Zyklische großtechnische Darstellung von kristallinem Silizium/Fotosilizium oder dem Treibstoff Silane oder den Keramiken Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid und sehr großen Mengen gasförmigen Wasserstoffs aus ölhaltigen Sanden/Schiefern unter Einsatz von Aluminium und der Mischung von Fluor und Wasserstoff, die beim Verbrennen 4.000° C heißen Fluorwasserstoff liefert und so in einem Kreislauf immer erneut zum Einsatz kommen, so dass nur eine Teilmenge von elektrischem Strom eingespeist werden muss.

Die Vorräte an ölhaltigen Sanden (SiO₂) und Schiefern (SiO₂ + [CO₃]^2–) übersteigen bekanntlich die Weltölvorräte um ein Mehrfaches. Die zur Anwendung kommenden technischen Verfahren, Öl und Minerale zu trennen, sind uneffektiv und zu teuer.

Die zur Erzeugung von Wärme benötigten Verbrennungsstoffe erzeugen CO₂. Bisher ist erst in Patentanmeldung 10 2006 023 515.0 davon die Rede, den in den Gemischen vorhandenen Sand selbst als Energieträger zu nutzen und aus den Produkten neue Rohstoffe zu gewinnen, wobei das in den Sanden und Schiefern vorhandene Ölpech selbst zum Lieferanten von gasförmigen Wasserstoff wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zyklischen Prozess vorzulegen, bei dem neben dem Ölsand nur noch eine bestimmte Menge an Fluor und Aluminium zum Einsatz kommt. Diese Menge wird ständig recycelt, so dass nur noch ein Teil des Gleichstroms zur Verfügung gestellt werden muss, um eine permanente Elektrolyse zur Gewinnung von Aluminium und Fluor zu gewährleisten. Die Lösung der Aufgabe wird zeigen, dass es möglich ist, bei dem zur Anwendung kommenden Verfahren SiF₄ aus Silikaten zu gewinnen, um damit kristallines Silizium darzustellen und abzutrennen. Gleichzeitig entsteht bei der ungeheuren Hitze des verbrannten Wasserstoff/Fluorgemisches zu SiF₄ durch Pyrolyse der Kohlenwasserstoffkette des Ölpechgemisches unter Luftabschluss große Mengen heißen Wasserstoffgases, das dem zyklischen Verfahren teilweise entnommen wird, und/oder in den Kreislauf des zur Anwendung kommenden Wasserstoffs wieder eingespeist wird.

Das zyklische Verfahren soll nunmehr in einzelnen Ziffern nacheinander chemisch technisch näher erläutert werden. Anlage 1 zeigt eine Reihe von produktionstechnischen Großanlagen, die damit beginnt, dass ölhaltige Sande/Schiefer auf mechanischen Transportwegen zur Zersetzungsanlage I gelangen.

• 1) Mit Patent a) DE 21 53 954 und b) DE 195 33 765 ist bekannt, dass bei der Verbrennung von Fluor mit Wasserstoff der entstandene Fluorwasserstoff silikathaltiges Gestein komplett in gasförmige Bestandteile SIF₄, AlF₃ (siehe a) usw. verwandelt. Das entstandene Siliziumfluorid wird bei diesem Verfahren (siehe b) mit Natronlauge unschädlich gemacht.
• 2) Ölhaltige Sande lassen sich mit dem beim Verbrennen gebildeten sehr heißen Fluorwasserstoff (über 3.000°C) behandeln, so dass in der Hauptsache Siliziumfluorid entsteht (eins, 1). Hierbei wird sehr viel Wärme frei.
• 3) Die Hitze pyrolisiert das beteiligte Ölpech zu Kohlenstoff/Graphit, das dem Verfahren entnommen werden kann (zwei, 2). Falls Schiefer mit vorhanden ist, entsteht auch Kalziumoxid CaO, um an anderer Stelle wieder eingesetzt zu werden.
• 4) Das gasförmige SiF₄, eventuell verunreinigt von AlF₃ und Spuren von Kaliumfluorid und weiteren Metallfluoriden, wird nunmehr zusammen mit den großen Mengen heißen Wasserstoffgases nach (drei, 3) überführt. Dort wird es mit Aluminiumgranulat (zehn, 10) nach dem Thermitverfahren in Form des Salzes SiF₄·2KF = K₂ [SiF₆] nach der Gleichung 3SiF₄ + 4Al → 3Si + 4Al₃ + 1172.7 kj unter Luftabschluss in kristallines Silizium überführt. Die in (eins, 1) und (drei, 3) überschüssig frei gewordene Wärme kann dem System durch Produktion von heißem Wasserdampf durch eingebaute Kühlschlangen entzogen und in Drehstrom (vierzehn, 14) verwandelt werden, wobei dieser später bei der Elektrolyse mit eingespeist wird.
• 5) Das in (vier, 4) ankommende Gemisch aus kristallinem Silizium, AlF₃ und H₂ ist frei von CO und CO₂, weil unter Luftabschluss gearbeitet wird. Enthält das Pechölgemisch Schiefer, entsteht neben Kalziumoxid auch CO₂, das in (vier, 4) in wässriger Lösung mit Kalziumhydroxid abgetrennt wird. Das CO₂ kann somit mit dem in (zwei, 2) anfallenden CaO als Kalziumkarbonat gebunden und dem System entnommen werden.
• 6) Die Hauptmenge des Wasserstoffs wird in vorhandene Heizgasrohrleitungssysteme eingespeist (sieben, 7), während die für den Kreislauf benötigte stöchiometrische Menge an H₂ über eine Leitung (acht, 8) wieder (eins, 1) zugeführt wird.
• 7) Das durch Filterpressen vom Wasser befreite, getrocknete, pulverförmige AlF₃ (unlöslich Wasser und Lauge) wird der Schmelzflusselektrolyse unterzogen (neun, 9). Hierzu wird mit dem selbst erzeugten Wasserstoff hergestellter Strom zum Einsatz kommen (dreizehn, 13). Hinzu kommen die gebündelten Ströme (vierzehn, 14) aus (eins, 1) und (drei, 3).
• 8) Das bei der Elektrolyse entstehende Aluminium (zehn, 10) wird zum großen Teil in (drei, 3) zyklisch erneut zum Einsatz kommen. Der nicht benötigte Teil des Aluminiums kann entnommen werden. Das entstandene F₂ (elf, 11) wird verlustfrei in (eins, 1) erneut zum Einsatz gebracht.
• 9) In der Gleichung unter Ziffer 4.) stehen auf der rechten Seite 3 Mole Silizium sowie 1172 kj. Zur Zeit wird kristallines Silizium über einen aufwändigen Prozess unter Einsatz von Kohle, hohen elektrischen Kosten und fraktionieren von Chlorsilanen mit anschließender Pyrolyse dargestellt. Der Preis ist sehr hoch da er Weltweit abgesprochen ist. Das neue zyklische Verfahren würde den Kilopreis für Photosilizium auf ein hundertstel reduzieren.
• 10) Bei Bedarf lässt sich nun dieses kristalline Silizium nach Zündung direkt mit reinem kaltem Stickstoff zu Siliziumnitrid umsetzen, weil die Reaktion stark exotherm ist. (Si₃N₄ ist ein festes Edelgas [Plichta].) Die wichtigsten in der Technik zum Einsatz kommenden Keramiken – Siliziumnitrid (mit seiner bemerkenswerten Wärmeleitfähigkeit) und Siliziumcarbid (mit seiner diamantähnlichen Härte) – lassen sich so gewinnen, denn auch der sehr reine Kohlenstoff aus (zwei, 2) kann hier zum Einsatz gebracht werden.
• 11) Das zur Verfügung stehende kristalline Silizium ist oberflächenaktiv und könnte katalytisch mit Wasserstoff behandelt werden, wobei Monosilan entsteht. Dieses Monosilan kann dem Reaktionsraum entnommen und in einer weiteren Patentanmeldung in langkettige Silane umgewandelt werden. Diese sollen nämlich nicht nur in der Raumfahrt zur Anwendung kommen, da sie in der Hitze atomaren Wasserstoff liefern (Plichta). Der atomare Wasserstoff kann auch in einer Brennstoffzelle zum Einsatz kommen, was einer zusätzlichen Patentanmeldung zu entnehmen ist.