Кинетика термического разложения гексафторсиликата натрия в изотермических условиях

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.

1. Leal-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/azojomo0269

2. Kashiwaya, 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/s11663-002-0093-3

3. Precipitation 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.2010.05.014

4. Mechanism 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.20999

5. Крылов, 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.

6. 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.

7. Получение 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.2017.07.10

8. Leal-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/10.1080/08827500802043409

9. Leal-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.560.109

10. Термодинамический 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.

11. 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.

12. 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/ac60131a045

13. Akahira, 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.

14. 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.5070060121

15. Flynn, 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.1966.110040504

16. Ozava, 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.38.1881

17. Coats, A. W. Kinetics parameters from thermogravimetric data / A. W. Coats, J. P. Redfern // Nature. – 1964. – Vol. 201. – P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0

18. Criado, 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-x

19. Малько, 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/10.29235/1561-8358-2019-64-3-321-331

20. Vyazovkin, 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%2900253-1

21. Yunging, 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).

22. Термические константы веществ / отв. ред. В. П. Глушко. – М. : АН СССР, ВИНИТИ, 1970. – Вып. 4. – 510 с.

23. Макрокинетические характеристики термического разложения доломита : монография / С. В. Василевич, М. В. Малько, К. В. Добрего [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2022. – 92 с.