硅的主要制备方法

硅是各种各样具有巨大经济增长潜力的产品的组分，特别是在电子领域，例如半导体、锂离子电池或太阳能电池中，因此对硅的需求不断增加。结果，一直需要进一步改进生产硅的方法。一种用于获得硅的已建立的化学方法是用镁还原二氧化硅(镁热还原)，如以下反应方案所示：

SiO2+2Mg-->2MgO+Si

镁热还原的缺点是它会形成大量的副产物，例如硅酸镁或硅化镁。

1889年Gattermann在“Ber.Deut.Chem.Ges.1889,22,186”中首次描述了镁热还原。那时报道了该反应的巨大反应焓ΔH(ΔH＝-293kJ/mol)。为了保持反应的进程可控，“Lehrbuch der Anorganischen Chemie，Holleman and Wiberg(1995，101版，第877页)”建议加入氧化镁作为慢化剂。为此，WO 2008/067391A2建议冷却反应器或添加惰性材料，例如金属(氧化物)或金属盐，例如氯化物、硫化物或硝酸盐。惰性材料的实例是氯化钠或氧化镁，其例如以基于起始混合物72重量％(MgO，Riedel-de-Haen#13138，BET：42m2/g)的比例或65重量％(NaCl)的比例使用。WO 2011/042742A1推荐氯化钠或氯化钙作为慢化剂用于用镁还原SiO2。

然而，还存在多种已知的用于镁热还原的方法，它们在没有添加慢化剂的情况下操作。例如，US 7615206 B2描述了对纳米至微米级二氧化硅起始结构例如硅藻土进行结构保持的镁热还原。“Nature 2007 446,172”还教导了通过用镁还原SiO2对限定的硅结构进行结构保持的途径。在WO 10139346 A1，WO 2013179068 A2，KR 100493960，TWI 287890B和WO 2013147958 A2中描述了镁热还原的其它未慢化的变体。US 8268481 BB描述了通过用金属还原剂例如镁或铝还原热解二氧化硅来生产硅的方法。建议添加助熔剂或溶剂以活化金属还原剂，并建议使用高导热性金属如铜或黄铜来控制反应温度。

在这种背景下，在SiO2的镁热还原中控制大的和瞬时释放的反应热上仍然存在挑战。尤其是在工业规模上进行该反应时，这是一个严重的问题。另一个目的是减少镁热还原中副产物的量，例如硅酸镁或硅化镁，并增加硅的产率。