Выбор йодирующего реагента для обжига кварцитов

Задачей настоящего исследования является выбор наиболее эффективного и доступного йодсодержащего реагента, применяемого для йодирующего обжига кварцита.

Особенность йодидной технологии заключается в том, что термическая стойкость йодидов металлов ниже по сравнению с бромидами, хлоридами и фторидами. Йодиды металлов являются стабильными соединениями в газовой фазе, однако при повышенной температуре диссоциируют на металл и элементный йод.

Современное развитие техники требует применения металлов и сплавов с известной степенью чистоты. А в производстве высокотемпературных полупроводниковых материалов и материалов, работающих в интервале высоких частот, полупроводниковые элементы, в том числе и кремний, должны быть исключительно высокой чистоты. При получении монокристаллического кремния химическая очистка не позволяет достичь достаточно полного удаления примесей. Кроме того, при выращивании монокристалла кремния важное значение имеет отсутствие дефектов в кристаллической решетке монокристалла. Поскольку применение процесса йодирования позволяет получать металлы высокой степени чистоты, эти требования удовлетворяются только при разложении йодида кремния [1]. Одним из важнейших требований йодидной технологии очистки металлов от примесей является исключение переноса кислорода, азота, водорода из неочищенного металла в очищенный металл.

Учитывая вышесказанные особенности йодидной технологии получения особочистых металлов, нами методом Темкина-Шварцмана [2] был произведен расчет термодинамических величин (значений энергии Гиббса) возможных реакций йодирования кварца с разными йодсодержащими реагентами.

При проведении расчета катионы йодсодержащего реагента сгруппированы в соответствии с периодической системой и рассмотрены в следующем порядке: главные (А) группы I, II, III, IV, V и побочные (Б) группы I, II, IV, V, VI, VII, VIII.

В таблице приведены результаты расчета термодинамических величин реакции:

SiO2 + MeIx = SiI4 + MeyOx

Реакция йодирования кварца протекает со всеми йодидами из I-VIII групп, за исключением йодидов: CsI (I А), AlI3 (III А) и BiI3 (VIII Б).

Таблица. Значения энергии Гиббса реакции йодирования кварца йодидами разных металлов при температурах 523, 773, 973, 1373 и 1573 К

Формула йодида

Температура плавления, 0С

Температура кипения, 0С

Значение энергии Гиббса при Т (К) реакции, кДж/моль

523

773

973

1373

1573

I А группа

NaI

660

1304

452,21

-1618,03

-4367,25

-12809,88

-18511,43

KI

681

1345

-4178,55

-23124,04

-48029,62

-123844,07

-174754,45

RbI

640

1304

438,14

-3181,63

-7977,18

-22641,10

-32511,37

CsI

626

1280

3657,17

11288,49

21310,85

51798,15

72262,13

I Б группа

AgI

554

1500

-3350,29

-18040,40

-37349,64

-96123,54

-135589,04

CuI

600

1320

-1537,49

-9084,18

-19001,46

-49184,27

-69450,27

II А группа

BaI2

712

-

-1637,27

-9999,09

-20978,78

-54372,39

-76784,56

SrI2

538

1908

-1136,20

-7288,01

-15371,70

-39972,35

-56489,48

CaI2

777

-

-1917,00

-10302,80

-21316,29

-54816,81

-77302,17

MgI2

650

-

-2118,88

-10259,97

-20953,35

-53482,12

-75315,87

Продолжение таблицы

Формула йодида

Температура плавления, 0С

Температура кипения, 0С

Значение энергии Гиббса при Т (К) реакции, кДж/моль

523

773

973

1373

1573

II Б группа

ZnI2

442

-

-2020,06

-10499,30

-21640,19

-55535,93

-78289,13

CdI2

388

796

9,34

-2103,87

-4854,54

-13222,69

-18840,17

III А группа

AlI3

191

385

1055,45

4842,32

9773,38

24703,63

34702,08

TlI

442

833

-8794,72

-42190,40

-86070,69

-219587,40

-309220,01

InI

207

447

-2886,01

-14969,00

-30838,86

-79113,18

-111515,43

GaI3

213

-

-3207,94

-15936,17

-32658,58

-83535,43

-117687,81

IV А группа

SnI2

320

718

-2490,85

-12640,77

-25975,67

-66546,8

-93781,60

PbI2

410

832

-1364,99

-8230,80

-17254,33

-44717,94

-63158,29

GeI4

146

-

-2226,48

-10782,85

-22045,67

-56347,30

-79384,83

IV Б группа

TiI2

-

-

-2834,35

-13058,93

-26491,72

-67360,06

-94794,07

TiI4

155

-

-2081,34

-9700,07

-19735,53

-50315,93

-70861,29

ZrI4

499

-

-2432,11

-10744,34

-21629,40

-54688,85

-76861,92

V А группа

VI2

-

-

-2486,30

-12432,34

-25499,59

-65256,00

-91943,55

SbI3

170

402

-37,21

-2130,92

-4876,88

-13225,03

-18827,28

V Б группа

AsI3

141

371

-7211,29

-33963,65

-69115,16

-176078,70

-247889,30

TaI5

496

545

-6815,86

-28350,60

-56553,29

-142214,00

-199668,99

NbI5

327

347

-5447,20

-25704,76

-52317,53

-133283,00

-187632,56

VI Б группа

CrI3

792

-

-3179,96

-15366,69

-31375,75

-80078,57

-112770,19

VII Б группа

MnI2

638

-

-2186,26

-11203,79

-23046,12

-59067,17

-83244,29

VIII Б группа

CoI2

520

-

-2213,28

-11299,90

-23235,39

-59543,58

-83914,65

NiI2

797

-

-10073,82

-45148,45

-91248,92

-231558,74

-325768,13

FeI2

-

-

-2116,77

-10893,68

-22423,65

-57499,90

-81044,45

BiI3

409

-

2223,34

7182,26

13707,01

33580,37

46929,96

Наиболее предпочтительными йодсодержащими реагентами являются InI, CrI3, GaI3, AgI, KI, NbI5, TaI5, AsI3, TlI, NiI2, йодирующая активность которых возрастает слева направо. Абсолютные величины значений энергии Гиббса этих реакций являются наименьшими, при этом абсолютные их величины имеют тенденцию еще большего понижения с повышением температуры.

Из указанных йодидов наиболее термостойкими и пригодными для йодирующего обжига являются AgI (температура кипения – 1500 0С) и KI (температура кипения – 1345 0С). Ввиду дороговизны AgI для экспериментов нами выбран KI.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Роберт Ф. Ролстен. Йодидные металлы и йодиды металлов. – М.: Металлургия, 1968. – 524 с. 2 Жунусова Г.Ж. Комбинированная бесцианидная технология переработки глинистых золотосодержащих руд коры выветривания. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Алматы, 2010.– 255с.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...