[发明专利]一种利用多晶硅副产物制备镁硅基粉体热电材料的方法

说明书

技术领域

本发明一种利用多晶硅副产物制备镁硅基热电材料的方法，属于热电材料制备领域，具体而言是利用多晶硅副产物SiCl₄制备Mg₂Si新型热电材料的制备技术方案，特别是能够利用多晶硅有毒副产物制备出新型绿色能源热电转换材料。

背景技术

多晶硅的生产技术有：改良西门子法、硅烷法和流床法。正在研发的还有冶金法、气液沉积法、重掺硅废料法制造低成本多晶硅的新工艺，其中以西门子法生产多晶硅为最多。西门子法（三氯氢硅还原法）是以HCl（Cl₂、H₂）和冶金级工业为原料，将粗硅（工业硅）粉与HCl在高温下合成为SiHCl₃，然后对SiHCl₃进行化学提纯，接着对SiHCl₃进行多级精馏，使纯度达到9个9以上。因此，在SiHCl₃合成和还原制取多晶硅的过程中，都会产生大量的副产物SiCl₄，还原过程产出1t多晶硅所产生的有毒副产物SiCl₄往往超过10t，SiCl₄又难于回收和转换再利用。目前SiCl₄通常作为：（1）制造气相法白炭黑的主要原料，目前国际市场已趋于饱和，而且高端规模技术化仍然有待于突破；（2）生产三氯氢硅，可以通过等离子体法还原四氯化硅、热氢化技术、氢氯法、冷氢法得到三氯氢硅，但是由于将四氯化硅通过这些技术转术转化成三氯氢硅的成本比直接合成三氯氢硅的成本还要高，使这些技术难以工业化；（3）光纤高纯四氯化硅，2009年中国光纤用量8800万纤芯公里，预制棒70进口，若全部自制最多需SiCl₄约4000吨，无法消化一千吨多晶硅公司的SiCl₄；（4）用来生产多晶硅，2009年中国光纤用量8800万纤芯公里，预制棒70进口，若全部自制最多需要SiCl₄约4000吨，无法消化一千吨多晶硅公司的SiCl₄；（5）合成一些有机硅产品，合成一些有机硅产品会受到次生污染和消耗量的制约，而且此方法消耗的SiCl₄有限。

热电材料是利用热电效应（温差电效应）实现电能与热能之间相互转换的一类功能性材料，转换过程不需要任何传动装置，因此工作时无噪音、无排弃物，对环境无污染，并且使用寿命长，具有广泛的应用前景。其中Mg–Si基热电材料属于中温热电材料，工作温度为500~800K，其廉价、无毒、耐腐蚀、高温下稳定性好，是一种新型绿色能源材料，具有广泛的应用前景。利用有毒副产物SiCl₄制备Mg₂Si热电材料，为我国多晶硅产业可持续发展开辟了新的途径。

发明内容

本发明一种利用多晶硅副产物制备镁硅基热电材料的方法目的在于：为解决现有技术中SiCl₄回收难的问题，从而公开一种利用多晶硅副产物SiCl₄制备Mg₂Si新型热电材料的技术方案，该方法降低了生产成本，解决了SiCl₄回收难的问题，反应产物Mg₂Si属于绿色能源，减少了环境污染。

本发明一种利用多晶硅副产物制备镁硅基热电材料的方法，其特征在于是利用多晶硅副产物SiCl₄通过化学反应制备出Mg₂Si热电材料的方法，该方法是先由按比例混合的颗粒度≤45μm，纯度≥99.5%的MgH₂粉末原材料和纯度为99%的SiCl₄在纯度为99.2%的有机溶剂C₄H₈O中反应生成SiH₄气体，C₄H₈O不直接参与反应；然后SiH₄气体再与颗粒度≤45μm，纯度≥99.5%的MgH₂ 原材料通过加热反应得到Mg₂Si粉末，反应方程式为： 

SiCl₄+2MgH₂=2MgCl₂+SiH₄                                      （1）