01章_硅和锗的化学制备资料.ppt

光纤级四氯化锗可用于光纤生产，主要用于发挥光纤掺杂作用和光电转化作用。 光纤用锗约占30%。未来对光纤的需求主要来自城市基础设施建设和网络建设需求，特别是基于宽带互联的光纤到楼（FTTB）和光纤到户（FTTH）的需求。 从发展预测看，2012年全球广信市场需求接近20000万芯公里，其中亚太市场特别是中国市场需求非常重要。 光纤市场应用 除了上述几个下游行业应用，金属锗还以有机锗的形式运用于保健品、药品和化妆品等行业。这方面用锗约占2%。尽管锗用量较少，但这些下游行业都有较好的发展前景。 此外，二氧化锗通过生长为锗酸秘晶体（BGO），作为重要的闪烁晶体，应用于科研和检测仪器领域。 其他应用消费 锗金属能通过少量的能源(体温)产生作用，锗原子核最外侧轨道上的一个电子会因受刺激而离轨。而脱离了轨道的电子有助于调整生物的离子平衡，使身体神经电路的异常恢复正常，具有预防和改善身体的不适感及按摩等功效。 锗还有调整人体不正常电位的功能，在癌细胞电位剧烈上升时，锗元素会夺取癌细胞的电子，使其电位下降，抑制病症的恶化。 锗金属的半导体功能可以提升体温，从而促进血液循环，减轻疲劳。 锗消费分布情况图 锗资源： 1、煤及烟灰中 2、与金属硫化物共生 3、锗矿石 富集方法： 1、火法：加热，烧去部分砷，铅，锑、镉等，得到含锗氧化物的精矿 2、水法： 矿物 + H2SO4 → ZnSO4 → pH=2.3~2.5 → 过滤ZnSO4 → 加入丹宁 → 络合淀锗 → 过滤 → 培烧 → 含锗3-5%的精矿 高纯锗的制备 流程： 锗精矿 → GeCl4 → 精馏(萃取提纯) → 水解 → 二氧化锗 → 区熔提纯 → 高纯锗 1、 GeCl4的制备 反应式： GeO2 + 4HCl → GeCl4 + 2H2O 1) 反应时盐酸浓度要大于6 mol/L，否则GeCl4水解，一般使用10 mol/L的盐酸，可适当加硫酸增加酸度。 2) 加入氧化剂(氯气)以除去砷。 GeCl4的提纯 采用萃取法，利用AsCl3与GeCl4在盐酸中溶解度的差异，萃取分离。 GeCl4在浓盐酸中几乎不溶，AsCl3的溶解度可达200-300 g/L GeCl4水解 反应式 GeCl4 + (2+n) H2O GeO2·H2O + 4HCl +Q 1、可逆反应，酸度大于6 mol/L，反应向左进行。因为在盐酸浓度为5 mol/L时，GeO2的溶解度最小，所以控制GeCl4：H2O=1:6.5。 2、水解使用超纯水，用冰盐冷却以防止受热挥发。 3、过滤后的GeO2经洗涤后在石英器皿中以150-200℃下脱水，制得的GeO2纯度可达5个“9”以上。 冰盐是指冰和盐类的混合物。用冰盐制作制冷剂可以获得更低的温度。 工业上应用最广的冰盐是冰块与工业食盐NaCl的混合物。 冰盐冷却是利用冰盐融化过程的吸热。冰盐融化过程的吸热包括冰融化吸热和盐溶解吸热这两种作用。 起初，冰吸热在0摄氏度下融化，融化水在冰表面形成一层水膜；接着，盐溶解于水，变成盐水膜，由于溶解要吸收溶解热，造成盐水膜的温度降低；继而，在较低的温度下冰进一步溶化，并通过其表层的盐水膜与被冷却对象发生热交换。这样的过程一直进行到冰的全部融化，与盐形成均匀的盐水溶液。 冰盐冷却能到达的低温程度与盐的种类和混合物中盐与水的比例有关。　 GeO2氢还原 GeO2+ 2H2 = Ge + 2H2O 实际反应： GeO2+ H2 = GeO + H2O GeO+ H2 = Ge + H2O 650℃ 1、为防止中间产物GeO在700℃以上完全挥发，还原温度控制在650℃左右。 2、尾气无水雾标志着完全还原。 3、还原完后升温将锗粉熔化成锗锭。 本世纪50年代，半导体应用的发展，带动了单晶硅的生产。单晶硅是由许多硅原子 以金刚石晶格结构 排列成晶核 长成晶面取向相同的晶粒，并平行结合变成单晶硅。超纯单晶硅是最早使用的半导体材料，其纯度可高达99.9999999999%，在这样纯的单晶硅中，每一万亿个原子中有一个杂质原子。 单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶的生长方法很多，主要有四种： 区熔法。1952年，由美国科学家蒲凡所发明。在一个长棒形固体非单晶原料中，有一段短的区域被加热融熔，并且缓慢地从一端移向另一端，使原料内的物质在结晶过程中重新分布，达到提纯物质重新结晶的目的。区熔法目前仍在广泛使用。 水热法。单晶体在高温高压条件下从溶液中生长，所使用的容器是高压釜。通常把原料放在温度比较高的底部，籽晶放在温度较低的上部，容器内充满溶剂。在高