金属シリコン(Si)の製造の電気炉内での詳細な反応を教えてください。

金属シリコンを工業的に製造する方法として、
珪石、石炭、木片などを電気炉内にいれ、
炭素電極を用い、大電力で珪石を金属シリコンに還元している
ことは理解しています。炉全体での反応は

SiO2 + 2C → Si + 2CO

ということになっているはずです。
しかしある温度に達すると

SiO2 + 3C → SiC + 2CO

のような反応(または違う反応)が起こっていると考えていて、
色々とサイトや本を調べたのですが、載っていませんでした。
その反応、またはそれに関係することを説明できる方がいましたらお願いします。
解りづらい所がありましたらご指摘ください。

No.2 回答者： nzw 回答日時： 2010/01/11 21:19

　商業ベースでの珪石からの金属シリコン製造は、国内では行われていませんので、あまり詳しい方はいらっしゃらないかと思います。

ただ、原理的に還元が進むと、炉内にはSi、SiO2、Cの３種が存在することになります。このうち、Siと　SiO2との反応、SiとCとの反応については、高純度に精錬されたSiであるシリコン基板とSiO2およびCとの反応と原理的には同一のはずです。これらの反応は、シリコン基板上に結晶を成長させる実験を行っている研究者にとっておなじみの物で、その分野（エピタキシャル成長といいます）の教科書にはたいてい書いてあると思います。
　SiとSiO2が接触した状態で（だいたい800度以上に）加熱すると
Si+SiO2 -> 2SiO(昇華)
の反応が生じ、SiO2およびSiの分解が起こります。
　一方、SiとCが接触した状態で（だいたい1000度以上に）加熱すると
Si+C -> SiC
の反応が生じます。SiCは高融点なので、基板表面に残ります。
　炉内の金属シリコン、SiO2、炭素の分布状況により上記反応が起こっていても不思議ではありません。

No.1 回答者： TEOS 回答日時： 2010/01/10 02:59

私も金属シリコンを実際に製造した事が無いのですが、外国から購入した物を見てみると、

粒形がきれいに揃っている。　また活性炭みたいなキレイナ艶である。

違う商品で、還元鉄が有るのですが。製法が色々有るのですが、鉄を一度高温で熱して液体にして、
スプレー状に噴出させて、無酸素状態で冷却、水素還元する。
くず鉄とコークスを高温で熱して、無酸素状態で水素を吹き込み、還元させてから冷却して、粉砕し
篩で、粒形をそろえるやり方がある。　　製造温度により出来具合、還元度が変わる。
しかしながら、鉄とカーボンが結合はしない。　上記の場合でも炉の中では、Ｓｉ＋ＣでＣＯは燃えてしまうか、排出されるかだと思われる。還元鉄の場合では高温ではＣＯは燃えて還元を進める。
出来上がりの鉄の純度はメタル鉄が９９％、カーボンは１％以下で有る。炭化鉄は出来てはいない。

高純度シリコンウエハーの円柱棒の製法の文献は、図書館で見つかるが、Ｓｉの還元法は出てない。
東芝でも、ウエハーの元は輸入していると思う。

製法的には、こんな感じだと思われる。液体噴霧はアトマイズ製法と呼ばれる。
他にも電気分解法もあるかもしれないが、商品に適さないので、調べてない。


以上。