vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-2-145-158vestift-894Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERКинетика термического разложения гексафторсиликата натрия в изотермических условияхKinetics of thermal decomposition of sodium hexafluorosilicate under isothermal conditionsВасилевичС. В.VasilevichS. V.

Василевич Сергей Владимирович – кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник; ведущий научный сотрудник 

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

ул. Уборевича, 77, 220072, Минск

Sergey V. Vasilevich – Cand. Sci. (Engineering), Leading Researcher at Belarusian State Aviation Academy; Leading Researcher

15, building 2, Academicheskaya St., 220072, Minsk

svasilevich@yandex.ruДегтеровД. В.DegterovD. V.

Дегтеров Дмитрий Валентинович – заведующий сектором

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Dmitry V. Degterov – Head of Sector 

77, Uborevich St., 220072, Minsk

ddegterov@mail.ruЮхневичС. Д.YukhnevichS. D.

Юхневич Сергей Дмитриевич – старший преподаватель

ул. Уборевича, 77, 220072, Минск

Sergey D. Yukhnevich – Senior Lecturer

15, building 2, Academicheskaya St., 220072, Minsk

sergei.museum@mail.ruИнститут энергетики Национальной академии наук Беларуси; Белорусская государственная академия авиацииInstitute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут энергетики Национальной академии наук БеларусиBelarusian State Aviation AcademyБелорусская государственная академия авиацииInstitute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus202510072025702145158Copyright © Василевич С.В., Дегтеров Д.В., Юхневич С.Д., 20252025Василевич С.В., Дегтеров Д.В., Юхневич С.Д.Vasilevich S.V., Degterov D.V., Yukhnevich S.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/894

Обсуждаются результаты экспериментального исследования термического разложения гексафторсиликата натрия (Na2SiF6), выполненного в изотермических условиях при температурах 600, 700, 800 и 900 °С. Показано, что кинетику этого процесса можно описать с помощью уравнения Аврами–Ерофеева с переменным показателем n, при этом область изменения этого показателя составляет от 0,541 до 1,545. Среднее значение показателя n, рассчитанное по всем вариантам исследования, составило 0,761. Как известно, уравнение Аврами–Ерофеева описывает кинетику термического разложения вещества в конденсированном состоянии, определяемую процессом зародышеобразования. Это позволяет предположить, что в случае термического разложения гексафторсиликата натрия в интервале температур 600–900 °С данный процесс является лимитирующей стадией суммарного процесса. Обнаружено, что скорость разложения Na2SiF6 возрастает с увеличением температуры. Среднее значение энергии активации составило 63,23 кДж/моль, среднее значение предэкспоненциального фактора А – 1,807·102 мин–1. Результаты могут быть использованы при разработке оборудования по получению поликристаллического кремния полупроводникового качества, который является основным сырьевым материалом для производства оборудования, используемого в микро- и силовой электронике и фотоэнергетике.

The results of an experimental study of the thermal decomposition of sodium hexafluorosilicate Na2SiF6, performed under isothermal conditions at temperatures of 600, 700, 800 and 900 °C, are discussed. It is shown that the kinetics of this process can be described using the Avrami–Erofeev equation with a variable exponent n. The range of this exponent is from 0.541 to 1.545. The average value of the exponent n, calculated for all study variants, was 0.761. As is known, the Avrami–Erofeev equation describes the kinetics of thermal decomposition of a substance in a condensed state, determined by the nucleation process. This suggests that in the case of thermal decomposition of sodium hexafluorosilicate in the temperature range of 600–900 °C, this process is the limiting stage of the overall process. It was found that the decomposition rate of the pyrolytic Na2SiF6 increases with increasing temperature. The average value of activation energy was 63.23 kJ/mol. The average value of pre-exponential factor A was 1.807 102 min–1. The results can be used in the development of equipment for obtaining polycrystalline silicon of semiconductor quality, which is the main raw material for the production of equipment used in micro- and power electronics and photovoltaics.

гексафторсиликат натриякинетика разложенияконстанта скоростиэнергия активациипредэкспоненциальный факторsodium hexafluorosilicatedecomposition kineticsrate constantactivation energypre-exponential factorReferencesLeal-Cruz, A. L. Thermodynamics and Kinetics of Na2SiF6 Decomposition in the Synthesis of Si3N4 via the Hybrid Precursor System (HYSYCVD) / A. L. Leal-Cruz, M. I. Pech-Canul // Advances in Technology of Materials and Materials Processing Journal. – 2007. – Vol. 9, № 5. – P. 153–160. https://doi.org/10.2240/azojomo0269Leal-Cruz A. L., Pech-Canul M. I. Thermodynamics and Kinetics of Na2SiF6 Decomposition in the Synthesis of Si3N4 via the Hybrid Precursor System (HYSYCVD). Advances in Technology of Materials and Materials Processing Journal, 2007, vol. 9, no. 5, pp. 153–160. https://doi.org/10.2240/azojomo0269Kashiwaya, Y. Kinetics of formation and dissociation of Na2SiF6 / Y. Kashiwaya, A. W. Cramb // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2002. – Vol. 33. – P. 129–136. https://doi.org/10.1007/s11663-002-0093-3Kashiwaya Y., Cramb A. W. Kinetics of formation and dissociation of Na2SiF6. Metallurgical and Materials Transactions B, 2002, vol. 33, pp. 129–136. https://doi.org/10.1007/s11663-002-0093-3Precipitation of sodium silicofluoride (Na2SiF6) and cryolite (Na3AlF6) from HF/HCl leach liquors of aluminosilicates / M. Kumar, M. N. Babu, T. R. Mankhand, B. D. Pandey // Hydrometallurgy. – 2010. – Vol. 104, Iss. 2. – P. 304–307. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.05.014Kumar M., Babu M. N., Mankhand T. R., Pandey B. D. Precipitation of sodium silicofluoride (Na2SiF6) and cryolite (Na3AlF6) from HF/HCl leach liquors of alumino-silicates. Hydrometallurgy, 2010, vol. 104, iss. 2, pp. 304–307. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.05.014Mechanism and Parameters Controlling the Decomposition Kinetics of Na2SiF6 Powder to SiF4 / N. Soltani, M. I. Pech-Canul, L. A. Ganzalez, A. Bahrami // International Journal of Chemical Kinetics. – 2016. – Vol. 48, Iss. 7. – P. 379–395. https://doi.org/10.1002/kin.20999Soltani N., Pech-Canul M. I., Ganzalez L. A., Bahrami A. Mechanism and Parameters Controlling the Decomposition Kinetics of Na2SiF6 Powder to SiF4. International Journal of Chemical Kinetics, 2016, vol. 48, iss. 7, pp. 379–395. https://doi.org/10.1002/kin.20999Крылов, В. А. Исследование источника появления углеводородов в SiF4 при его получении пиролизом Na2SiF6 / В. А. Крылов, Т. Г. Сорочкина // IX Научная конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока»: сб. материалов. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. – URL: http://conf.sfu-kras.ru/conf/asfe12/report?memb_id=4248.Krylov V. A., Sorochkina T. G. Investigation of the source of the appearance of hydrocarbons in SiF4 during its production by pyrolysis of Na2SiF6. IX Nauchnaya konferentsiya “Analitika Sibiri i Dal’nego Vostoka”: sbornik materialov [IX Scientific Conference “Analytics of Siberia and the Far East”: Collection of Materials]. Krasnoyarsk, Siberian Federal University, 2011. Available at: http://conf.sfu-kras.ru/conf/asfe12/report?memb_id=4248. (in Russian)Получение кремния из отходов фосфатного производства (Na2SiF6) / Е. А. Орлова, С. А. Загребаев, М. А. Орлов [и др.] // Краткие сообщения по физике – ФИАН. – 2010. – Т. 37, № 10. – С. 41–45.Orlova E. A., Zagrebaev S. A., Orlov M. A., Kozlov F. A., Alekseev V. V., Drobyshev A. V., Zhmurin V. G. [et al.]. Silicon production from phosphate industry waste (Na2SiF6). Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 2010, vol. 37, pp. 321–323. https://doi.org/10.3103/S1068335610100052Получение побочных продуктов из отходов азотнокислотной технологии переработки апатитового концентрата / М. М. Садыкова, М. В. Цыганкова, Г. В. Зимина, Ф. М. Спиридонов // Цветные металлы. – 2017. – № 7. – С. 62–67. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.07.10Sadykova M. M., Tsygankova M. V., Zimina G. V., Spiridonov F. M. By-products obtaining from nitric acid technology wastes of apatite concentrate processing. Tsvetnye metally [Non-Ferrous Metals], 2017, no. 7, pp. 62–67 (in Russian). https:// doi.org/10.17580/tsm.2017.07.10Leal-Cruz, A. L. A different consideration for Na2SiF6 formation/dissociation and its relation with silicon fluoride vaporization in the steelmaking process / A. L. Leal-Cruz, M. I. Pech-Canul, T. Certucha // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. – 2008. – Vol. 29, Iss. 4. – P. 318–329. https://doi.org/10.1080/08827500802043409Leal-Cruz A. L., Pech-Canul M. I., Certucha T. A different consideration for Na2SiF6 formation/dissociation and its relation with silicon fluoride vaporization in the steelmaking process. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 2008, vol. 29, iss. 4, pp. 318–329. https://doi.org/10.1080/08827500802043409Leal-Cruz, A. L. Synthesis of Si3N4 from Na2SiF6 as a Solid Precursor: Microstructural Evolution / A. L. Leal-Cruz, M. I. Pech-Canul // Materials Science Forum. – 2007. – Vol. 560. – P. 109–114. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.560.109Leal-Cruz A. L., Pech-Canul M. I. Synthesis of Si3N4 from Na2SiF6 as a Solid Precursor: Microstructural Evolution. Materials Science Forum, 2007, vol. 560, pp. 109–114. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.560.109Термодинамический анализ некоторых химических процессов с участием тетрафторидов кремния и кварцевого стекла / О. Г. Поляченок, Л. Д. Поляченок, В. Н. Степаненко [и др.] // Веснік Магілёўскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя А. А. Куляшова. – 2000. – № 4 (7). – С. 59–66.Polyachenok O. G., Polyachenok L. D., Stepanenko V. N., Dudchik G .P., Varankova N. V. Thermodynamic analysis of some chemical processes involving silicon tetrafluoride and quartz glass. Vesnіk Magіleŭskaga dzyarzhaŭnaga ŭnіversіteta іmya A. A. Kulyashova [Bulletin of Mogilev State University named after A. A. Kuleshov], 2000, no. 4, pp. 59–66 (in Russian).Васюков, А. В. Оборудование и технологический процесс получения моносилана из продуктов переработки апатитов для производства поликристаллического кремния: автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.27.06 / Васюков Александр Всеволодович; Белорус. гос. ун-т. информатики и радиоэлектроники. – Минск 2006. – 22 с.Vasyukov A. V. Equipment and Technological Process for Obtaining Monosilane from Apatite Processing Products for the Production of Polycrystalline Silicon [dissertation abstract]. Minsk, 2006. 22 p. (in Russian).Kissinger, H. E. Reaction kinetics in differential thermal analysis / H. E. Kissinger // Analitical Chemistry. – 1957. – Vol. 29, Iss. 11. – Р. 1702–1706. https://doi.org/10.1021/ac60131a045Kissinger H. E. Reaction kinetics in differential thermal analysis. Analitical Chemistry, 1957, vol. 29, iss. 11, pp. 1702–1706. https://doi.org/10.1021/ac60131a045Akahira, T. Transactions of Joint Convention of Four Electrical Institutes, Paper No 246, 1969 Research Report Chiba Institute of Technology / T. Akahira, T. Sunose // Science Technology. – 1971. – Vol. 16. – P. 22–31.Akahira T., Sunose T. Transactions of Joint Convention of Four Electrical Institutes. Paper No. 246, 1969 Research Report Chiba Institute of Technology. Science Technology, 1971, vol. 16, pp. 22–31.Friedman, H. Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic / H. Friedman // Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia. – 1964. – Vol. 6, Iss. 1. – P. 183–195. https://doi.org/10.1002/polc.5070060121Friedman H. Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic. Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia, 1964, vol. 6, iss. 1, pp. 183–195. https://doi.org/10.1002/polc.5070060121Flynn, J. H. A quick, direct method for determination of activation energy from thermogravimetric data / J. H. Flynn, L. A. Wall // Journal of Polymer Science. Part B: Polymer Letters. – 1966. – Vol. 4, Iss. 5. – P. 323–328. https://doi.org/10.100pol.1966.110040504Flynn J. H., Wall L. A. A quick, direct method for determination of activation energy from thermogravimetric data. Journal of Polymer Science. Part B: Polymer Letters, 1966, vol. 4, iss. 5, pp. 323–328. https://doi.org/10.1002/pol.1966.110040504Ozava, T. A new method of analyzing thermogravimetric data / T. Ozava // Bulletin of the Chemical Society of Japan. – 1965. – Vol. 38, № 11. – P. 186–189. http://doi.org/10.1246/bcsj.38.1881Ozava T. A new method of analyzing thermogravimetric data. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1965, vol. 38, no. 11, pp. 186–189. http://doi.org/10.1246/bcsj.38.1881Coats, A. W. Kinetics parameters from thermogravimetric data / A. W. Coats, J. P. Redfern // Nature. – 1964. – Vol. 201. – P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0Coats A. W., Redfern J. P. Kinetics Parameters from Thermogravimetric Data. Nature, 1964, vol. 201, pp. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0Criado, J. V. Kinetic ansalysis of DTA data from master curves / J. V. Criado // Thermochimica Acta. – 1978. – Vol. 24, № 1. – P. 186–189. https://doi.org/10.1016/0040-6031(78)85151-xCriado J. V. Kinetic ansalysis of DTA data from master curves. Thermochimica Acta, 1978, vol. 24, no. 1, pp. 186–189. https://doi.org/10.1016/0040-6031(78)85151-xМалько, М. В. Кинетика пиролиза древесной биомассы в изотермических условиях / М. В. Малько, С. В. Василевич // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2019. – № 3. – С. 321–331. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-321-331Malko M. V., Vasilevich S. V. Kinetics of pyrolysis of wood biomass under isothermal conditions. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2019, vol. 64, no. 3, pp. 321–331 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-321-331Vyazovkin, S. Model-free and model-fitting approaches to kinetic analysis of isothermal and nonisothermal data / S. Vyazovkin, C. A. Wight // Thermochimica Acta. – 1999. – Vol. 340–341. – P. 53–68. https://doi.org/10.1016/S00406031%2899%2900253-1Vyazovkin S., Wight C. A. Model-free and model-fitting approaches to kinetic analysis of isothermal and nonisothermal data. Thermochimica Acta, 1999, vol. 340–341, pp. 53–68. https://doi.org/10.1016/S0040-6031%2899%2900253-1Yunging, H. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics : Doctor of Philosophy (PhD) / H. Yunging. – Kentucky: University of Kentucky, 2014. – URL: https://uknowledge.uky.edu/me_etds/35/ (date of access: 20.07.2024).Yunging H. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics [dissertation]. Kentucky, University of Kentucky, 2014. Available at: https://uknowledge.uky.edu/me_etds/35/ (accessed 20 July 2024).Термические константы веществ / отв. ред. В. П. Глушко. – М. : АН СССР, ВИНИТИ, 1970. – Вып. 4. – 510 с.Glushko V. P. (adv. red.) Thermal Constants of Substances. Moscow, All-Russian Institute of Scientific and Technical Information, 1970, Iss. 4. 510 p. (in Russian).Макрокинетические характеристики термического разложения доломита : монография / С. В. Василевич, М. В. Малько, К. В. Добрего [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2022. – 92 с.Vasilevich S. V., Mal’ko M. V., Dobrego K. V., Koznacheev I. A., Degtyarev D. V Macrokinetic Characteristics of Thermal Decomposition of Dolomite. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2022. 92 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.