物源也可用于本方法，如果硅氧化物源具有適當(dāng)純度或者是在其經(jīng)純化之后具有適當(dāng)純度。硅氧化物，特別是提供和/或使用的SiO2可以是粉狀、顆粒狀、多孔、泡沫、作為壓出物、作為模制物和/或作為多孔玻璃任選與其它添加劑一起，特別是與含至少一種碳水化合物的碳源和任選存在的粘合劑和/或模制助劑一起。粉狀、多孔二氧化硅優(yōu)選作為形成材料，特別是作為壓出物或模制物使用，特別優(yōu)選與含碳水化合物的碳源一起用于壓出物或模制物，例如以球粒或壓塊。一般說來，所有固態(tài)反應(yīng)物，例如二氧化硅，和任選存在的含至少一種碳水化合物的碳源應(yīng)當(dāng)用于本方法或應(yīng)為組合物，以提供盡可能最大的表面進(jìn)行反應(yīng)的形式。此外，增加孔隙率對(duì)加工氣的快速除去是理想的。因此根據(jù)本發(fā)明可以使用涂布有碳水化合物的二氧化硅顆粒的微?；旌衔?。該微?；旌衔锾貏e經(jīng)包裝，在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，作為組合物或試劑盒。材料用量以及硅氧化物，特別是二氧化硅和含至少一種碳水化合物的碳源的各自比例基于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的環(huán)境或需求，例如在接下來的硅制備過程、燒結(jié)過程、制備電極材料或電極的過程。在本發(fā)明的方法中，碳水化合物可以碳水化合物與硅氧化物，特別是與二氧化硅，的重量比，相對(duì)總重量的重量比1000 0.1-1 1000使用。優(yōu)選碳水化合物或碳水化合物混合物相對(duì)硅氧化物，特別是二氧化硅的重量比為100 1-1 100，特別優(yōu)選 50 1-1 5，尤其優(yōu)選20 1-1 2，其中優(yōu)選范圍為2 1-1 1。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，將碳經(jīng)碳水化合物用于本方法，以相對(duì)硅氧化物中待反應(yīng)的硅過量地在硅氧化物存在。 如果在硅氧化物優(yōu)選實(shí)施方式過量地使用硅氧化物，當(dāng)選擇該比例時(shí)必需保證不抑制碳化硅的形成。同樣根據(jù)本發(fā)明，包含碳水化合物的碳源的碳含量相對(duì)硅氧化物，特別是二氧化硅的硅含量，相對(duì)總組合物的摩爾比為1000 0.1-0.1 1000。當(dāng)使用常規(guī)結(jié)晶糖時(shí)，經(jīng)含碳水化合物的碳源引入的碳摩爾數(shù)相對(duì)經(jīng)硅氧化物化合物引入的硅摩爾數(shù)的優(yōu)選范圍， 在IOOm ol Imol-Imol IOOmol的范圍內(nèi)(離析物中C與Si)，特別優(yōu)選C與Si之比為 50 1-1 50，尤其優(yōu)選20 1-1 20，根據(jù)本發(fā)明在3 1-2 1的范圍內(nèi)或者不超過 1 1。摩爾比優(yōu)選是經(jīng)碳源加入的碳比硅氧化物中的硅為大致等摩爾比例或者硅氧化物過量。方法構(gòu)成經(jīng)常設(shè)計(jì)成多步過程。第一步包括含至少一種碳水化合物的碳源在有硅氧化物的情況下熱解而石墨化，特別是在硅氧化物組分上和/或內(nèi)形成，例如SiOx，其中χ =0. 5-1. 5、SiO, SiO2、硅氧化物(水合物)，含碳熱解產(chǎn)物，例如含石墨和/或碳黑部分的涂層。熱解之后經(jīng)過煅燒。熱解和/或煅燒可以在一個(gè)反應(yīng)器中連續(xù)進(jìn)行或者彼此在不同反應(yīng)器中分開進(jìn)行。例如，在第一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行熱解，接著在例如流化床微波爐中進(jìn)行煅燒。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉反應(yīng)器配件、容器、加料和/或出料內(nèi)襯、和爐配件本身一定不污染方法產(chǎn)物。方法組分通常這樣設(shè)計(jì)，硅氧化物和含至少一種碳水化合物的碳源，充分混合，分散，均質(zhì)或配制，被加入到第一個(gè)反應(yīng)器中熱解。它可以連續(xù)或間斷進(jìn)行。任選地，所用物質(zhì)在將它們加入到反應(yīng)器中之前適當(dāng)干燥，優(yōu)選在該系統(tǒng)中可以留有附著的水或殘余水分。 完整的技術(shù)和工業(yè)方法構(gòu)成分成進(jìn)行熱解的第一階段，和進(jìn)行煅燒的另一階段。反應(yīng)可以在從150°C開始的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選從400高至3000°C的溫度下進(jìn)行，其中在第一熱解步驟 (低溫模式)中在較低溫度下進(jìn)行反應(yīng)，特別是在400-1400°C并且接下來煅燒在較高溫度 (高溫模式)下，特別是在1400-3000°C，優(yōu)選在1400-1800°C。熱解和煅燒可以在一個(gè)緊接一個(gè)的一個(gè)步驟進(jìn)行，或者以兩個(gè)單獨(dú)步驟進(jìn)行。例如，熱解的方法產(chǎn)物可以包裝成組合物并在后面通過接下來的處理器用于制備碳化硅或硅。作為選擇地，硅氧化物，特別是純化的硅氧化物和含碳水化合物的碳源，特別是所述純碳源，的反應(yīng)可以在低溫范圍下開始，例如從150°C開始，優(yōu)選在400°C并連續(xù)升高或者逐步升高例如高達(dá)1800°C或更高，特別是約1900°C。該步驟對(duì)形成的加工氣的離開可能是有益的。根據(jù)另一替代性方法模式，反應(yīng)可以在高溫下直接進(jìn)行，特別是在大于 14000C -3000°C的溫度，優(yōu)選在1400°C和1800°C之間，特別優(yōu)選在1450和低于約1600°C之間。為了停止形成的碳化硅的分解，在低氧環(huán)境下反應(yīng)優(yōu)選在低于分解溫度的溫度下進(jìn)行，
29特別是低于1800°C，優(yōu)選低于1600°C。根據(jù)本發(fā)明分離的方法產(chǎn)物是下面定義的高純度碳化硅。熱解(低溫步驟)通常適當(dāng)?shù)卦诘陀诩s800°C的溫度下進(jìn)行。根據(jù)所需產(chǎn)物，熱解可以在常壓、真空或增壓下進(jìn)行。如果在真空或低壓下進(jìn)行，加工氣可以容易地導(dǎo)出并且在熱解之后獲得高度多孔的微粒結(jié)構(gòu)。在常壓區(qū)的條件下，通常增加多孔的微粒結(jié)構(gòu)的聚集。 如果在增壓下進(jìn)行熱解，揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物可以聚集在硅氧化物顆粒上并且可能彼此反應(yīng)或者與二氧化硅的反應(yīng)基團(tuán)反應(yīng)。例如，形成的碳水化合物的分解產(chǎn)物，例如酮、醛或醇類，可以與二氧化硅顆粒的自由羥基反應(yīng)。這大大降低了環(huán)境被加工氣污染。所得多孔熱解產(chǎn)物在這種情況下處于或多或少更聚積的狀態(tài)。包括壓力和溫度在內(nèi)，壓力和溫度可以在寬范圍內(nèi)根據(jù)所需熱解產(chǎn)物選擇，并且彼此的精確調(diào)整對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員為公知，含至少一種碳水化合物的碳源的熱解此外可以在有濕氣下進(jìn)行，特別是離析物的殘余濕氣，或者通過加入濕氣，以冷凝水、蒸汽或含水合物的組分的形式，例如SiO2 ·ηΗ20、或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其它水合物。濕氣的存在尤其具有碳水化合物更容易進(jìn)行熱解的效果，并且可以省去離析物的昂貴預(yù)干燥。特別優(yōu)選，碳化硅的制備方法是通過將硅氧化物，特別是純化的硅氧化物，和包括至少一種碳水化合物的碳源，特別是純碳源，在升高溫度下，尤其在熱解開始時(shí)在有濕氣下進(jìn)行，任選地在熱解過程中也加入或供給濕氣。通常，熱解是在，特別是在至少一個(gè)第一個(gè)反應(yīng)器中，在約700°C的低溫模式下， 經(jīng)常在200°C和1600°C之間，特別優(yōu)選在300°C和1500°C之間，特別是在400-1400°C下進(jìn)行的，優(yōu)選獲得含石墨的熱解產(chǎn)物。優(yōu)選反應(yīng)物的內(nèi)部溫度看作是熱解溫度。優(yōu)選在約 1300-1500°C的溫度下獲得熱解產(chǎn)物。該方法通常在低壓范圍和/或在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行。優(yōu)選氬或氦作為惰性氣體。氮也可以是有益的，或者如果任選除了碳化硅或η-摻雜的碳化硅之外在煅燒步驟還形成氮化硅，這可以是有益的，要取決于方法如何進(jìn)行。為了在煅燒步驟中生產(chǎn)η-摻雜的碳化硅，可以在熱解和/或煅燒步驟中將氮加入到過程中，任選也經(jīng)過碳水化合物，例如幾丁質(zhì)。特別是P-摻雜的碳化硅的生產(chǎn)也可以是有益的，并且在這個(gè)特別的例外中，鋁含量例如可以更高。摻雜可以用含鋁物質(zhì)，例如使用三甲基鋁氣體進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)器的壓力，在該步驟中可以制得具有變化的聚集度和變化的孔隙率的熱解產(chǎn)物或組合物。通常，真空下所得的熱解產(chǎn)物較少聚積并具有比常壓或增壓下更高的孔隙率。在所述熱解溫度下熱解時(shí)間可以在1分鐘和通常48小時(shí)之間，特別是在15分鐘和18小時(shí)之間，優(yōu)選在30分鐘和約12小時(shí)之間。這里通常包括加熱至熱解溫度的階段。壓力范圍通常在Imbar至50bar，特別是lmbar_10bar，優(yōu)選Imbar至5bar。根據(jù)所需熱解產(chǎn)物，并且為了使含碳加工氣的形成最小化，在本方法中熱解步驟也可以在l-50bar 的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行，優(yōu)選2-50bar，特別優(yōu)選5-50bar。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知所選壓力是氣體除去、聚集和含碳加工氣的還原的折衷。反應(yīng)物，例如硅氧化物和碳水化合物，熱解之后進(jìn)行煅燒步驟。煅燒(高溫區(qū))是指反應(yīng)物基本上轉(zhuǎn)變成高純度碳化硅(任選含有碳基質(zhì)和/或硅氧化物基質(zhì)和/或它們的混合物)的加工段。在該步驟中任選將結(jié)晶水蒸發(fā)并將方法產(chǎn)物燒結(jié)。通常熱解之后直接
30進(jìn)行煅燒步驟(高溫步驟)，盡管它也可以在較晚時(shí)間進(jìn)行，例如當(dāng)熱解產(chǎn)物被售出之后。 熱解和煅燒步驟的溫度范圍可以任選或多或少重疊。煅燒經(jīng)常在1400-2000°C下進(jìn)行，優(yōu)選在1400-1800°C之間。如果熱解在低于800°C的溫度下進(jìn)行，煅燒步驟也可以擴(kuò)展至從 800°C到約1800°C的溫度范圍?？梢詫⒏呒兌裙柩趸锴?，特別是石英玻璃球和/或碳化硅球或通常石英玻璃和/或碳化硅顆粒用于本方法，用于改善傳熱。優(yōu)選這些熱交換器與回轉(zhuǎn)爐一起使用或用于微波爐中。在微波爐中，微波導(dǎo)致石英玻璃顆粒和/或碳化硅顆粒激活，使得顆粒受熱。優(yōu)選球和/或顆粒良好分布于反應(yīng)系統(tǒng)，使得傳熱均勻。本方法的煅燒或高溫區(qū)通常在Imbar至50bar的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行，特別是在Imbar 和Ibar(周圍壓力)之間，特別是在l-250mbar，優(yōu)選在1-lOmbar?？赡艿亩栊詺怏w環(huán)境是已經(jīng)提及的那些。煅燒時(shí)間取決于所用溫度和反應(yīng)物。通常在1分鐘和通?？梢允?8小時(shí)之間，特別是在15分鐘和18小時(shí)之間，優(yōu)選在30分鐘和約12小時(shí)之間在所述煅燒溫度下。這里通常包括加熱至煅燒溫度的階段。硅氧化物和含碳水化合物的碳源的反應(yīng)也可以在高溫區(qū)直接進(jìn)行，并且必須可以從反應(yīng)區(qū)適當(dāng)?shù)厝コ罱K氣態(tài)反應(yīng)物或加工氣。這可以通過疏松加料或包含硅氧化物和/ 或碳源的形成片(formed pieces)的加料來保證或者優(yōu)選用包含二氧化硅和碳源(碳水化合物)的形成片。形成的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物或加工氣可以特別是蒸汽、一氧化碳和接下來的產(chǎn)物。在高溫下，特別是在高溫區(qū)，主要形成一氧化碳。碳化硅在升高溫度下，特別是在煅燒步驟的反應(yīng)，優(yōu)選在400-3000°C的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選煅燒在1400-3000°C的高溫范圍內(nèi)進(jìn)行，優(yōu)選在1400°C -1800°C，特別優(yōu)選在 1450-1500和1700°C之間。溫度范圍并不限于公開的這些，這是由于到達(dá)的溫度也直接取決于所用反應(yīng)器。所述溫度基于標(biāo)準(zhǔn)高溫溫度傳感器例如包封(PtIihPt元素)的量度或者通過螺旋燈絲肉眼比較色溫。就熱解和/或煅燒領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有反應(yīng)器可以是用于本發(fā)明方法的反應(yīng)器。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有反應(yīng)器試驗(yàn)室反應(yīng)器、中試裝置反應(yīng)器或優(yōu)選大規(guī)模工業(yè)反應(yīng)器，例如旋轉(zhuǎn)管反應(yīng)器或以及微波反應(yīng)器，如用于陶瓷燒結(jié)用的，可用于熱解和接下來SiC形成和任選地石墨化用的煅燒。微波反應(yīng)器可以在高頻范圍(HF范圍)下操作，高頻范圍理解為在本發(fā)明的范圍內(nèi)如lOOMHz-lOOGHz，特別是在100MHz和50GHz之間或以及100MHz至40GHz。優(yōu)選的頻率范圍大致在lMHz-lOOGHz之間，特別優(yōu)選IOMHz至50GHz。反應(yīng)器可以平行操作。特別優(yōu)選，將2. 4MHz的磁控管用于本方法。高溫反應(yīng)也可以在生產(chǎn)鋼或硅，例如冶金硅的常規(guī)熔融爐，或其它合適的熔融爐， 例如感應(yīng)爐中進(jìn)行。所述熔融爐的設(shè)計(jì)，特別優(yōu)選電爐，使用電弧作為能源，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言足夠熟悉并且不是本申請(qǐng)的部分。當(dāng)為直流電爐時(shí)，它們具有熔融電極和底電極或者作為交流電爐經(jīng)常有3個(gè)熔融電極。電弧長(zhǎng)度由電極控制器控制。電弧爐經(jīng)常以由耐火材料制成的反應(yīng)空間為基礎(chǔ)。原料，特別是在硅酸/SW2上熱解的碳水化合物，在頂部加入，其中設(shè)置產(chǎn)生電弧的石墨電極。這些爐通常在1800°C的區(qū)域的溫度下操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員也清楚爐配件本身不應(yīng)污染制得的碳化硅。優(yōu)選碳化硅的高溫反應(yīng)在本發(fā)明的反應(yīng)器和/或用本發(fā)明的電極和/或在本發(fā)明的設(shè)備中進(jìn)行。本發(fā)明還涉及一種組合物，包括碳化硅任選有碳基質(zhì)和/或硅氧化物基質(zhì)或包含碳化硅、碳和/或硅氧化物和任選含有硅的基質(zhì)，它可以通過本發(fā)明的方法構(gòu)成獲得，特別是通過煅燒步驟獲得，并且特別是經(jīng)分離。分離是指在進(jìn)行本方法之后，獲得組合物和/或高純度碳化硅并分離，特別是作為產(chǎn)物。碳化硅而且可以提供有鈍化層，例如含Si02。該產(chǎn)物然后可用作反應(yīng)物、催化劑、制備物品的材料，例如過濾器、成型物品或生坯物品并且可用于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其它應(yīng)用中。其它重要應(yīng)用是包含碳化硅的組合物作為反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)物和/或者與糖焦炭和硅酸在制備電極材料或制備碳化硅的用途。本發(fā)明還涉及熱解產(chǎn)物和任選存在的煅燒產(chǎn)物，特別是通過本發(fā)明方法構(gòu)成獲得的組合物和特別是由該方法分離的熱解和/或煅燒產(chǎn)物，其中碳與硅氧化物，特別是二氧化硅的含量是400 0.1-0.4 1000。優(yōu)選得自本方法構(gòu)成的產(chǎn)物，特別是高密度壓制粉狀方法構(gòu)成產(chǎn)物的電導(dǎo)率，在兩個(gè)點(diǎn)電極之間測(cè)定，在κ [m/Ω.πι2] = 1 · KT1-I · 10_6范圍內(nèi)。低電導(dǎo)率(直接與本方法產(chǎn)物正相關(guān))對(duì)各個(gè)碳化硅方法構(gòu)成產(chǎn)物而言是優(yōu)選的。優(yōu)選組合物或熱解和/或煅燒產(chǎn)物相對(duì)總組合物的石墨含量為0_50wt. %，優(yōu)選 25-50wt. %。根據(jù)本發(fā)明，組合物或熱解和/或煅燒產(chǎn)物中碳化硅相對(duì)總組合物的比例為 25-100wt. %，特別是 30-50wt. V0o本發(fā)明還涉及碳化硅，具有包含焦炭和/或碳黑和/或石墨或它們混合物的碳基質(zhì)和/或具有包含二氧化硅、硅酸和/或它們混合物的硅氧化物基質(zhì)或者具有前述組分的混合物，可以通過本發(fā)明的方法獲得，特別是根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法獲得。特別是將SiC分離再使用，如下所述。根據(jù)本發(fā)明定義，元素硼、磷、砷和/或鋁在碳化硅中的的總含量?jī)?yōu)選低于 IOwt. -ppm0本發(fā)明還涉及碳化硅，任選具有碳部分和/或硅氧化物部分或混合物，包含碳化硅、碳和/或硅氧化物，特別是二氧化硅，其中雜質(zhì)含量如上面定義的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明涉及碳化硅或本發(fā)明方法的組合物或熱解和/或煅燒產(chǎn)物在制備純硅，特別是制備太陽(yáng)能級(jí)硅中的用途。本發(fā)明特別是涉及在高溫下通過還原二氧化硅，特別是純化的硅氧化物制備太陽(yáng)能級(jí)硅中的用途，或者通過將焦炭，特別是得自糖焦炭，和二氧化硅，特別是硅酸，優(yōu)選硅酸或SW2 (熱解、沉淀或經(jīng)離子交換純化)在高溫下反應(yīng)制備碳化硅中的用途，作為研磨材料、絕緣體、作為耐火材料，例如耐熱瓷磚、或者制備物品或制備電極中的用途。本發(fā)明還涉及碳化硅或本發(fā)明方法獲得的組合物或熱解和/或煅燒產(chǎn)物作為催化劑的用途，特別是在二氧化硅制備硅中，優(yōu)選制備純化的硅中，特別是制備太陽(yáng)能級(jí)硅， 特別是通過在高溫下還原二氧化硅制備太陽(yáng)能級(jí)硅中的用途。以及任選用在制備半導(dǎo)體用的碳化硅中或用作制備超純碳化硅中的催化劑，例如通過升華、或者作為制備硅的反應(yīng)物或制備碳化硅，特別是由焦炭，優(yōu)選糖焦炭，和二氧化硅，優(yōu)選用硅酸，在高溫下制備碳化硅，或者用作物品的材料或作為電極材料，特別是用于電弧爐電極的用途。作為物品，特別是電極的材料的用途，包括材料作為物品的材料的用途或者以及用于制備物品的進(jìn)一步加工材料的用途，例如燒結(jié)材料或粉碎材料的用途。本發(fā)明的另一目的是至少一種碳水化合物的用途，特別是純碳水化合物，用于制備純至超純碳化硅，特別是可以作為產(chǎn)物分離的碳化硅、或含碳化硅的組合物或含碳化硅的熱解和/或煅燒產(chǎn)物，特別是在有硅氧化物的情況下，優(yōu)選在有硅氧化物和/或二氧化硅的情況下。優(yōu)選選擇至少一種碳水化合物和硅氧化物，特別是純化的二氧化硅，特別是沒有其它組分，用于制備碳化硅，并將碳化硅、含碳化硅的組合物或熱解和/或煅燒產(chǎn)物分離作為反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明還涉及含至少一種碳水化合物和硅氧化物，特別是純化的硅氧化物的組合物，特別是配制物、或試劑盒，在本發(fā)明的方法中的用途。因此本發(fā)明還涉及一種試劑盒，含有分離的配制物，特別是在單獨(dú)容器中，例如容器、袋和/或罐，特別是以硅氧化物，特別是純化的硅氧化物，優(yōu)選純化的二氧化硅，的壓出物和/或粉末的形式，任選與碳水化合物在 SiO2上的熱解產(chǎn)物和/或含至少一種碳水化合物的碳源一起，特別是按照前述使用?？梢詢?yōu)選如果在試劑盒內(nèi)的容器中的硅氧化物直接帶有含碳水化合物的碳源，特別是純碳源， 例如浸漬其中或在SiO2等上載有的碳水化合物，以片狀、作為顆粒、壓出物、壓塊的形式，特別是作為球或壓塊，和任選地其它碳水化合物和/或硅氧化物作為粉末在第二容器內(nèi)。本發(fā)明還涉及包括本發(fā)明的碳化硅的物品，特別是生坯產(chǎn)物、成型材料、燒結(jié)部分、電極、耐熱組分，或和本發(fā)明的含有碳化硅并任選還含有常用添加劑、加工助劑、顏料或粘合劑的組合物在本發(fā)明的完整方法中的用途。本發(fā)明因此涉及一種物品，它含有本發(fā)明的碳化硅，或者使用本發(fā)明的碳化硅制備及其在本發(fā)明完整方法中的用途。SiC作為活化劑在用碳源還原二氧化硅中的用涂正如開始解釋的，碳化硅也可加入到本發(fā)明的完整方法中用于制備純硅。根據(jù)本發(fā)明，通過添加活化劑，它起反應(yīng)啟動(dòng)劑、反應(yīng)促進(jìn)劑和/或作為碳源的作用，使得純硅制備方法的經(jīng)濟(jì)效益大大增加。與此同時(shí)活化劑，即反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑，應(yīng)盡可能純和不貴。特別優(yōu)選的反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑本身不應(yīng)加入任意不想要的雜質(zhì)或優(yōu)選僅僅最少量雜質(zhì)加入到硅熔融物中，原因如開始所述。本發(fā)明的方法可以各種方式進(jìn)行，并根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施方式，硅氧化物，特別是二氧化硅，優(yōu)選通過酸沉淀純化的二氧化硅，在升高溫度下反應(yīng)，通過向該過程中加入碳化硅作為純碳源或者作為活化劑加入到硅氧化物中，根據(jù)本發(fā)明加入到經(jīng)沉淀純化的硅氧化物、或者含硅氧化物的組合物中的碳化硅(SiC)中，特別優(yōu)選，如果硅氧化物，特別是二氧化硅和碳化硅以大致化學(xué)計(jì)量比例加入，即約lmol SiO2 2mol SiC制備硅，特別是制備硅的反應(yīng)混合物由硅氧化物和碳化硅組成。進(jìn)行本方法的該方式的另一優(yōu)點(diǎn)在于通過添加SiC，相應(yīng)地形成單位Si釋放較少的CO。氣體污染(這大大限制該過程)因此有益地被降低。因此，通過添加SiC可以有益地強(qiáng)化工藝。根據(jù)另一特別優(yōu)選的實(shí)施方式，經(jīng)沉淀純化的硅氧化物，特別是二氧化硅，在升高溫度下反應(yīng)，其中將碳化硅和另一純碳源加入到含硅氧化物的組合物中的硅氧化物或碳化硅和純碳源中，特別是第二純碳源，或者碳化硅和另一純碳源反應(yīng)。在該變化中，碳化硅的濃度可以降低至這樣的程度，使得它更多地作為反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑并且更少地作為反應(yīng)物。優(yōu)選，約Imol 二氧化硅也可以與約Imol碳化硅和約Imol的本方法中的第二碳源反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，在升高溫度下通過純化的硅氧化物的反應(yīng)制備硅的本方法中，將碳化硅加入到硅氧化物中或者任選以含純化硅氧化物的組合物加入，特別是使用電弧作為能源。目的在于向本方法中加入碳化硅作為活化劑即作為反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑和/ 或作為碳源，即作為反應(yīng)物和/或?qū)⑵浼尤氲奖痉椒ǖ慕M合物中。碳化硅由此單獨(dú)加入到本方法中。優(yōu)選碳化硅以反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑加入到本方法或本組合物中。由于碳化硅本身直到溫度達(dá)到約2700-3070°C才分解，因此出人意料地它可以加入到本制備硅的方法中作為反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑或作為反應(yīng)物或也作為熱交換介質(zhì)。完全出人意料地發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)中在打擊電弧之后，二氧化硅和碳，特別是石墨，之間的反應(yīng)，開始并且進(jìn)行非常慢，通過添加少量的粉狀碳化硅在短時(shí)間內(nèi)使得反應(yīng)顯著加快。觀察到發(fā)光效應(yīng)，并出人意料地整個(gè)接下來的反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)發(fā)出強(qiáng)亮光， 特別是直到反應(yīng)結(jié)束?！捌渌虻诙兲荚础?，特別是除碳化硅之外，在本制備硅的方法上下文中，定義為這樣的化合物或材料，它不由碳化硅組成，沒有任何碳化硅或者不含任何碳化硅。因此第二碳源不由碳化硅組成，沒有任何碳化硅或不含任何碳化硅。第二碳源的作用更正確的說是純反應(yīng)物，而碳化硅是反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑。作為第二碳源，可以考慮特別是糖、 石墨、煤、木炭、碳黑、焦炭、無(wú)煙碳、褐煤、活性炭、石油焦炭、木材作為木片或球、米糠或秸稈、碳纖維、球殼碳和/或烴，特別是氣態(tài)或液態(tài)，和至少兩種所述化合物的混合物，條件是它們具有合適的純度并且沒有不希望的化合物或元素污染本方法。第二碳源優(yōu)選選自所述化合物。其它或第二純碳源中污染物硼和/或磷或含硼和/或含磷化合物以重量比計(jì)就硼而言應(yīng)低于lOppm，特別是在IOppm和0. OOlppt之間，并且對(duì)磷而言應(yīng)低于20ppm，特別是在20ppm和0. OOlppt之間。以ppm、ppb和/或ppt給出的量應(yīng)始終理解為如mg/kg、μ g/ kg等重量比。硼含量?jī)?yōu)選在7ppm和Ippt之間，優(yōu)選在6ppm和Ippt之間，特別優(yōu)選在5ppm和 Ippt之間或更低，例如在0. OOlppm和0. OOlppt之間，優(yōu)選在分析檢測(cè)極限區(qū)域內(nèi)。磷含量應(yīng)優(yōu)選在18ppm和Ippt之間，優(yōu)選在15ppm和Ippt之間，特別優(yōu)選在IOppm和Ippt之間或更低。磷含量?jī)?yōu)選在分析檢測(cè)極限區(qū)域。通常該極限值對(duì)適于制備太陽(yáng)能級(jí)和/或半導(dǎo)體級(jí)硅的本方法的所有反應(yīng)物或添加劑都是理想的。優(yōu)選使用上面定義的純化或高純度硅氧化物，特別是純化或高純度二氧化硅，作為硅氧化物。除了經(jīng)沉淀純化的硅氧化物之外，可以將其它相應(yīng)純的硅氧化物用于純硅制備方法中。將其它合適的硅氧化物額外添加到純化的硅氧化物也可以是有益的，即石英、石英巖和/或以常規(guī)方式制得的二氧化硅。它們可以是結(jié)晶變性產(chǎn)生的二氧化硅，例如銫綠柱石(玉髓)、α -石英(低級(jí)石英)、β -石英(高級(jí)石英)、鱗石英、方石英、柯石英、超石英或以及無(wú)定形Si02。而且，硅酸、熱解SiO2、熱解硅酸或二氧化硅可優(yōu)選用于本方法和/ 或組合物。常規(guī)熱解硅酸是無(wú)定形SW2粉末，平均直徑為5-50nm且比表面為50-600m2/g。 上面列表不應(yīng)理解為所有的，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見對(duì)本方法合適的其它硅氧化物源可用于本方法和/或組合物。
純化的硅氧化物，特別是純化的二氧化硅，和碳化硅和任選存在的第二碳源，特別是第二純碳源，優(yōu)選以下面所述的摩爾比和/或wt. %用于本方法，其中數(shù)值可以涉及離析物并且特別是涉及本方法的反應(yīng)混合物每Imol的硅氧化物，例如一硅氧化物，例如Patinal ，約Imol的第二純碳源和少量碳化硅可以作為反應(yīng)啟動(dòng)劑或反應(yīng)促進(jìn)劑添加。作為反應(yīng)啟動(dòng)劑和/或反應(yīng)促進(jìn)劑的碳化硅的常用量相對(duì)反應(yīng)混合物，特別是包括硅氧化物、碳化硅和第二碳源和任選存在的其它添加劑的總重量是約0. OOOlwt. % -25wt. %，優(yōu)選0.0001-20wt. %，特別優(yōu)選 0. 0001-15wt. %，特別是 1-lOwt. V0o 也可以特別優(yōu)選向本方法中，每Imol的純化的硅氧化物，特別是二氧化硅，加入約Imol的純碳化硅和約Imol的第二碳源，特別是純碳。如果使用含碳纖維的碳化硅或含其它碳的類似化合物，以mol計(jì)第二碳源的量可以相應(yīng)降低。每Imol的二氧化硅，可以加入約2mol的第二碳源和少量碳化硅作為反應(yīng)啟動(dòng)劑或反應(yīng)促進(jìn)劑。相對(duì)反應(yīng)混合物，特別是包括硅氧化物、碳化硅和第二碳源和任選存在的其它添加劑的總重量，作為反應(yīng)啟動(dòng)劑和/ 或反應(yīng)促進(jìn)劑的碳化硅的常用量是約0. OOOlwt. % -25wt. %，優(yōu)選0. 0001-20wt. %，特別優(yōu)選 0. 0001-15wt. %，特別是 I-IOwt. %。根據(jù)優(yōu)選的替換方式，每Imol的二氧化硅，可以使用約2mol的碳化硅作為本方法的反應(yīng)物并且任選地第二碳源可以少量存在。相對(duì)反應(yīng)混合物，特別是包括二氧化硅、碳化硅和第二碳源和任選存在的其它添加劑的總重量，第二碳源的使用量是約 0. OOOlwt. % -29wt. %，優(yōu)選 0. 001-25wt. %，特別優(yōu)選 0. 01_20wt. %，尤其優(yōu)選 0. l-15wt. %，特別是 1-lOwt. V0o化學(xué)計(jì)量地，特別是二氧化硅可以與碳化硅和/或第二碳源按照下面反應(yīng)式反應(yīng)Si02+2C ^ Si+2C0Si02+2SiC — 3Si+2C0或者 Si02+SiC+C — 2Si+2C0 或Si02+0. 5SiC+l. 5C — 1. 5Si+2C0 或Si02+1. 5SiC+0. 5C — 2. 5Si+2C0 等由于純化二氧化硅可以摩爾比Imol與2mol的碳化硅和/或第二碳源反應(yīng)，通過碳化硅和其它或第二純碳源的摩爾比可以控制本方法。優(yōu)選碳化硅和第二碳源一起應(yīng)用于本方法或者大略以2m0l-lm0l的二氧化硅的比例存在于本方法中。因此，2mol的碳化硅和任選存在的第二碳源可以由2mol SiC Omol的第二碳源直到O.OOOOlmol SiC 1. 99999mol的第二碳源(C)組成。對(duì)與約Imol 二氧化硅按照表1反應(yīng)而言，碳化硅與第二碳源之比優(yōu)選在約2mol的化學(xué)計(jì)量?jī)?nèi)變化
權(quán)利要求
1.純硅制備方法，包括用一種或多種純碳源還原通過從水溶液中沉淀純化的硅氧化物，優(yōu)選通過在酸化劑中沉淀溶解在水相中的硅氧化物純化的硅氧化物，優(yōu)選純化的二氧化硅。
2.如權(quán)利要求1所述的方法， 特征在于沉淀懸液在沉淀期間的PH值小于2，優(yōu)選小于1.5，特別優(yōu)選小于1，尤其優(yōu)選小于0. 5。
3.如權(quán)利要求1和2任一項(xiàng)所述的方法， 特征在于所述純碳源或碳源之一包括天然源有機(jī)化合物、碳水化合物、石墨、焦炭、煤、碳黑、熱炭黑、未熱解的碳水化合物，特別是熱解糖，優(yōu)選在于高純度碳水化合物或高純度熱解碳水化合物用于該整個(gè)方法的至少一個(gè)方法步驟中作為所述碳源或作為所述碳源之一。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法， 特征在于在該方法的構(gòu)成步驟中，使用SiO2，特別是經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅，作為熱解時(shí)的消泡劑，通過熱解碳水化合物獲得碳。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法， 特征在于高純度碳化硅是由二氧化硅和碳水化合物在該方法的構(gòu)成步驟中制得，并且該碳化硅優(yōu)選用于一種或多種下面目的a)用于反應(yīng)器部件襯里b)用于制備高爐冶煉法的電極c)作為與經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅反應(yīng)的碳源d)作為另一碳源與經(jīng)酸沉淀純化的二氧化硅反應(yīng)的反應(yīng)促進(jìn)劑。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法， 特征在于經(jīng)沉淀純化過的硅氧化物，優(yōu)選二氧化硅，與至少一種純碳源和任選存在的碳化硅，優(yōu)選高純度碳化硅和任選存在的硅，一起存在于，a)含有純化的硅氧化物和至少一種純碳源和任選存在的碳化硅和任選存在的硅的配制物中，和/或b)含有純化的硅氧化物和任選存在的碳化硅和任選存在的硅的配制物中，和/或c)含有至少一種純碳源和任選存在的碳化硅和任選存在的硅的配制物中， 并且各個(gè)配制物任選含有粘合劑。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法， 特征在于用一種或多種純碳源對(duì)純化的硅氧化物的還原反應(yīng)在電弧爐中、在熱中子爐中、在感應(yīng)爐中、在回轉(zhuǎn)爐中和/或在微波爐中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，特征在于用一種或多種純碳源對(duì)純化的硅氧化物的還原反應(yīng)在襯有高純度耐火材料的反應(yīng)空間中進(jìn)行并且任選地所用電極由高純度材料組成。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的方法， 特征在于獲得熔融純硅，其任選通過區(qū)域熔融進(jìn)一步純化。
10.配制物，特別是用于如權(quán)利要求1-9之一所述的方法的配制物， 特征在于它是根據(jù)選擇項(xiàng)a)、b)和/或c)的配制物，包括a)純硅氧化物以及至少一種純碳源和任選存在的碳化硅和任選存在的硅，b)純硅氧化物和任選存在的碳化硅和任選存在的硅，c)至少一種純碳源和任選存在的碳化硅和任選存在的硅并且各個(gè)配制物任選含有粘合劑。
11.反應(yīng)器和/或電極，特別是用于工業(yè)爐，例如感應(yīng)、直流電爐和/或交流電爐，的反應(yīng)器和/或電極，特征在于反應(yīng)器具有碳化硅或滲入硅的碳化硅電極和/或在于電極含有碳化硅或滲入硅的碳化硅，所述碳化硅或滲入硅的碳化硅優(yōu)選是通過如權(quán)利要求5所述的方法獲得的。
12.反應(yīng)器(0)，優(yōu)選如權(quán)利要求11所述的反應(yīng)器， 特征在于用于熔融和任選用于還原，特別是用至少一種或多種碳源還原硅氧化物，的反應(yīng)器或反應(yīng)器(0)的至少反應(yīng)空間(1)具有金屬放出口(3)和任選具有出渣口(2) -具有帶至少兩層的夾層結(jié)構(gòu)，和-反應(yīng)空間(1)或反應(yīng)器內(nèi)襯有高純度耐火材料的第一層(7)，特別是內(nèi)襯有高純度碳化硅或高純度石墨，-最外層(6)，起絕緣和/或雜質(zhì)擴(kuò)散屏障的作用，特別是在高溫下，和 -任選在外側(cè)具有機(jī)械穩(wěn)定的最外層(8)。
13.設(shè)備，特別是用于制備硅的設(shè)備， 特征在于它包括用于熔融和任選用于還原，特別是用至少一種或多種碳源還原硅氧化物的至少一個(gè)反應(yīng)器1，具有金屬放出口和任選具有出渣口，特別是如權(quán)利要求10或11所述并且尤其是具有如權(quán)利要求10所述的電極，并任選具有至少一個(gè)位于反應(yīng)器1上游的反應(yīng)器2，所述反應(yīng)器2用于煅燒和/或還原，特別是用至少一種或多種碳源還原硅氧化物。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備特征在于在高溫下操作或者間接受熱的反應(yīng)器1、反應(yīng)器2、電極、設(shè)備的輔助部件、連接件和/ 或管道系統(tǒng)，襯有高純度耐火材料，特別是襯有高純度碳化硅或高純度石墨。
15.至少一種含雜質(zhì)的硅氧化物用于制備硅的用途， 包括以下步驟，I)將含雜質(zhì)的硅氧化物轉(zhuǎn)化為溶于水相中的硅酸鹽，II)將溶于水相中的硅酸鹽添加到酸性水溶液中，其中雜質(zhì)留在溶液中，獲得純化二氧化硅的沉淀，III)由此獲得的硅氧化物在有至少一種或多種碳源的情況下，和任選通過添加活化齊U，反應(yīng)生成硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備適合用作太陽(yáng)能級(jí)硅的純硅的完整方法，包括用一種或多種純碳源還原硅氧化物，所述硅氧化物是通過從溶解在水相中的硅氧化物的水溶液中經(jīng)酸沉淀被純化的硅氧化物，所述純化的硅氧化物特別是通過在酸化劑中沉淀溶解在水相中的硅氧化物獲得。本發(fā)明還涉及一種含有活化劑的配制物、和生產(chǎn)硅的設(shè)備、反應(yīng)器和電極。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102171141SQ200980138709
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者A·卡爾, B·弗林斯, B·諾維茨基, C·潘茨, D·韋威爾斯, E·米, G·斯托赫尼奧爾, H·勞勒德爾, I·倫特-里格, J·E·朗, M·希拉伊, M·羅施尼亞, O·沃爾夫, P·納格勒, R·施米茨, T·格羅特 申請(qǐng)人:贏創(chuàng)德固賽有限公司