DE102008010744A1 - Reduction of silica - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Siliziumdioxid zu Silizium. Die Halbleiterindustrie hat einen anhaltenden Bedarf an Siliziummetall hoher Reinheit. Gegenwärtige Verfahren für die Herstellung von Silizium hoher Reinheit schließen die Reduktion von Siliziumhaliden, zum Beispiel von Diliziumtretrachlorid oder -trichlorsilan ein, die Oxidation von Silan und die Reduktion von Siliziumdioxid mit elementarem Kohlenstoff oder Wasserstoff. Ein Nachteil mehrerer dieser Verfahren ist die Produktion von toxischen oder verschmutzenden Nebenprodukten, die Probleme der Entsorgung und/oder der Trennung vom Produkt mit sich bringen. Die Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel erfordert äußerste Sorgfalt für den Ausschluss von Sauerstoff, um Explosionen zu vermeiden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der oben genannten Nachteile im Wesentlichen zu überwinden oder zumindest zu mildern. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Herstellung von Silizium, welches die Reaktion von Siliziumdioxid mit einem Reduktionsgas umfasst, welches Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält.The present invention relates to a process for the reduction of silicon dioxide to silicon. The semiconductor industry has a continuing need for high purity silicon metal. Current methods for the production of high purity silicon include the reduction of silicon halides, for example, dilithium trichloride or trichlorosilane, the oxidation of silane, and the reduction of silica with elemental carbon or hydrogen. A disadvantage of several of these processes is the production of toxic or polluting by-products which cause problems of disposal and / or separation from the product. The use of hydrogen as a reducing agent requires extreme care for the exclusion of oxygen in order to avoid explosions. It is an object of the present invention to substantially overcome or at least alleviate one or more of the above disadvantages. The object is achieved by a method for producing silicon, which comprises the reaction of silicon dioxide with a reducing gas comprising carbon monoxide, wherein the reducing gas contains no elemental carbon.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Siliziumdioxid zu Silizium.The The present invention relates to a method of reducing silica to silicon.

Die Halbleiterindustrie hat einen anhaltenden Bedarf an Siliziummetall hoher Reinheit. Gegenwärtige Verfahren für die Herstellung von Silizium hoher Reinheit schließen die Reduktion von Siliziumhaliden, zum Beispiel von Siliziumtetrachlorid oder -trichlorsilan ein, die Oxidation von Silan und die Reduktion von Siliziumdioxid mit elementarem Kohlenstoff oder Wasserstoff. Ein Nachteil mehrerer dieser Verfahren ist die Produktion von toxischen oder verschmutzenden Nebenprodukten, die Probleme der Entsorgung und/oder der Trennung vom Produkt mit sich bringen. Die Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel erfordert äußerste Sorgfalt für den Ausschluss von Sauerstoff, um Explosionen zu vermeiden.The Semiconductor industry has a continued need for silicon metal high purity. Current procedures for the Production of high purity silicon complete the reduction of silicon halides, for example of silicon tetrachloride or trichlorosilane, the oxidation of silane and the reduction of Silica with elemental carbon or hydrogen. One Disadvantage of several of these methods is the production of toxic or polluting by-products, the problems of disposal and / or the separation from the product. The usage of hydrogen as a reducing agent requires utmost Care for the exclusion of oxygen, for explosions to avoid.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der oben genannten Nachteile im Wesentlichen zu überwinden oder zumindest zu mildern.It An object of the present invention is one or more substantially overcome the above-mentioned disadvantages or at least mitigate it.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Herstellung von Silizium, welches die Reaktion von Siliziumdioxid mit einem Reduktionsgas umfasst, welches Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält.The The object is achieved by a method for the production of silicon, which is the reaction of silica with a Reduction gas comprising carbon monoxide, wherein the Reduction gas contains no elemental carbon.

In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren einen Schritt zur Erzeugung des Kohlenmonoxids durch die Reaktion von elementarem Kohlenstoff mit Sauerstoff. In diesem Fall ist das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff so eingestellt, dass kein elementarer Kohlenstoff im Kohlenmonoxid vorliegt. Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff ist so eingestellt, dass der gesamte Sauerstoff verbraucht wird. Das Verfahren um fasst das Entfernen des elementaren Kohlenstoffs aus dem Reduktionsgas vor dem Schritt der Reaktion des Siliziumdioxids mit diesem. Die Reaktion des Siliziumdioxids mit dem Reduktionsgas erzeugt Silizium und wandelt das Reduktionsgas in ein Abgas um.In In a further development, the method comprises a step for generating of carbon monoxide by the reaction of elemental carbon with oxygen. In this case, the ratio of carbon set to oxygen so that no elemental carbon present in carbon monoxide. The ratio of carbon Oxygen is adjusted to consume all oxygen becomes. The process involves the removal of elemental carbon from the reducing gas before the step of the reaction of the silica with this. The reaction of the silicon dioxide with the reducing gas generates silicon and converts the reducing gas into an exhaust gas.

Abgase aus dem Verfahren werden vorteilhafterweise verwendet, um einen Rohstoff für das Verfahren vor der Verwendung desselben im Verfahren vorzuwärmen. Das Abgas aus dem Verfahren wird oxidiert, um im Wesentlichen das gesamte darin enthaltene Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umzuwandeln, wodurch oxidiertes Abgas erzeugt wird. Das oxidierte Abgas wird ebenfalls verwendet, um einen Rohstoff für das Verfahren vor der Verwendung desselben im Verfahren vorzuwärmen. Auf diese Weise kann Wärmeenergie, die beim Verfahren durch Oxidationsverfahren erzeugt wird, und/oder Wärme, die dem Verfahren zugeführt wird, recycelt werden, um den Energieverbrauch des Verfahrens zu reduzieren oder zu minimieren und/oder um den energetischen Wirkungsgrad des Verfahrens zu verbessern. Darüber hinaus verringert die Oxidation des Abgases seine Toxizität und macht es geeigneter für die Freisetzung in die Atmosphäre.exhaust from the process are advantageously used to one Raw material for the process before using it to preheat in the process. The exhaust gas from the process will oxidizes to substantially all of the carbon monoxide contained therein convert to carbon dioxide, thereby producing oxidized exhaust gas. The Oxidized exhaust gas is also used to produce a raw material preheat the process before using it in the process. In this way, heat energy can be used during the process Oxidation process is generated, and / or heat, the Process is fed, recycled to energy consumption reduce or minimize the process and / or the energetic To improve the efficiency of the process. Furthermore reduces the oxidation of the exhaust gas its toxicity and makes it more suitable for release to the atmosphere.

Der Schritt der Reaktion des Siliziumdioxids mit Kohlenmonoxid wird in einer erwärmten Reaktionskammer vorgenommen. Die Temperatur der erwärmten Reaktionskammer ist regelbar. Sie kann sowohl auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium als auch auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes von Silizium und auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt und dem Siedepunkt von Silizium geregelt werden. Die Temperatur der erwärmten Reaktionskammer liegt im Bereich von zirka 1.400 und zirka 2.300°C. Die Reaktion des Siliziumdioxids mit Kohlenmonoxid wird bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium vorgenommen. Das Silizium kann entgast werden, ehe man es fest werden lässt.Of the Step of the reaction of the silica with carbon monoxide is made in a heated reaction chamber. The temperature the heated reaction chamber is adjustable. She can both to a temperature above the melting point of silicon as also at a temperature below the boiling point of silicon and at a temperature between the melting point and the boiling point be controlled by silicon. The temperature of the heated Reaction chamber is in the range of about 1,400 and about 2,300 ° C. The reaction of the silica with carbon monoxide is at a Temperature made above the melting point of silicon. The silicon can be degassed before it solidifies.

Das im Verfahren verwendete Siliziumdioxid kann eine Reinheit von zumindest zirka 99,9 Gewichtsprozent haben.The Silica used in the process may have a purity of at least have about 99.9 weight percent.

Die Erfindung stellt Silizium bereit, welches durch die erste Ausführungsform hergestellt wird. Das Silizium weist eine Reinheit von zumindest zirka 99,9 Gewichtsprozent auf.The The invention provides silicon obtained by the first embodiment will be produced. The silicon has a purity of at least about 99.9 percent by weight.

Darüber hinaus erfolgt die Lösung der Aufgabe mit einem Reaktor für die Herstellung von Silizium, der die folgenden Merkmale aufweist:

  • • eine Kohlenstoffoxidationskammer für die Reaktion von Kohlenstoff mit Sauerstoff für die Erzeugung eines Reduktionsgases, welches Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält;
  • • eine Reaktionskammer für die Reaktion des Reduktionsgases, das keinen elementaren Kohlenstoff enthält, mit Siliziumdioxid, wobei die Reaktionskammer mit der Kohlenstoffoxidationskammer in Verbindung steht;
  • • einen Temperaturregler für das Regeln der Temperatur der Reaktionskammer;
  • • eine Siliziumdioxideinlassöffnung, die mit der Reaktionskammer in Verbindung steht, um das Siliziumdioxid der Reaktionskammer zuzuführen; und
  • • eine Siliziumauslassöffnung, die mit der Reaktionskammer in Verbindung steht, damit das Silizium die Reaktionskammer verlassen kann.
In addition, the object is achieved with a reactor for the production of silicon, which has the following features:
  • A carbon oxidation chamber for the reaction of carbon with oxygen to produce a reducing gas comprising carbon monoxide, the reducing gas containing no elemental carbon;
  • A reaction chamber for the reaction of the reducing gas containing no elemental carbon with silicon dioxide, the reaction chamber being in communication with the carbon oxidation chamber;
  • A temperature controller for controlling the temperature of the reaction chamber;
  • A silicon dioxide inlet port communicating with the reaction chamber to supply the silicon dioxide to the reaction chamber; and
  • A silicon outlet port communicating with the reaction chamber to allow the silicon to exit the reaction chamber.

Der Reaktor kann ebenfalls einen Entgaser für das Entgasen des Siliziums umfassen, nachdem es die Reaktionskammer verlassen hat. Er kann ebenfalls eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:

  • • einen Siliziumdioxid-Vorwärmer für das Vorwärmen des Siliziumdioxids, ehe das Siliziumdioxid in die Reaktionskammer eintritt,
  • • zumindest einen Vorwärmer für das Vorwärmen entweder des Kohlenstoffs oder des Sauerstoffs oder von beiden, und
  • • eine Abgasauslassöffnung.
The reactor may also include a degasser for degassing the silicon after it has left the reaction chamber. It may also include one or more of the following features:
  • A silicon dioxide preheater for preheating the silica before the silicon dioxide enters the reaction chamber,
  • At least one preheater for preheating either the carbon or the oxygen or both, and
  • • an exhaust outlet opening.

Der Reaktor kann eine Rohrleitung für das Leiten von Abgas aus der Reaktionskammer, oder von oxidiertem Abgas, erhalten durch die Oxidation des Abgases, zu zumindest einem der Vorwärmer für das Vorwärmen von zumindest einem der Stoffe, von dem Kohlenstoff, dem Sauerstoff und dem Siliziumdioxid, aufweisen.Of the Reactor can be a pipeline for the conduction of exhaust gas from the reaction chamber, or from oxidized exhaust gas, obtained by the oxidation of the exhaust gas to at least one of the preheaters for preheating at least one of the substances, of the carbon, the oxygen and the silica.

Eine Abgasoxidationskammer kann bereitgestellt werden für das Oxidieren von Kohlenmonoxid im Abgas aus der Reaktionskammer zu Kohlendioxid, um oxidiertes Abgas zu erzeugen. Die Reaktionskammer kann mit der Abgasoxidationskammer über die Abgasauslassöffnung in Verbindung stehen. Durchflussregler können ebenfalls bereitgestellt werden für das Regeln des Durchflusses von einem oder mehr des Kohlenstoffs, des Sauerstoffs und des Siliziumdioxids. Eine Wärmespeichereinheit kann bereitgestellt werden, welche in thermischer Verbindung mit der Reaktionskammer steht.A Exhaust gas oxidation chamber may be provided for the Oxidizing carbon monoxide in the exhaust gas from the reaction chamber too Carbon dioxide to produce oxidized exhaust gas. The reaction chamber can with the exhaust gas oxidation chamber via the exhaust gas outlet keep in touch. Flow regulators can also be provided for controlling the flow of one or more of the carbon, the oxygen and the silicon dioxide. A heat storage unit may be provided which is in thermal communication with the reaction chamber.

Darüber hinaus erfolgt die Lösung der Aufgabe der Erfindung mit einem weiteren Verfahren zur Herstellung von Silizium, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

  • • Bereitstellen eines Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • • Zuführen von Sauerstoff und Kohlenstoff zur Kohlenstoffoxidationskammer des Reaktors;
  • • Reaktion des Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff, um ein Reduktionsgas zu erzeugen, welches Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält;
  • • Zuführen des Reduktionsgases und von Siliziumdioxid zur Reaktionskammer; und
  • • Reaktion des Reduktionsgases und des Siliziumdioxids für die Herstellung von Silizium und von Abgas.
In addition, the object of the invention is achieved by a further method for the production of silicon, the method comprising the following steps:
  • Providing a reactor according to the present invention;
  • Supplying oxygen and carbon to the carbon oxidation chamber of the reactor;
  • Reacting the carbon with the oxygen to produce a reducing gas comprising carbon monoxide, the reducing gas containing no elemental carbon;
  • Supplying the reducing gas and silicon dioxide to the reaction chamber; and
  • • Reaction of the reducing gas and the silicon dioxide for the production of silicon and exhaust gas.

Das Verfahren umfasst ebenfalls das Oxidieren des Abgases, um oxidiertes Abgas zu erzeugen.The Method also includes oxidizing the exhaust gas to oxidized Generate exhaust gas.

Silizium, das mit diesem Verfahren hergestellt wird, weist eine Reinheit von zumindest zirka 99,9 Gewichtsprozent auf.Silicon, produced by this method has a purity of at least about 99.9 percent by weight.

Bei der vorliegenden Beschreibung ist der Begriff „Silizium” so aufzufassen, dass er sich auf elementares Silizium oder auf Siliziummetall bezieht. Es versteht sich, dass oft der Begriff „Siliziummetall” verwendet wird, obwohl elementares Silizium ein sogenanntes Halbmetall ist und zuweilen auch als ein Metalloid bezeichnet wird.at In the present specification, the term "silicon" is so to understand that it is based on elemental silicon or on silicon metal refers. It is understood that often uses the term "silicon metal" Although elemental silicon is a so-called semi-metal and sometimes also referred to as a metalloid.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Herstellung von Silizium bereit, das die Reaktion von Siliziumdioxid mit einem Reduktionsgas umfasst, welches Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält. Es ist wichtig, dass im Reduktionsgas kein elementarer Kohlenstoff vorliegt, da Kohlenstoff, unter den Reaktionsbedingungen, mit dem Silizium reagieren könnte, um Siliziumkarbid zu erzeugen, welcher das Silizium verschmutzen würde. Somit ist es möglich, den Gehalt von elementarem Kohlenstoff im Reduktionsgas unterhalb von zirka 10 ppm zu halten, oder von weniger als zirka 5, 2, 1, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,02 oder 0,01 ppm auf einer Molbasis relativ zu Kohlenmonoxid, abhängig von dem gewünschten Reinheitsgrad des durch das Verfahren erzeugten Siliziums.The The present invention provides a method for the manufacture of silicon ready, which is the reaction of silica with a Reduction gas comprising carbon monoxide, wherein the Reduction gas contains no elemental carbon. It it is important that in the reducing gas no elemental carbon because carbon, under the reaction conditions, with the Silicon could react to produce silicon carbide, which that would pollute the silicon. Thus, it is possible the content of elemental carbon in the reducing gas below of about 10 ppm, or of less than about 5, 2, 1, 0.5, 0.2, 0.1, 0.05, 0.02 or 0.01 ppm on a molar basis relative to carbon monoxide, depending on the desired degree of purity of the silicon produced by the process.

Die Reaktion des Siliziumdioxids mit dem Reduktionsgas kann die Reduktion des Siliziumdioxids mit Kohlenmonoxid im Reduktionsgas mit sich bringen. Sie kann ebenfalls die Reduktion des Siliziumdioxids mit einem anderen Bestandteil (zum Beispiel einem Reduktionsbestandteil) des Reduktionsgases mit sich bringen oder nicht. Der Kohlenmonoxidgehalt des Reduktionsgases kann ebenfalls jeder gewünschte Nicht-Null-Wert sein, zum Beispiel von zirka 1 bis zirka 100% auf einer Gewichts-, Volumen- oder Molbasis, oder von zirka 10 bis 100, 25 bis 100, 50 bis 100 oder 80 bis 100, zum Beispiel zirka 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 99, 99,5, 99,9 oder 100%. Das Reduktionsgas kann ebenfalls ein oder mehr andere Gase umfassen, vorzugsweise nicht-oxidierende Gase, optional Reduktionsgase und/oder Inertgase. Das andere Gas/die anderen Gase kann/können zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon, Argon etc. oder ein Gemisch von zwei oder mehr derselben sein. Bei einigen Ausführungsformen enthält das Reduktionsgas keinen Wasserstoff. Das Reduktionsgas kann im Wesentlichen frei sein (zum Beispiel mehr als zirka 95, 96, 97, 98, 99, 99,5 oder 99,9% frei) von anderen Umweltschadstoffen als Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Bei einigen Ausführungsformen besteht das Reduktionsgas nur aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Bei anderen Ausführungsformen besteht das Reduktionsgas nur aus Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und einem Trägergas. Das Trägergas kann zum Beispiel Stickstoff, Helium, Neon oder Argon sein.The Reaction of the silica with the reducing gas may cause the reduction of the silica with carbon monoxide in the reducing gas with it. It can also reduce the silicon dioxide with another Component (for example, a reducing component) of the reducing gas bring with you or not. The carbon monoxide content of the reducing gas can also be any desired non-zero value, for Example of about 1 to about 100% on a weight, volume or Molbasis, or from about 10 to 100, 25 to 100, 50 to 100 or 80 to 100, for example, approximately 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 99, 99.5, 99.9 or 100%. The reducing gas may also comprise one or more other gases, preferably non-oxidizing gases, optionally reducing gases and / or Inert gases. The other gas (s) may / may for example nitrogen, carbon dioxide, helium, neon, argon etc. or a mixture of two or more thereof. For some Embodiments, the reducing gas contains no Hydrogen. The reducing gas may be substantially free (for Example more than about 95, 96, 97, 98, 99, 99.5 or 99.9% free) from environmental pollutants other than carbon dioxide and carbon monoxide. In some embodiments, the reducing gas is only from carbon dioxide and carbon monoxide. In other embodiments the reducing gas only from carbon dioxide, carbon monoxide and a Carrier gas. The carrier gas may be, for example, nitrogen, Be helium, neon or argon.

Das Verfahren kann ebenfalls den Schritt der Erzeugung des Kohlenmonoxids durch die Reaktion von elementarem Kohlenstoff mit Sauerstoff umfassen. In diesem Fall kann das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff dergestalt sein, dass kein elementarer Kohlenstoff erzeugt wird. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff sollte dergestalt sein, dass der gesamte Sauerstoff verbraucht wird. Das Verhältnis kann von zirka 2:1 bis zirka 1:1 auf einer molaren Basis liegen, oder von zirka 2:1 bis 1,5:1, 2:1 bis 1,8:1, 1,5:1 bis 1:1, 1,3:1 bis 1:1, 1,9:1 bis 1,1:1, 1,9:1 bis 1,5:1, 1,5:1 bis 1,1:1 oder 1,8:1 bis 1,3:1, zum Beispiel zirka 1,1:1, 1,2:1, 1,3:1, 1,4:1, 1,5:1, 1,6:1, 1,7:1, 1,8:1, 1,9:1 oder 2:1. Der Kohlenstoff, der zur Erzeugung des Kohlenmonoxids verwendet wird, sollte eine geeignete Partikelgröße aufweisen, um eine schnelle, vorzugsweise vollständige Reaktion zu Kohlenmonoxid und optional ebenfalls Kohlendioxid zu ermöglichen. Die mittlere, oder die maximale, Partikelgröße des Kohlenstoffs kann im Bereich von zirka 10 Mikrometer bis zirka 5 mm, oder von zirka 1 Mikrometer bis 1 mm, 10 bis 500 Mikrometer, 10 bis 100 Mikrometer, 10 bis 50 Mikrometer und 5 mm, 100 Mikrometer bis 5 mm, 500 Mikrometer bis 5 mm, 1 bis 5 mm, 100 bis 1000 Mikrometer, 100 bis 500 Mikrometer oder 500 bis 1000 Mikrometer, zum Beispiel zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900 oder 950 Mikrometer, oder zirka 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5 oder 5 mm, oder sie kann unter bestimmten Umständen größer als 5 mm sein. Das Verfahren kann den zusätzlichen Schritt der Umwandlung des Kohlenstoffs zu einer geeigneten Partikelgröße vor der Erzeugung des Kohlenmonoxids umfassen. Dies kann das Mahlen, das Pelletieren oder ein anderes geeignetes Verfahren umfassen. Der Kohlenstoff kann Kohlenstoff von hoher Reinheit sein. Er kann zumindest zirka 99% rein sein, oder zumindest zirka 99,5, 99,9, 99,95, 99,99, 99,995 oder 99,999% rein, oder 99,5 bis 100, 99,9 bis 100, 99,95 bis 100, 99,99 bis 100, 99,995 bis 100, 99,999 bis 100, 99,5 bis 99,999, 99,9 bis 99,999, 99,95 bis 99,999, 99,99 bis 99,999 oder 99,995 bis 99,999% rein sein, zum Beispiel zirka 99, 99,1, 99,2, 99,3, 99, 4, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8, 99,9, 99,95, 99,99, 99,995, 99,999, 99,9995, 99,9999 oder 100% rein sein.The method may also include the step of generating the carbon monoxide by the reaction of elemental carbon with oxygen. In this case, the ratio of acid carbon to be such that no elemental carbon is generated. The ratio of oxygen to carbon should be such that all oxygen is consumed. The ratio can be from about 2: 1 to about 1: 1 on a molar basis, or from about 2: 1 to 1.5: 1, 2: 1 to 1.8: 1, 1.5: 1 to 1: 1, 1.3: 1 to 1: 1, 1.9: 1 to 1.1: 1, 1.9: 1 to 1.5: 1, 1.5: 1 to 1.1: 1 or 1, 8: 1 to 1.3: 1, for example, about 1.1: 1, 1.2: 1, 1.3: 1, 1.4: 1, 1.5: 1, 1.6: 1, 1 , 7: 1, 1.8: 1, 1.9: 1 or 2: 1. The carbon used to produce the carbon monoxide should have a suitable particle size to allow a rapid, preferably complete reaction to carbon monoxide and optionally also carbon dioxide. The mean, or maximum, particle size of the carbon may range from about 10 microns to about 5 mm, or from about 1 micron to 1 mm, 10 to 500 microns, 10 to 100 microns, 10 to 50 microns, and 5 mm, 100 Micrometers to 5 mm, 500 micrometers to 5 mm, 1 to 5 mm, 100 to 1000 micrometers, 100 to 500 micrometers or 500 to 1000 micrometers, for example approximately 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, or 950 microns, or approximately 1, 1.5, 2, 2 , 5, 3, 3.5, 4, 4.5 or 5 mm, or in certain circumstances may be greater than 5 mm. The method may include the additional step of converting the carbon to a suitable particle size prior to the generation of the carbon monoxide. This may include milling, pelleting or any other suitable method. The carbon can be carbon of high purity. It can be at least about 99% pure, or at least about 99.5, 99.9, 99.95, 99.99, 99.995 or 99.999% pure, or 99.5 to 100, 99.9 to 100, 99.95 to 100, 99.99 to 100, 99.995 to 100, 99.999 to 100, 99.5 to 99.999, 99.9 to 99.999, 99.95 to 99.999, 99.99 to 99.999 or 99.995 to 99.999% pure, for example about 99, 99.1, 99.2, 99.3, 99, 4, 99.5, 99.6, 99.7, 99.8, 99.9, 99.95, 99.99, 99.995, 99.999 , 99.9995, 99.9999 or 100% pure.

Die Kohlenstoffzuführung zur Oxidationskammer wird üblicherweise eine bestimmte Menge an mitgerissenem Gas enthalten. Dies kann Luft sein, oder es kann Sauerstoff, Kohlendioxid oder ein anderes Gas sein, welches verwendet wird, um den Kohlenstoff im Kohlenstofflagerbehälter zu bedecken. Das Gas in dem Kohlenstofflagerbehälter sollte so ausreichend rein sein, dass es keine Unreinheiten in das Produkt Silizium einbringt.The Carbon supply to the oxidation chamber usually becomes contain a certain amount of entrained gas. This can be air be, or it can be oxygen, carbon dioxide or another gas which is used to store the carbon in the carbon storage container to cover. The gas in the carbon storage tank should be be sufficiently pure that there are no impurities in the product Silicon introduces.

Das Reaktionsprodukt des elementaren Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff umfasst Kohlenmonoxid, optional zusammen mit Kohlendioxid. Unter bestimmten Bedingungen kann es ebenfalls etwas restlichen elementaren Kohlenstoff umfassen. In diesem Fall kann das Verfahren das Entfernen des elementaren Kohlenstoffs aus dem Reduktionsgas vor dem Schritt der Reaktion des Siliziumdioxids mit diesem umfassen. Dies kann Filtern, Mikrofiltern, Zentrifugieren, Absetzen oder ein anderes geeignetes Verfahren umfassen. Die Vorrichtung für das Entfernen des elementaren Kohlenstoffs sollte in der Lage sein, die Temperatur des Reduktionsgases auszuhalten. Sie kann zum Beispiel eine Fritte aus gesintertem Metall oder aus Keramik (zum Beispiel Metalloxid) oder eine andere Hochtemperatur-Filtervorrichtung umfassen. Nach der Reaktion des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs zur Erzeugung des Kohlenmonoxids kann das sich ergebende Gas mit einem Verdünnungsgas vermischt werden, um das Reduktionsgas zu erzeugen. Das Verdünnungsgas sollte kein oxidierendes Gas umfassen, und es kann ein Reduktionsgas umfassen. Geeignete Verdünnungsgase schließen Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon, Argon etc. oder Gemische derselben ein. Das Verdünnungsgas kann mit dem Reaktionsprodukt des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs in einem Verhältnis von zirka 1 zu zirka 90 Verdünnungsgas zu sich ergebenden Reduktionsgas vermischt werden. Das Verhältnis kann im Bereich von zirka 1 und 50, 1 und 20, 1 und 10, 10 und 90, 50 und 90, 10 und 50 oder 20 und 50%, zum Beispiel zirka 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 Volumenprozent liegen. Alternativ kann Kohlenmonoxid aus einem Behälter desselben bereitgestellt werden, zum Beispiel einem handelsüblichen Gaszylinder, und optional mit einem Verdünnungsgas vermischt werden, um das Reduktionsgas zu erzeugen. Die Art und das Verhältnis des Verdünnungsgases kann so sein, wie oben beschrieben ist. Das Kohlenmonoxid aus dem Behälter kann direkt als das Reduktionsgas verwendet werden, ohne Hinzufügung eines Verdünnungsgases.The Reaction product of the elemental carbon with the oxygen includes carbon monoxide, optionally together with carbon dioxide. Under certain Conditions may also be slightly residual elemental carbon include. In this case, the process can be the removal of the elementary Carbon from the reducing gas before the step of the reaction of the silica with this include. This can be filters, microfilters, Centrifuging, settling or other suitable method. The device for the removal of elemental carbon should be able to withstand the temperature of the reducing gas. she For example, a frit made of sintered metal or ceramic (For example, metal oxide) or another high-temperature filter device include. After the reaction of carbon and oxygen to produce of carbon monoxide, the resulting gas may be mixed with a diluent gas are mixed to produce the reducing gas. The diluent gas should not include oxidizing gas and may be a reducing gas include. Close suitable diluent gases Nitrogen, carbon dioxide, helium, neon, argon etc. or mixtures the same one. The diluent gas may be combined with the reaction product of carbon and oxygen in a ratio from about 1 to about 90 diluent gas to yield Reduction gas are mixed. The ratio can be in Range of approximately 1 and 50, 1 and 20, 1 and 10, 10 and 90, 50 and 90, 10 and 50 or 20 and 50%, for example approximately 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90 percent by volume. Alternatively, you can Carbon monoxide provided from a container thereof be used, for example, a commercial gas cylinder, and optionally mixed with a diluent gas, to produce the reducing gas. The kind and the relationship of the diluent gas may be as described above is. The carbon monoxide from the container can directly as the reducing gas can be used without adding a Dilution gas.

Die Bedingungen der Reaktion des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs zur Erzeugung von Kohlenmonoxid sollten dergestalt sein, dass keine heftige Verbrennung oder Explosion auftreten. Sie können so sein, dass eine gesteuerte Oxidation des Kohlenstoffs vor sich geht. Die Oxidation kann eine Verbrennung sein, vorzugsweise eine gesteuerte Verbrennung. Die Bedingungen, die angepasst werden sollten, um dieses Ziel zu erreichen, können Temperatur, Druck, Verhältnis (Menge oder Durchflussgeschwindigkeit) von Kohlenstoff zu Sauerstoff, Partikelgröße des Kohlenstoffs, Vorhandensein und Menge oder Durchflussgeschwindigkeit eines Verdünnungsgases, die Gestaltung der Oxidationskammer usw. einschließen.The Conditions of reaction of carbon and oxygen to Generation of carbon monoxide should be such that no violent combustion or explosion may occur. You can be such that there is a controlled oxidation of the carbon in front of him goes. The oxidation may be a combustion, preferably one controlled combustion. The conditions that should be adjusted To achieve this goal, temperature, pressure, Ratio (amount or flow rate) of carbon to oxygen, particle size of the carbon, Presence and quantity or flow rate of a diluent gas, include the design of the oxidation chamber, etc.

Die Reaktion des Siliziumdioxids mit dem Reduktionsgas erzeugt Silizium und wandelt das Reduktionsgas zu einem Abgas um. Somit stellt die Reaktion eine Reduktion von Siliziumdioxid zu Silizium dar, und stellt eine Oxidation des Reduktionsgases, im Besonderen von Kohlenmonoxid im Reduktionsgas, zu Kohlendioxid im Abgas dar. Das Abgas umfasst Kohlendioxid, und es kann ebenfalls Kohlenmonoxid umfassen, das keiner Reaktion mit dem Siliziumdioxid unterzogen wurde. Der Kohlenmonoxidgehalt des Abgases hängt vom Kohlenmonoxidgehalt des Reduktionsgases ab, vom Verhältnis der Durchflussgeschwindigkeit des Reduktionsgases zur Zuführungsgeschwindigkeit von Siliziumdioxid in den Reaktor, den Bedingungen (Temperatur, Druck, usw.) innerhalb des Reaktors und von anderen Faktoren. Er kann im Bereich von zirka 1 bis zirka 90 liegen oder von zirka 1 bis 80, 1 bis 70, 1 bis 60, 1 bis 50, 1 bis 20, 1 bis 10, 10 bis 90, 50 bis 90, 10 bis 50 oder 20 bis 50 zum Beispiel zirka 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 oder 90 Volumenprozent liegen.The reaction of the silica with the reducing gas generates silicon and converts the reducing gas to an exhaust gas. Thus, the reaction is a reduction of silicon dioxide to silicon, and represents an oxidation of the reducing gas, in particular of carbon monoxide in the reducing gas, to carbon dioxide in the exhaust gas. The exhaust gas comprises carbon dioxide, and it may also Kohlenmo oxide which has not undergone any reaction with the silica. The carbon monoxide content of the exhaust gas depends on the carbon monoxide content of the reducing gas, the ratio of the flow rate of the reducing gas to the feeding rate of silica to the reactor, the conditions (temperature, pressure, etc.) within the reactor and other factors. It can range from about 1 to about 90, or from about 1 to 80, 1 to 70, 1 to 60, 1 to 50, 1 to 20, 1 to 10, 10 to 90, 50 to 90, 10 to 50, or 20 to 50, for example, about 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 or 90 volume percent lie.

Abgase des Verfahrens werden verwendet, um einen Rohstoff für das Verfahren vor der Verwendung desselben im Verfahren vorzuwärmen. Das Vorwärmen durch das Abgas kann ausreichend sein, um den Rohstoff auf die gewünschte Temperatur für das Eintreten in das Verfahren anzuheben, oder auf eine Temperatur unterhalb derselben. Im letzteren Eventualfall kann ein zusätzliches Erwärmen, zum Beispiel ein elektrisches Erwärmen, zum Einsatz kommen, um den Rohstoff auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Das Abgas aus dem Verfahren kann oxidiert werden, zum Beispiel verbrannt werden, um im Wesentlichen das gesamte Kohlenmonoxid in diesem zu Kohlendioxid umzuwandeln, wodurch oxidiertes Abgas erzeugt wird. Das oxidierte Abgas kann geeignet sein für die Freisetzung in die Atmosphäre, das heißt es kann Umweltstandards für Kohlenmonoxidgehalt einhalten. Der Kohlenmonoxidgehalt des oxidierten Abgases kann unterhalb einer toxischen Ebene liegen. Der Kohlenmonoxidgehalt des oxidierten Abgases kann geringer sein als zirka 100 ppm oder geringer als zirka 50, 20 oder 10 ppm, zum Beispiel zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 ppm.exhaust of the process are used to provide a raw material for preheat the process before using it in the process. The preheating by the exhaust gas may be sufficient to the raw material to the desired temperature for the Entering the process, or at a temperature below the same. In the latter eventual case, an additional Heating, for example electric heating, to use the raw material to the desired To bring temperature. The exhaust gas from the process can be oxidized will be burned, for example, to essentially the entire Carbon monoxide in this convert to carbon dioxide, causing oxidized Exhaust gas is generated. The oxidized exhaust gas may be suitable for the release into the atmosphere, that is it can comply with environmental standards for carbon monoxide content. The carbon monoxide content of the oxidized exhaust gas may be below a toxic level. The carbon monoxide content of the oxidized exhaust gas may be less than about 100 ppm or less than about 50, 20 or 10 ppm, for example, about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 or 100 ppm.

Das oxidierte Abgas kann verwendet werden, um zumindest zum Teil einen oder mehr der Rohstoffe für das Verfahren vor der Verwendung derselben im Verfahren vorzuwärmen.The oxidized exhaust gas can be used, at least in part or more of the raw materials for the process before use to preheat the same in the process.

Die Verwendung des Abgases und/oder des oxidierten Abgases für das Vorwärmen der Rohstoffe verringert die Menge an Energie, welche dem System zugeführt werden muss, um die Rohstoffe auf eine geeignete Reaktionstemperatur entweder für die Erzeugung von Kohlenmonoxid oder für die Reduktion von Siliziumdioxid zu bringen.The Use of the exhaust gas and / or the oxidized exhaust gas for preheating the raw materials reduces the amount of energy which must be supplied to the system to the raw materials to a suitable reaction temperature for either production of carbon monoxide or for the reduction of silica bring to.

Der Reaktionsschritt des Siliziumdioxids mit Kohlenmonoxid kann in einer erwärmten Reaktionskammer durchgeführt werden. Die Temperatur der erwärmten Reaktionskammer ist regelbar. Sie kann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium geregelt werden (1.683 K, 1.419°C). Die Temperatur sollte nicht hoch genug sein, dass das Silizium verdampft. Der Siede-Punkt von Silizium beträgt 3.173 K (2.900°C) ( http://www.webelements.com/Webelements/elements/text/Si/heat. html ). Die Temperatur sollte ausreichend für die Reduktion von Siliziumdioxid durch Kohlenmonoxid zur Erzeugung von Silizium sein. Die Temperatur für die Reduktion von Siliziumdioxid kann zum Beispiel im Bereich von zirka 1.400 bis zirka 2.300°C liegen, oder von zirka 1.400 bis 2.000, 1.400 bis 1.700, 1.400 bis 1.500, 1.500 bis 2.300, 2.000 bis 2.300, 1.500 bis 2.200, 1.500 bis 2.000 oder 1.500 bis 1.800°C, zum Beispiel zirka 1.400, 1.410, 1.420, 1.430, 1.440, 1.450, 1.460, 1.470, 1.480, 1.490, 1.500, 1.550, 1.600, 1.650, 1.700, 1.750, 1.800, 1.850, 1.900, 1.950, 2.000, 2.050, 2.100, 2.150, 2.200, 2.250 oder 2.300°C. Die Reduktion von Silizium wird gewöhnlich bei einem Druck von zirka 1 Atmosphäre oder bei Umgebungsdruck vorgenommen, sie kann jedoch in einigen Fällen bei einem anderen Druck vorgenommen werden, zum Beispiel im Bereich von zirka 0,5 bis 10 Atmosphären, oder von zirka 0,5 bis 5, 0,5 bis 2, 0,5 bis 1, 1 bis 10, 2 bis 10, 5 bis 10, 1 bis 5 oder 1 bis 2 Atmosphären, zum Beispiel zirka 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Atmosphären, oder bei einem anderen Druck.The reaction step of the silica with carbon monoxide can be carried out in a heated reaction chamber. The temperature of the heated reaction chamber is adjustable. It can be controlled to a temperature above the melting point of silicon (1,683 K, 1,419 ° C). The temperature should not be high enough that the silicon evaporates. The boiling point of silicon is 3,173 K (2,900 ° C) ( http://www.webelements.com/Webelements/elements/text/Si/heat. html ). The temperature should be sufficient for the reduction of silica by carbon monoxide to produce silicon. For example, the temperature for the reduction of silica may be in the range of about 1,400 to about 2,300 ° C, or about 1,400 to 2,000, 1,400 to 1,700, 1,400 to 1,500, 1,500 to 2,300, 2,000 to 2,300, 1,500 to 2,200, 1,500 up to 2,000 or 1,500 to 1,800 ° C, for example, about 1,400, 1,410, 1,420, 1,430, 1,440, 1,450, 1,460, 1,470, 1,480, 1,490, 1,500, 1,550, 1,600, 1,650, 1,700, 1,750, 1,800, 1,850, 1,900, 1,950, 2,000, 2,050, 2,100, 2,150, 2,200, 2,250 or 2,300 ° C. The reduction of silicon is usually done at a pressure of about 1 atmosphere or at ambient pressure, but in some cases it can be done at a different pressure, for example in the range of about 0.5 to 10 atmospheres, or about 0.5 to 5, 0.5 to 2, 0.5 to 1, 1 to 10, 2 to 10, 5 to 10, 1 to 5 or 1 to 2 atmospheres, for example about 0.5, 0.6, 0.7 , 0.8, 0.9, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6 , 7, 8, 9 or 10 atmospheres, or at another pressure.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsgases in die Reaktionskammer wird so eingestellt, dass das Siliziumdioxid voll ständig zu Silizium reduziert wird. Das Reduktionsgas kann in einer Menge (oder bei einer entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit) verwendet werden, dass das molare Reaktionsverhältnis von Reduktionsbestandteilen (Kohlenmonoxid und alle anderen Reduktionsbestandteile des Reduktionsgases) zu Siliziumdioxid zumindest zirka 1,1, oder zumindest zirka 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 2, 2, 5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, oder zirka 1,1 bis zirka 10, oder zirka 1,1 bis 5, 1,1 bis 2, 1,5 bis 10, 2 bis 10, 3 bis 10, 4 bis 10, 5 bis 10, 1,5 bis 5 oder 2 bis 5 ist, zum Beispiel zirka 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 beträgt, oder es kann unter bestimmten Umständen mehr als 10 oder von 1 bis 1,1 betragen. Bei der Bestimmung des oben erwähnten molaren Reaktionsverhältnisses ist es erforderlich, den Sauerstoffgehalt von Siliziumdioxid zu berücksichtigen. Somit enthält Siliziumdioxid (SiO2) zwei Mol Sauerstoff pro Mol Siliziumdioxid. Dementsprechend wird für Kohlenmonoxid als Reduktionsbestandteil des Reduktionsgases das tatsächliche molare Verhältnis zwischen Siliziumdioxid und dem Reduktionsbestandteil das Doppelte des molaren Reaktionsverhältnisses betragen (um die zwei Mol Sauerstoff pro Mol Siliziumdioxid zu berücksichtigen), so dass ein molares Reaktionsverhältnis von 2 ein molares Verhältnis von 4 repräsentieren würde. Dies beruht darauf, dass ein Atom Kohlenmonoxid ein Atom Sauerstoff benötigt, um ein Mol Kohlendioxid zu erzeugen. Dies kann im Fall von Siliziumdioxid wie folgt gezeigt werden: SiO2 + 2CO → Si + 2CO2 The flow rate of the reducing gas into the reaction chamber is adjusted so that the silica is completely reduced to silicon all the time. The reducing gas may be used in an amount (or at a corresponding flow rate) such that the molar reaction ratio of reducing components (carbon monoxide and all other reducing components of the reducing gas) to silica is at least about 1.1, or at least about 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2, 2, 5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, or about 1.1 to about 10, or about 1 , 1 to 5, 1.1 to 2, 1.5 to 10, 2 to 10, 3 to 10, 4 to 10, 5 to 10, 1.5 to 5 or 2 to 5, for example, about 1.1 , 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5 , 5, 6, 7, 8, 9 or 10, or under certain circumstances may be greater than 10 or from 1 to 1.1. In determining the above-mentioned molar reaction ratio, it is necessary to consider the oxygen content of silica. Thus, silicon dioxide (SiO 2 ) contains two moles of oxygen per mole of silica. Accordingly, for carbon monoxide as the reducing component of the reducing gas, the actual molar ratio between silica and the reducing component will be twice the molar reaction ratio (to account for the two moles of oxygen per mole of silicon dioxide) so that a molar reaction ratio of 2 would represent a molar ratio of 4 , This is because one atom of carbon monoxide needs one atom of oxygen to produce one mole of carbon dioxide. This can be shown in the case of silica as follows become: SiO 2 + 2CO → Si + 2CO 2

Das Silizium kann entgast werden, ehe man es fest werden lässt. Das Verfahren des Entgasens kann das Aufbringen eines zumindest teilweisen Vakuums auf das geschmolzene Silizium umfassen. Das zumindest teilweise Vakuum kann einen absoluten Druck von weniger als zirka 500 mbar haben oder weniger als zirka 400, 300, 200, 100, 50, 20, 10, 5, 2 oder 1 mbar, oder von zirka 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 oder 500 mbar. Das Entgasen kann das Pumpen des geschmolzenen Siliziums umfassen, zum Beispiel um es aus dem Reaktor zu entfernen, wobei die Pumpe, die für das Pumpen verwendet wird, von einer Art ist, die ein zumindest teilweises Vakuum auf die Flüssigkeit aufbringt, die gepumpt wird.The Silicon can be degassed before it solidifies. The method of degassing may include applying at least one include partial vacuum on the molten silicon. That, at least partial vacuum can have an absolute pressure of less than about 500 mbar or less than approximately 400, 300, 200, 100, 50, 20, 10, 5, 2 or 1 mbar, or of approximately 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 or 500 mbar. Degassing can be the pumping of the molten silicon include, for example, to remove it from the reactor, wherein the pump used for pumping is one Kind is that an at least partial vacuum on the liquid who is pumped.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für die Herstellung von Siliziummetall hoher Reinheit, zum Beispiel für die Verwendung in der Halbleiterindustrie. Um dies zu erreichen, ist die Verwendung von Reagenzien hoher Reinheit erforderlich. Im Besonderen ist es erforderlich, dass das Siliziumdioxid von hoher Reinheit ist. So ist es möglich hochreines Siliziumdioxid durch Umwandlung des Siliziumdioxids zu einer hydrolysierbaren Siliziumart, zum Beispiel Siliziumtetrafluoridgas, durch das Reinigen der hydrolysierbaren Siliziumart und das Hydrolysieren der gereinigten hydrolysierbaren Siliziumart zur Erzeugung von gereinigtem Siliziumdioxid herzustellen. Das beim Verfahren verwendete Siliziumdioxid kann eine Reinheit von zumindest zirka 99,9 Gewichtsprozent haben, oder es kann zumindest 99,95, 99,99, 99,995 oder 99,999% rein sein, und es kann zirka 99,9, 99,91, 99,92, 99,93, 99,94, 99,95, 99,96, 99,97, 99,98, 99,99, 99,991, 99,992, 99,993, 99,994, 99,995, 99,996, 99,997, 99,998, 99,999, 99,9995 oder 99,9999% rein sein. Zusätzlich sollten die Bedingungen der Reduktion des Siliziumdioxid zu Silizium (Temperatur, CO-Konzentration des Reduktionsgases, Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsgases, Zuführungsgeschwindigkeit des Siliziumdioxids, Partikelgröße des Siliziumdioxids usw.) ausreichend sein, um eine vollständige Reduktion des Siliziumdioxid zu Silizium zu gewährleisten.The present invention is particularly suitable for the production of silicon metal of high purity, for example for the Use in the semiconductor industry. To achieve this is the use of high purity reagents is required. In particular It is necessary that the silica of high purity is. So it is possible high-purity silicon dioxide through Conversion of the silicon dioxide to a hydrolyzable type of silicon, for Example silicon tetrafluoride gas, by purifying the hydrolyzable Silicon type and hydrolyzing the purified hydrolyzable Silicon type to produce purified silica. The silica used in the process may be of a purity of at least about 99.9 weight percent, or at least 99.95, 99.99, 99.995 or 99.999% pure, and it can be around 99.9, 99.91, 99.92, 99.93, 99.94, 99.95, 99.96, 99.97, 99.98, 99.99, 99.991, 99,992, 99,993, 99,994, 99,995, 99,996, 99,997, 99,998, 99,999, 99.9995 or 99.9999% pure. In addition, the should Conditions of reduction of silicon dioxide to silicon (temperature, CO concentration of the reducing gas, flow velocity the reducing gas, feeding rate of the silica, Particle size of the silica, etc.) is sufficient to be a complete reduction of the silica to ensure silicon.

Somit kann ein geeignetes Verfahren für die Herstellung von Siliziumdioxid hoher Reinheit für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfassen:

  • a) Umwandlung des Siliziumdioxids zu Siliziumtetrafluorid;
  • b) Reinigung des Siliziumtetrafluorids; und
  • c) Hydrolysieren des Siliziumtetrafluorids für die Herstellung von gereinigtem Siliziumdioxid, optional bei einer Temperatur, bei der Siliziumfluorsäure instabil ist.
Thus, a suitable process for the preparation of high purity silica for use in the present invention may include:
  • a) conversion of the silicon dioxide to silicon tetrafluoride;
  • b) purification of the silicon tetrafluoride; and
  • c) hydrolyzing the silicon tetrafluoride to produce purified silica, optionally at a temperature at which silicon fluoric acid is unstable.

Schritt a) kann die Reaktion des Siliziumdioxids mit einem Gemisch von Fluorwasserstoffsäure und Siliziumfluorsäure umfassen, um es zu Siliziumtetrafluorid umzuwandeln. Schritt b) kann das Inkontaktbringen des Siliziumtetrafluorids mit einem Reinigungsmittel umfassen. Dies kann in einer Vielzahl von Schritten in einer Gegenstromweise erfolgen. Das Reinigungsmittel kann Siliziumfluorsäure umfassen.step a) the reaction of the silica with a mixture of hydrofluoric acid and Silicon fluoric acid to silicon tetrafluoride convert. Step b) may involve contacting the silicon tetrafluoride with a detergent. This can be done in a variety of ways Steps in a countercurrent manner. The cleaning agent may include silicon fluoric acid.

Das Verfahren kann zusätzlich umfassen:

  • d) Hydrolysieren eines Teils des Siliziumtetrafluorids aus Schritt b) zur Herstellung von Siliziumfluorsäure und Siliziumdioxid, und Verwendung der Siliziumfluorsäure beim Schritt b). Das Siliziumdioxid aus den Schritten c) und d) kann kombiniert werden, um das gereinigte Siliziumdioxidprodukt bereitzustellen.
The method may additionally include:
  • d) hydrolyzing a portion of the silicon tetrafluoride from step b) to produce silicon fluoric acid and silica, and using the silicon fluoric acid in step b). The silica from steps c) and d) may be combined to provide the purified silica product.

Unreinheiten können aus dem Reinigungsmittel nach dem Schritt des Inkontaktbringens des Siliziumtetrafluorids mit dem Reinigungsmittel entfernt werden. Das Reinigungsmittel kann Siliziumfluorsäure umfassen und, nach dem Schritt des Inkontaktbringens des Siliziumtetrafluorids mit der Siliziumfluorsäure, kann die Siliziumfluorsäure in Wasserstofffluorid und Siliziumtetrafluorid umgewandelt werden, wodurch das Wasserstofffluorid beim Schritt a) genutzt wird. Das Siliziumtetrafluorid kann entweder genutzt werden, um Siliziumfluorsäure für die Verwendung beim Schritt a) zu erzeugen oder um die hydrolysierbare Siliziumart, die in Schritt a) erzeugt wird, zu ergänzen oder für beides. Schritt c) nutzt vorzugsweise Dampf hoher Reinheit.impurities may be removed from the detergent after the contacting step of the silicon tetrafluoride are removed with the cleaning agent. The cleaning agent may comprise silicon fluoric acid and, after the step of contacting the silicon tetrafluoride with the silicon fluoric acid, the silicon fluoric acid converted into hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride, whereby the hydrogen fluoride is used in step a). The Silicon tetrafluoride can either be used to silicon fluoric acid for use in step a) the hydrolyzable silicon species generated in step a) to supplement or for both. Step c) uses preferably high purity steam.

Das Verfahren kann zusätzlich einen oder beide der folgenden Schritte umfassen:

  • e) Waschen des gereinigten Siliziumdioxids; und
  • f) Trocknen des gereinigten Siliziumdioxids.
The method may additionally include one or both of the following steps:
  • e) washing the purified silica; and
  • f) drying the purified silica.

Beim Schritt c) kann gereinigtes Siliziumdioxid einer Hochtemperatur-Hydrolysevorrichtung hinzugefügt werden, in welcher Schritt c) durchgeführt wird. Das Siliziumdioxid kann vor dem Schritt a) des Verfahrens getrocknet werden.At the Step c) may be purified silica of a high temperature hydrolysis apparatus be added, in which step c) is performed. The silica may be dried prior to step a) of the process become.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens für die Herstellung von gereinigtem Siliziumdioxid für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung kann daher

  • i) Schritt a) die Verwendung eines Gemisches aus Fluorwasserstoffsäure und Siliziumfluorsäure umfassen;
  • ii) Schritt b) das Inkontaktbringen des Siliziumtetrafluorids mit der Siliziumfluorsäure umfassen;
  • iii) Schritt c) das Hydrolysieren eines ersten Teils des Siliziumtetrafluorids aus Schritt b) unter Nutzung von Dampf für das Herstellen von gereinigtem Siliziumdioxid umfassen; und
  • iv) das Verfahren kann zusätzlich umfassen:
  • • das Hydrolysieren eines zweiten Teils des Siliziumtetrafluorids aus Schritt b) zur Erzeugung von Siliziumfluorsäure und gereinigtem Siliziumdioxid, wobei die Siliziumfluorsäure beim Schritt b) genutzt wird, und
  • • Umwandlung der Siliziumfluorsäure aus Schritt b) zu Wasserstofffluorid und Siliziumtetrafluorid und Trocknen des Wasserstofffluorids und des Siliziumtetrafluorids, wobei das Wasserstofffluorid genutzt wird, um die bei Schritt a) genutzte Fluorwasserstoffsäure zu erzeugen, und das Siliziumtetrafluorid genutzt wird, entweder um Siliziumtetrafluorid für die Verwendung beim Schritt a) zu erzeugen oder um das bei Schritt a) erzeugte Siliziumtetrafluorid zu ergänzen, oder für beides.
In one embodiment of the process for the preparation of purified silica for use in the present invention, therefore
  • i) step a) comprise the use of a mixture of hydrofluoric acid and silicon fluoric acid;
  • ii) step b) comprising contacting the silicon tetrafluoride with the silicon fluoric acid;
  • iii) step c) hydrolyzing a first part the silicon tetrafluoride from step b) using steam to produce purified silica; and
  • iv) the method may additionally include:
  • Hydrolyzing a second part of the silicon tetrafluoride from step b) to produce silicon fluoric acid and purified silicon dioxide, the silicon fluoric acid being used in step b), and
  • Conversion of the silicon fluoric acid from step b) to hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride and drying the hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride, wherein the hydrogen fluoride is utilized to generate the hydrofluoric acid used in step a) and the silicon tetrafluoride is used, either silicon tetrafluoride for use in the Step a) or to supplement the silicon tetrafluoride produced in step a), or both.

Die Partikelgröße des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Siliziumdioxids liegt gemeinhin im Durchmesserbereich von zirka 10 bis zirka 2.000 Mikrometer. Gewöhnlich sind Siliziumdioxidpartikel nicht sphärisch. Somit kann in diesem Kontext „Durchmesser” auf eine maximale Partikel-Querausdehnung oder auf eine minimale Partikel-Querausdehnung oder auf eine mittlere Partikel-Querausdehnung oder auf einen hydrodynamischen Durchmesser verweisen. Der Durchmesser kann im Bereich von zirka 10 bis zirka 2.000 Mikrometer liegen, oder von zirka 10 bis 1.000, 10 bis 500, 10 bis 200, 10 bis 100, 10 bis 50, 10 bis 20, 50 bis 2.000, 100 bis 2.000, 500 bis 2.000, 1.000 bis 2.000, 1.500 bis 2.000, 50 bis 1.000, 50 bis 500, 50 bis 200, 100 bis 1.000, 100 bis 500 oder 500 bis 1.000 Mikrometer, zum Beispiel zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000, 1.100, 1.200, 1.300, 1.400, 1.500, 1.600, 1.700, 1.800, 1.900 oder 2.000 Mikrometer, oder er kann größer als zirka 2.000 Mikrometer sein. Der hier beschriebene Durchmesser kann für einen mittleren (Zifferndurchschnitt oder Gewichtsdurchschnitt) Durchesser oder einen maximalen Durchmesser stehen.The Particle size of the present invention used silicon dioxide is commonly in the diameter range from about 10 to about 2,000 microns. Usually are Silica particles not spherical. Thus, in this Context "diameter" to a maximum cross-section of particles or to a minimum transverse particle size or to a middle particle size Particle transverse extent or to a hydrodynamic diameter refer. The diameter can be in the range of about 10 to about 2,000 microns, or from about 10 to 1,000, 10 to 500, 10 to 200, 10 to 100, 10 to 50, 10 to 20, 50 to 2,000, 100 to 2,000, 500 to 2,000, 1,000 to 2,000, 1,500 to 2,000, 50 to 1,000, 50 to 500, 50 to 200, 100 to 1,000, 100 to 500 or 500 up to 1,000 microns, for example, about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1,000, 1,100, 1,200, 1,300, 1,400, 1,500, 1,600, 1,700, 1,800, 1,900 or 2,000 microns, or he can get bigger be about 2,000 microns. The diameter described here may be for a medium (number average or weight average) diameter or a maximum diameter.

Die Siliziumdioxidzuführung zur Reaktionskammer wird gewöhnlich etwas mitgerissenes Gas enthalten, welches das Gas sein wird, das genutzt wird, um das Siliziumdioxid im Siliziumdi oxidlagerbehälter abzudecken. Es ist vorzuziehen, dass dieses Gas ein nicht-oxidierendes Gas ist, da das Vorhandensein eines oxidierenden Gases eine Extramenge an Reduktionsgas während der Reduktion des Siliziumdioxids verbrauchen würde. Somit kann der Siliziumdioxidlagerbehälter mit einem nicht-oxidierenden Gas, optional einem Reduktionsgas, abgedeckt sein, zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Argon, Helium oder einer Kombination derselben. Wenn das Siliziumdioxid vor Ort hergestellt wird und als produziertes Siliziumdioxid anstatt als gelagertes Siliziumdioxid verwendet wird, kann jedes der oben erwähnten nicht-oxidierenden Gase, optional Reduktionsgase, dafür genutzt werden, das Siliziumdioxid zur Reaktionskammer zu befördern.The Silica feed to the reaction chamber usually becomes contain some entrained gas, which will be the gas that is used to the silicon dioxide in Siliziumdi oxide storage tank cover. It is preferable that this gas is a non-oxidizing Gas is an extra amount because of the presence of an oxidizing gas Reduction gas during the reduction of the silicon dioxide would consume. Thus, the silicon dioxide storage container with a non-oxidizing gas, optionally a reducing gas, be covered, for example nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, Argon, helium or a combination thereof. If the silicon dioxide produced locally and as produced silicon dioxide instead As stored silica is used, any of the above mentioned non-oxidizing gases, optionally reducing gases, be used for the silicon dioxide to the reaction chamber to transport.

Die Erfindung stellt ebenfalls Silizium bereit, das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt wird. Das Silizium kann eine Reinheit von zumindest 99,9 Gewichtsprozent haben. Die Reinheit kann zumindest bei zirka 99,9 Gewichtsprozent liegen, oder es kann zumindest 99,95, 99,99, 99,995 oder 99,999% rein sein, und die Reinheit kann bei zirka 99,9, 99,91, 99,92, 99,93, 99,94, 99,95, 99,96, 99,97, 99,98, 99,99, 99,991, 99,992, 99,993, 99,994, 99,995, 99,996, 99,997, 99,998, 99,999, 99,9995 oder 99,9999% liegen. Es kann von einer ausreichend hohen Reinheit für die Verwendung in der Halbleiterindustrie sein. Um diese Reinheit zu erreichen, ist es nicht nur notwendig zu gewährleisten, dass das Siliziumdioxid von ausreichend hoher Reinheit ist, sondern auch, dass der Reaktor für die Herstellung des Siliziums aus Materialien hergestellt ist, die das Silizium, wenn es hergestellt worden ist, nicht verschmutzen. Diese Materialien können Metalle einschließen, zum Beispiel Stahl, rostfreien Stahl, Titan etc., welche das vom Raktor produzierte Silizium nicht verschmutzen. Die Materialien können vorbehandelt werden, zum Beispiel gewaschen, erwärmt etc. werden, um potenzielle Verschmutzungsstoffe zu entfernen oder zu reduzieren.The The invention also provides silicon prepared according to the Method of the invention is produced. The silicon can be one Have purity of at least 99.9 weight percent. The purity can be at least about 99.9 percent by weight, or it can at least 99.95, 99.99, 99.995 or 99.999% pure, and purity can be at about 99.9, 99.91, 99.92, 99.93, 99.94, 99.95, 99.96, 99.97, 99.98, 99.99, 99.991, 99.992, 99.993, 99.994, 99.995, 99.996, 99.997, 99.998, 99.999, 99.9995 or 99.9999%. It may be sufficient of one high purity for use in the semiconductor industry be. Not only is it necessary to achieve this purity to ensure that the silica of sufficient high purity, but also that the reactor for The production of silicon is made from materials that the silicon, once it has been produced, does not pollute it. These materials can include metals, For example, steel, stainless steel, titanium, etc., which the from Raktor does not pollute silicon. The materials can be pretreated, for example washed, heated etc. be used to remove or contaminate potential pollutants to reduce.

Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen Reaktor bereit, der für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignet ist. Der Reaktor umfasst eine Kohlenstoffoxidationskammer und eine Reaktionskammer, die mit der Kohlenstoffoxidationskammer in Verbindung steht. Die Reaktionskammer ist ausgestattet mit einem Temperaturregler für das Regeln der Temperatur innerhalb der Reaktionskammer, und sie hat eine Siliziumdioxideinlassöffnung und eine Siliziumauslassöffnung.The The present invention also provides a reactor which for carrying out the process of the invention suitable is. The reactor comprises a carbon oxidation chamber and a reaction chamber connected to the carbon oxidation chamber communicates. The reaction chamber is equipped with a Temperature controller for regulating the temperature inside the reaction chamber, and it has a silicon dioxide inlet and a silicon outlet opening.

Die Kohlenstoffoxidationskammer umfasst eine Einlassöffnung für die Aufnahme von Kohlenstoff und/oder Sauerstoff, und sie kann separate Einlassöffnungen für Kohlenstoff und für Sauerstoff haben. Sie kann ebenfalls eine Einlassöffnung oder eine andere Vorrichtung für die Aufnahme eines Verdünnungsgases in die Kohlenstoffoxidationskammer umfassen. Alternativ kann die Einlassöffnung für das Verdünnungsgas, falls vorhanden, so angeordnet werden, dass das Verdünnungsgas mit dem Oxidationsprodukt kombiniert werden kann, welches aus dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff in der Kohlenstoffoxidationskammer erhalten wird. Die Kohlenstoffoxidationskammer kann erwärmt werden, um die Umwandlung von darin befindlichem Kohlenstoff und Siliziumdioxid zu Kohlenmonoxid zu ermöglichen. Somit kann der Reaktor eine Heizvorrichtung für das Erwärmen der Kohlenstoffoxidationskammer umfassen. Er kann einen Regler für das Regeln der Temperatur der Kohlenstoffoxidationskammer umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umgibt die Kohlenstoffoxidationskammer zumindest zum Teil die Reaktionskammer. Bei dieser Gestaltungsform kann Wärme, welche in der Oxidationskammer durch die teilweise Oxidation von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid erzeugt wird, genutzt werden, um die Reaktionskammer zu erwärmen, optional mit Hilfe eines zwischengeschaltetes Wärmespeichermate rials, wie zum Beispiel Graphit. Ein Vorteil von Graphit als Wärmespeichermaterial ist, dass er einen hohen Schmelzpunkt aufweist und eine hohe Heizkapazität und eine mit zunehmender Temperatur zunehmende Heizkapazität hat. Es versteht sich, dass andere Materialien mit einer hohen Heizkapazität ebenfalls zum Einsatz kommen können. Es wird bevorzugt, dass die Außenseite der Oxidationskammer gut zu isolieren ist, um Wärmeverlust durch Strahlung zu minimieren. Dies verbessert ebenfalls die Sicherheit des Reaktors. Eine geeignete Gestaltungsform involviert eine Oxidationskammer mit einem ringförmigen Querschnitt, die eine Reaktionskammer im Kern der Ringform umgibt. Somit kann die Oxidationskammer ein Zylinder mit einem hohlen Kern sein, welcher die Reaktionskammer enthält. Es versteht sich, dass der Querschnitt der Oxidationskammer eine quadratische, rechteckige, fünfeckige, sechseckige usw. Form haben kann, mit einem Kernbereich für die Reaktionskammer.The carbon oxidation chamber includes an inlet port for receiving carbon and / or oxygen, and may have separate carbon and oxygen inlet ports. It may also include an inlet port or other device for receiving a diluent gas into the carbon oxidation chamber. Alternatively, the diluent gas inlet port, if present, may be arranged so that the diluent gas may be combined with the oxidation product obtained from the carbon and oxygen in the carbon oxidation chamber. The carbon oxidation chamber may be heated to facilitate the conversion of carbon and silica therein to carbon monoxide. Thus, the reactor may be a heater for the Heating the carbon oxidation chamber. It may include a regulator for controlling the temperature of the carbon oxidation chamber. In some embodiments, the carbon oxidation chamber at least partially surrounds the reaction chamber. In this design, heat generated in the oxidation chamber by the partial oxidation of carbon to carbon monoxide can be used to heat the reaction chamber, optionally with the aid of an intermediate heat storage material, such as graphite. An advantage of graphite as a heat storage material is that it has a high melting point and high heating capacity and increasing heating capacity with increasing temperature. It is understood that other materials with a high heating capacity can also be used. It is preferred that the outside of the oxidation chamber be well insulated to minimize heat loss by radiation. This also improves the safety of the reactor. A suitable design involves an oxidation chamber having an annular cross-section surrounding a reaction chamber in the core of the ring mold. Thus, the oxidation chamber may be a cylinder having a hollow core containing the reaction chamber. It is understood that the cross section of the oxidation chamber may have a square, rectangular, pentagonal, hexagonal, etc. shape with a core region for the reaction chamber.

Der Temperaturregler für das Regeln der Temperatur der Kohlenstoffoxidationskammer kann der gleiche sein wie derjenige für das Regeln der Temperatur im Inneren der Reaktionskammer. Die Reaktionskammer kann sich innerhalb oder zum Teil innerhalb eines Heizblockes befinden. Die Kohlenstoffoxidationskammer kann sich innerhalb oder zum Teil innerhalb eines Heizblockes befinden, welcher der gleiche oder anders sein kann als der Heizblock, in dem sich die Reaktionskammer befindet. Somit befinden sich bei einer Ausführungsform sowohl die Reaktionskammer als auch die Kohlenstoffoxidationskammer innerhalb eines Heizblockes. Der Heizblock kann einen Temperaturregler für das Regeln der Temperatur des Heizblockes und damit für das Regeln der Temperatur innerhalb der Reaktionskammer und innerhalb der Kohlenstoffoxidationskammer aufweisen. Die Temperatur des Heizblockes kann durch einen Heizblockregler geregelt werden, welcher zum Beispiel einen Thermostat, ein elektrisches Heiz element, eine nicht-elektrische Heizvorrichtung und/oder andere Komponenten umfassen kann. Der Heizblock kann zweckmäßigerweise Kohlenstoff, zum Beispiel Graphit, als ein Wärmespeichermedium umfassen.Of the Temperature controller for controlling the temperature of the carbon oxidation chamber can be the same as the one for regulating the temperature inside the reaction chamber. The reaction chamber can be inside or partly within a heating block. The carbon oxidation chamber may be inside or partly within a heating block, which may be the same or different than the heating block, in the reaction chamber is located. Thus are with a Embodiment, both the reaction chamber and the Carbon oxidation chamber within a heating block. The heating block can a temperature controller for regulating the temperature of the Heating block and thus for the regulation of the temperature within the reaction chamber and within the carbon oxidation chamber exhibit. The temperature of the heating block can be controlled by a heating block regulator which, for example, a thermostat, an electric Heating element, a non-electric heater and / or others Components may include. The heating block can expediently Carbon, for example graphite, as a heat storage medium.

Der Reaktor kann ein Siliziumdioxidzuführungssystem für die Bereitstellung von Siliziumdioxid an die Reaktionskammer umfassen. Das Siliziumdioxidzuführungssystem kann mit der Siliziumdioxideinlassöffnung der Reaktionskammer in Verbindung stehen. Das Siliziumdioxidzuführungssystem kann einen Siliziumdioxidlagerbehälter oder einen Siliziumdioxiderzeuger umfassen, zum Beispiel einen Erzeuger von Siliziumdioxid hoher Reinheit oder einen Siliziumdioxidreiniger. Das Siliziumdioxidzuführungssystem kann optional eine Vorrichtung für das Reduzieren der Partikelgröße umfassen (zum Beispiel einen Zerkleinerer, ein Brechwerk, ein Mahlwerk usw.), für das Verringern der Partikelgröße des Siliziumdioxids auf eine Größe, die geeignet für eine Zuführung für das Verfahren ist. Das Siliziumdioxidzuführungssystem kann ebenfalls einen Siliziumdioxidvorwärmer umfassen. Energie für den Vorwärmer kann bereitgestellt werden durch heißes Abgas aus der Reaktionskammer oder durch heißes oxidiertes Abgas aus der Abgas-Oxidationskammer oder durch beide. Das Siliziumdioxidzuführungssystem kann ebenfalls eine oder mehr geeignete Förderanlagen, falls erforderlich, für den Transport des Siliziumdioxids von der Siliziumdioxidquelle zum Siliziumdioxidvorwärmer und vom Siliziumdioxidvorwärmer zur Reaktionskammer umfassen. Die Förderanlagen können geeignete Rohre, Schläuche und Fördervorrichtungen umfassen. Förderanlagen können Förderbänder, Schneckenförderer und/oder andere geeignete Vorrichtungen umfassen.Of the Reactor may be a silica feed system for comprise the provision of silicon dioxide to the reaction chamber. The silica delivery system may communicate with the silica inlet port the reaction chamber communicate. The silica delivery system may be a silicon dioxide storage container or a silicon dioxide generator include, for example, a generator of high purity silica or a silicon dioxide cleaner. The silica delivery system Optionally, a device for reducing the particle size include (for example, a crusher, a crusher, a grinder etc.), for reducing the particle size of the silica to a size suitable for a feeder for the process is. The silica delivery system can also a silicon dioxide preheater. Energy for the preheater can be provided by hot Exhaust gas from the reaction chamber or by hot oxidized Exhaust gas from the exhaust gas oxidation chamber or both. The silica delivery system may also have one or more suitable conveyors, if necessary, for the transport of silicon dioxide from the silica source to the silicon dioxide preheater and from the silicon dioxide preheater to the reaction chamber. The conveyors can be suitable pipes, hoses and conveying devices. conveyors can conveyers, screw conveyors and / or other suitable devices.

Die Siliziumauslassöffnung der Reaktionskammer kann mit einer Siliziumsammelkammer für das Sammeln des Siliziums, das in der Reaktionskammer erzeugt, in Verbindung stehen. Zweckmäßigerweise befindet sich die Siliziumauslassöffnung am oder nahe dem Boden der Reaktionskammer, und die Siliziumsammelkammer befindet sich unterhalb der Siliziumauslassöffnung, so dass in der Reaktionskammer erzeugtes geschmolzenes Silizium mittels Schwerkraft durch die Siliziumauslassöffnung zur Siliziumsammelkammer passieren kann. Die Siliziumsammelkammer kann ebenfalls bei einer Temperatur des Schmelzpunktes von Silizium oder oberhalb desselben gehalten werden, um das Silizium im geschmolzenen oder flüssigen Zustand zu halten. Sie kann mit einer Heizvorrichtung und/oder einer geeigneten Isolierung ausgestattet sein, um sie auf dieser Temperatur zu halten.The Silicon outlet opening of the reaction chamber can with a Silicon storage chamber for collecting silicon, the generated in the reaction chamber, communicate. Conveniently, the silicon outlet is at or near the silicon outlet Bottom of the reaction chamber, and the silicon collection chamber is located extending below the silicon outlet opening so that in the Reaction chamber produced molten silicon by gravity through the silicon outlet opening to the silicon collection chamber can happen. The silicon collecting chamber can also be at a Temperature of the melting point of silicon or above it held to the silicon in molten or liquid To maintain state. It can with a heater and / or a be equipped with suitable insulation to keep them at that temperature to keep.

Der Reaktor kann ebenfalls einen Entgaser für das Entgasen des Siliziums, nachdem es die Reaktionskammer verlassen hat, umfassen. Der Entgaser kann an der Siliziumsammelkammer angebracht werden, so dass das Silizium entgast wird, während es sich im flüssigen Zustand befindet. Der Entgaser kann zweckmäßigerweise eine Pumpe umfassen, welche den Druck auf das flüssige Silizium beim Vorgang von dessen Übertragung von der Siliziumsammelkammer, zum Beispiel zu einer Erstarrungsvorrichtung, für die Umwandlung des entgasten geschmolzenen Siliziums zu festem Silizium verringert.The reactor may also include a degasser for degassing the silicon after it leaves the reaction chamber. The degasifier may be attached to the silicon collection chamber so that the silicon is degassed while in the liquid state. The degasser may conveniently comprise a pump which controls the pressure on the liquid silicon in the process of its transfer from the silicon collection chamber, for example to a solidification device, for the conversion of the degassed ge reduced silicon to solid silicon.

Der Reaktor kann ebenfalls einen Siliziumdioxidvorwärmer für das Vorwärmen des Siliziumdioxids umfassen, ehe das Siliziumdioxid in die Reaktionskammer eintritt, und/oder zumindest einen Vorwärmer für das Vorwärmen von entweder dem Kohlenstoff oder dem Sauerstoff oder von beiden. Einer der Vorwärmer oder beide Vorwärmer können einen Wärmetauscher für die Übertragung von Wärme vom Abgas und/oder dem oxidierten Abgas auf das Siliziumdioxid und/oder auf den Kohlenstoff und/oder auf den Sauerstoff umfassen. Der Reaktor kann eine geeignete Rohrleitung für das Leiten von Abgas aus der Reaktionskammer oder von oxidiertem Abgas, welches durch Oxidation des Abgases erhalten wurde, zu zumindest einem dieser Vorwärmer umfassen. Der Vorwärmer für das Vorwärmen des Sauerstoffs kann geeignet sein für das Erwärmen des Sauerstoffs auf eine geeignete Temperatur für die Oxidation von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oder auf eine Temperatur unterhalb der Oxidationstemperatur für Kohlenstoff. Er kann den Sauerstoff auf eine Temperatur von zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 oder mehr als zirka 100°C unterhalb der Oxidationstemperatur für Kohlenstoff erwärmen. In ähnlicher Weise kann der Vorwärmer für das Vorwärmen des Kohlenstoffs geeignet sein für das Erwärmen des Kohlenstoffs auf eine geeignete Temperatur für die Oxidation von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oder auf eine Temperatur unterhalb der Oxidationstemperatur für Kohlenstoff. Er kann den Kohlenstoff auf eine Temperatur von zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 oder mehr als zirka 100°C unterhalb der Oxidationstemperatur für Kohlenstoff erwärmen. Der Vorwärmer für das Vorwärmen des Siliziumdioxids kann geeignet sein für das Vorwärmen des Siliziumdioxids auf eine Temperatur von zirka derjenigen, die für die Reaktion des Siliziumdioxids mit Kohlenmonoxid für die Erzeugung des Siliziums erforderlich ist, oder auf eine Temperatur von zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 oder mehr als zirka 100°C unterhalb jener Temperatur.Of the Reactor may also have a silicon dioxide preheater for preheating the silica before the silicon dioxide enters the reaction chamber, and / or at least one preheater for preheating either the carbon or the oxygen or both. One of the preheaters or both preheaters can have a heat exchanger for the transfer of heat from the exhaust gas and / or the oxidized exhaust gas to the silica and / or on include the carbon and / or the oxygen. The reactor can be a suitable conduit for the discharge of exhaust gas from the reaction chamber or from oxidized exhaust gas passing through Oxidation of the exhaust gas was obtained, at least one of these Include preheater. The preheater for the preheating of the oxygen may be suitable for heating the oxygen to a suitable temperature for the oxidation of carbon to carbon monoxide or to a temperature below the oxidation temperature for carbon. He can bring the oxygen to a temperature of about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 or more than about 100 ° C below to heat the oxidation temperature for carbon. Similarly, the preheater for the preheating of the carbon be suitable for heating the carbon to a suitable temperature for the oxidation of carbon to carbon monoxide or on a temperature below the oxidation temperature for Carbon. He can bring the carbon to a temperature of about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 or more than about 100 ° C Heat below the oxidation temperature for carbon. The preheater for preheating the silicon dioxide can be suitable for preheating the silicon dioxide to a temperature of about the one responsible for the reaction of silica with carbon monoxide for generation of the silicon is required, or to a temperature of about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 or more than about 100 ° C below that temperature.

Eine Abgas-Oxidationskammer kann bereitgestellt werden für das Oxidieren von Kohlenmonoxid in Abgas aus der Reaktionskammer zu Kohlendioxid, um oxidiertes Abgas zu erzeugen. Durchflussregler können ebenfalls für das Regeln des Durchflusses von einem oder mehr des Kohlenstoffs, des Sauerstoffs und des Siliziumdioxids bereitgestellt werden. Eine Wärmespeichereinheit kann bereitgestellt werden, die in thermischer Verbindung mit der Reaktionskammer steht.A Exhaust gas oxidation chamber may be provided for the Oxidizing carbon monoxide in exhaust gas from the reaction chamber too Carbon dioxide to produce oxidized exhaust gas. Flow Controllers can also for regulating the flow one or more of the carbon, the oxygen and the silicon dioxide to be provided. A heat storage unit may be provided which is in thermal communication with the reaction chamber.

Durch die Verwendung von Siliziumdioxid und Kohlenstoff, beide mit einem sehr hohen Reinheitsgrad, ist es möglich, durch direkte Reduktion bei zirka der Schmelztemperatur von Silizium, Siliziummetall mit einem vergleichbar hohen Reinheitsgrad zu produzieren.By the use of silica and carbon, both with one very high degree of purity, it is possible by direct Reduction at about the melting temperature of silicon, silicon metal to produce with a comparably high degree of purity.

Demgemäß kann ein Reaktor für die Herstellung von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich ein System für das Reinigen von Siliziumdioxid umfassen. Somit kann er ein System für das Reinigen von Siliziumdioxid umfassen, welches umfasst:

  • a) einen Reaktor für die Umwandlung des Siliziumdioxids in Siliziumtetraf1uorid;
  • b) einen ersten Reiniger für das Reinigen des Siliziumtetrafluorids unter Nutzung eines Reinigungsmittels; und
  • c) eine Hydrolysevorrichtung (zum Beispiel eine Hochtemperaturhydrolysevorrichtung) für das Hydrolysieren des Siliziumtetrafluorids zur Herstellung von gereinigtem Siliziumdioxid, optional bei einer Temperatur, bei der Siliziumfluorsäure instabil ist.
Accordingly, a reactor for the production of silica according to the present invention may additionally comprise a system for purifying silica. Thus, it may comprise a system for purifying silica which comprises:
  • a) a reactor for the conversion of silicon dioxide into Siliciumtetraf1uorid;
  • b) a first cleaner for purifying the silicon tetrafluoride using a cleaning agent; and
  • c) a hydrolysis device (for example, a high temperature hydrolysis device) for hydrolyzing the silicon tetrafluoride to produce purified silica, optionally at a temperature at which silicon fluoric acid is unstable.

Das System kann zusätzlich umfassen:

  • d) eine Niedrigtemperaturhydrolysevorrichtung für das Hydrolysieren eines Teils der gereinigten hydrolysierbaren Siliziumart vom ersten Reiniger, für die Herstellung des Reinigungsmittels und des Siliziumdioxids und
  • e) eine Ablenkvorrichtung für das Ablenken des Teils der gereinigten hydrolysierbaren Siliziumart zur Niedrigtemperaturhydrolysevorrichtung.
The system may additionally include:
  • d) a low temperature hydrolysis apparatus for hydrolyzing a portion of the purified hydrolyzable silicon species from the first cleaner, for the preparation of the detergent and the silica, and
  • e) a deflector for deflecting the portion of the purified hydrolyzable silicon species to the low temperature hydrolysis apparatus.

Der erste Reiniger kann ein Mehrstufen-Gegenstromreiniger sein. Das System kann ebenfalls einen zweiten Reiniger umfassen, zum Beispiel ein Destilliergerät, für das Entfernen von Verunreinigungen aus dem Reinigungsmittel. Der zweite Reiniger kann ebenfalls einen Wasserentferner umfassen. Ein Reiniger-Recyclingsystem kann ebenfalls bereitgestellt werden, um gereinigte Ausgabe aus dem zweiten Reiniger zum Reaktor zu leiten. Das System kann zusätzlich einen Erzeuger von Dampf hoher Reinheit für das Erzeugen von Dampf hoher Reinheit umfassen, wobei der Erzeuger von Dampf hoher Reinheit mit der Hochtemperaturhydrolysevorrichtung für die Bereitstellung von Dampf hoher Reinheit an die Hochtemperaturhydrolysevorrichtung in Verbindung steht. Es kann weiterhin ein Reinigungsmittelzuführungssystem für das Leiten des Reinigungsmittels von der zweiten Hydrolysevorrichtung zum ersten Reiniger umfassen.Of the first cleaner can be a multi-stage countercurrent cleaner. The System may also include a second cleaner, for example a distiller, for the removal of impurities from the detergent. The second cleaner can also have one Include water remover. A cleaner recycling system can also be provided to purified issue from the second cleaner to lead to the reactor. The system can also have one Producer of high purity steam for generating High purity steam, wherein the producer of steam is high Purity with the high temperature hydrolysis apparatus for the provision of high purity steam to the high temperature hydrolysis apparatus communicates. It may also be a detergent delivery system for passing the detergent from the second hydrolysis device to the first cleaner.

Das System kann zusätzlich eines oder beides der folgenden umfassen:

  • f) eine Waschvorrichtung für das Waschen des gereinigten Siliziumdioxids; und
  • g) ein Trockengerät für das Trocknen des gereinigten Siliziumdioxids.
The system may additionally include one or both of the following:
  • f) a washing device for washing the purified silica; and
  • g) a drying device for drying the purified silica.

Die Hochtemperaturhydrolysevorrichtung kann eine Siliziumdioxideinlassöffnung umfassen. Ein Vortrockner kann bereitgestellt werden für das Vortrocknen des Siliziumdioxids, ehe das Siliziumdioxid in den Reaktor eintritt. Das System kann zusätzlich umfassen:

  • • eine Niedrigtemperaturhydrolysevorrichtung für das Hydrolysieren eines zweiten Teils des gereinigten Siliziumtetrafluorids aus dem ersten Reiniger, um Siliziumfluorsäure und Siliziumdioxid herzustellen;
  • • eine Ablenkvorrichtung für das Ablenken des Teils des gereinigten Siliziumtetrafluorids zur Niedrigtemperaturhydrolysevorrichtung;
  • • ein Destilliergerät für das Entfernen von Verunreinigungen aus der Siliziumfluorsäure vom ersten Reiniger und für das Umwandeln der Siliziumfluorsäure zu Wasserstofffluorid und Siliziumtetrafluorid;
  • • ein Trockengerät für das Entfernen von Wasser aus dem Wasserstofffluorid und dem Siliziumtetrafluorid aus dem Destilliergerät; und
  • • ein Reiniger-Recyclingsystem für das Leiten von Wasserstofffluorid und Siliziumtetrafluorid vom Trockengerät zum Reaktor.
The high temperature hydrolysis apparatus may comprise a silicon dioxide inlet port. A pre-dryer can be provided for the Pre-drying the silica before the silicon dioxide enters the reactor. The system may additionally include:
  • A low temperature hydrolysis device for hydrolyzing a second portion of the purified silicon tetrafluoride from the first purifier to produce silicon fluoric acid and silica;
  • A deflector for deflecting the portion of the purified silicon tetrafluoride to the low temperature hydrolysis apparatus;
  • A distiller for removing impurities from the silicon fluoric acid from the first purifier and for converting the silicon fluoric acid to hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride;
  • A drying device for removing water from the hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride from the distiller; and
  • A cleaner recycling system for passing hydrogen fluoride and silicon tetrafluoride from the dryer to the reactor.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden, lediglich beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.A preferred embodiment of the present invention in the following, by way of example only, with reference to the accompanying drawings described.

Es zeigt:It shows:

1 eine graphische, schematische Darstellung des Verfahrens und des Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 a graphical, schematic representation of the method and the reactor according to the present invention.

Ein geeigneter Reaktor 10 für die Herstellung von Silizium gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 1 gezeigt. In 1 umfasst der Reaktor 10 eine Kohlenstoffoxidationskammer 20, die mit einer Reaktionskammer 30 in Verbindung steht. Die Oxidationskammer 20 ist mit einer Sauerstoffeinlassöffnung 35 und einer Kohlenstoffeinlassöffnung 40 ausgestattet. Die Reaktionskammer 30 ist ausgestattet mit einem Temperaturregler 50, mit einer Einlassleitung 55 und einer Auslassleitung 60 für das Leiten eines Wärmeübertragungsmaterials zum Regler 50 und weg von diesem, um die Temperatur der Reaktionskammer 30 zu regeln. Die Reaktionskammer 30 hat ebenfalls eine Siliziumdi oxideinlassöffnung 70, eine Siliziumauslassöffnung 75 und eine Abgasauslassöffnung 80. Die Siliziumauslassöffnung 75 steht mit einer Siliziumsammelkammer 90 in Verbindung. Die Sammelkammer 90 ist mit einer Pumpe 100 ausgestattet, die sowohl dazu dienen kann, geschmolzenes Silizium zu entgasen, nachdem es die Reaktionskammer 30 verlassen hat als auch dazu, dieses aus dem Reaktor 10 (das heißt aus der Sammelkammer 90 des Reaktors 10) herauszupumpen. Die Oxidationskammer 20, die Reaktionskammer 30 und die Sammelkammer 90 befinden sich alle innerhalb eines Heizblocks 110, zweckmäßigerweise ein Block aus Kohlenstoff, um die Temperatur in diesen Kammern aufrechtzuerhalten. Der Block 110 wird temperaturgeregelt mit Hilfe des Reglers 50. Kohlenstoff ist besonders geeignet als ein Material für die Verwendung im Heizblock 110, auf Grund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und seiner sich mit der Temperatur erhöhenden Heizkapazität.A suitable reactor 10 for the production of silicon according to the present invention is described in 1 shown. In 1 includes the reactor 10 a carbon oxidation chamber 20 that with a reaction chamber 30 communicates. The oxidation chamber 20 is with an oxygen inlet opening 35 and a carbon inlet port 40 fitted. The reaction chamber 30 is equipped with a temperature controller 50 , with an inlet pipe 55 and an outlet conduit 60 for passing a heat transfer material to the regulator 50 and away from this, to the temperature of the reaction chamber 30 to regulate. The reaction chamber 30 also has a silicon dioxide inlet port 70 , a silicon outlet 75 and an exhaust outlet opening 80 , The silicon outlet opening 75 stands with a silicon collection chamber 90 in connection. The collection chamber 90 is with a pump 100 equipped, which can serve both to degas molten silicon after it enters the reaction chamber 30 has left as well as to this from the reactor 10 (that is, from the collection chamber 90 of the reactor 10 ) to pump out. The oxidation chamber 20 , the reaction chamber 30 and the collection chamber 90 they are all inside a heating block 110 Conveniently, a block of carbon to maintain the temperature in these chambers. The block 110 is temperature controlled by the regulator 50 , Carbon is particularly suitable as a material for use in the heating block 110 , due to its high thermal conductivity and temperature-increasing heating capacity.

Der Reaktor 10 umfasst ebenfalls ein Siliziumdioxidzuführungssystem 120. Das Zuführungssystem 120 umfasst einen Siliziumdioxidlagerbehälter 125 und einen Siliziumdioxidvorwärmer 130, zusammen mit Fördervorrichtungen 135 und 140 für das Befördern von Siliziumdioxid vom Behälter 125 zum Vorwärmer 130 bzw. vom Vorwärmer 130 zur Einlassöffnung 70. Die Fördervorrichtungen 135 und 140 sind zweckmäßigerweise Fördervorrichtungen des Schneckentyps, welche es ermöglichen, dass Siliziumdioxid vom Behälter 125 in die Reaktionskammer 30 zu befördern, wobei es Verschmutzungsstoffen, zum Beispiel aus der Atmosphäre, minimal ausgesetzt wird. In ähnlicher Weise ist der Lagerbehälter 125 so gestaltet, dass eine Verschmutzung des Zuführungs-Siliziumdioxids hoher Reinheit in diesem vermieden wird. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Lagerbehälter 125 durch eine Vorrichtung für die Erzeugung von Siliziumdioxid hoher Reinheit ersetzt werden, wodurch das Siliziumdioxid dem Zuführungssystem 120 kontinuierlich zugeführt wird, so wie es erzeugt wird.The reactor 10 also includes a silica delivery system 120 , The delivery system 120 includes a silica storage container 125 and a silicon dioxide preheater 130 , together with conveyors 135 and 140 for conveying silica from the container 125 to the preheater 130 or from the preheater 130 to the inlet opening 70 , The conveyors 135 and 140 are expediently conveyor devices of the screw type, which allow the silicon dioxide from the container 125 in the reaction chamber 30 transporting pollutants, for example from the atmosphere, to a minimum. Similarly, the storage container 125 designed so as to avoid contamination of the high purity silica feed therein. In some embodiments of the invention, the storage container 125 be replaced by a device for the production of high purity silica, whereby the silica the feed system 120 is fed continuously as it is generated.

Der Reaktor 10 umfasst ebenfalls ein Kohlenstoffzuführungssystem 150, das einen Kohlenstofflagerbehälter 160 umfasst, das angeordnet ist für die Zuführung von Kohlenstoff zu einem Kohlenstoffvorwärmer 170. Ein Sauerstoffzuführungssystem 180 umfasst eine Sauerstoffquelle 190, die angeordnet ist für die Zuführung von Sauerstoff zu einem Sauerstoffvorwärmer 200. Die Sauerstoffquelle 190 kann ein Sauerstoffbehälter sein, oder sie kann ein Sauerstofferzeuger, zum Beispiel ein Sauerstofferzeuger auf der Basis einer Membran oder einer Chemikalie sein.The reactor 10 also includes a carbon delivery system 150 holding a carbon storage container 160 which is arranged for the supply of carbon to a carbon preheater 170 , An oxygen delivery system 180 includes an oxygen source 190 , which is arranged for the supply of oxygen to an oxygen preheater 200. , The oxygen source 190 may be an oxygen tank, or it may be an oxygen generator, for example a membrane-based oxygen or chemical based oxygen generator.

Der Reaktor 10 umfasst weiterhin eine Abgasoxidationskammer 210 für das Oxidieren von Kohlenmonoxid in Abgas aus der Reaktionskammer 30 zu Kohlendioxid, um oxidiertes Abgas zu erzeugen.The reactor 10 further comprises an exhaust gas oxidation chamber 210 for oxidizing carbon monoxide in exhaust gas from the reaction chamber 30 to carbon dioxide to produce oxidized exhaust gas.

Erscheinungsformen einer Ausführungsform der Erfindung sind wie folgt:

  • 1) Anthrazitkohle kann zu extrem hohen Graden der Reinheit veredelt werden. Unter der Voraussetzung, dass es in Reinsystemen gehandhabt und gelagert wird, kann sie beim Reduktionsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Sie kann im Kohlenstofflagerbehälter 160 gelagert werden.
  • 2) Es ist möglich, Trocken-Siliziumkristalle von extrem hoher Reinheit verfügbar zu haben. Da diese Kristalle scheuernd sind, müssen die Lagerung und die Handhabung mit Sorgfalt erfolgen. Das reine Siliziumdioxid wird wird im Siliziumdioxidlagerbehälter 125 gelagert. Das Siliziumdioxid kann unter Einsatz des Verfahrens der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Reinigung von Siliziumdioxid” erzeugt werden.
  • 3) Der Siliziumdioxidvorwärmer 130 kann mit Siliziumkarbid oder mit einem anderen geeigneten temperaturbeständigen Material ausgekleidet sein. Der Vorwärmer 130 kann mit Hilfe der Verbrennung von Abgasen aus der Reaktionskammer 30 erwärmt werden, um das reine Siliziumdioxid für die Injektion in die Reaktionskammer 30 vorzuwärmen.
  • 4) Der Sauerstoffvorwärmer 200 ist eine Wärmeaustauscheinheit, die für das Vorwärmen des benötigten Verbrennungssauerstoffes ausgelegt ist. Es kann zweckmäßigerweise durch Abgase erwärmt werden, welche die Reaktionskammer 30 verlassen.
  • 5) Der Kohlenstoffvorwärmer 170 ist ein Wärmespeichersystem, das mit glattem Siliziumkarbid oder mit einem anderen wärmbeständigen Material ausgekleidet ist und durch die Verbrennungsabwärme von der Oxidation des Abgases aus der Reaktionskammer 30 erwärmt wird. Der Vorwärmer 170 ist ausgelegt für das Vorwärmen des reinen Kohlenstoffmaterials vor dessen Injektion in die Oxidationskammer 20.
  • 6) Die Oxidationskammer 20 ist ein wichtiger Teil des Systems, in welchem das Gleichgewicht zwischen dem vorgewärmten Kohlenstoff und dem vorgewärmten Sauerstoffgas geregelt wird, um zu gewährleisten, dass keine genügende Menge an Sauerstoff für das Erzeugen von CO2 sowie kein freier Kohlenstoff im Verbrennungszyklus vorhanden sind. Die Oxidationskammer 20 umgibt die Reaktionskammer 30 und leitet ihre Wärme zum Wärmespeichermaterial zwischen der Verbrennungskammer und der Reaktorkammer. Somit kann die Oxidationskammer 30 ringförmig sein, oder sie kann eine ähnliche Form haben, jedoch mit einem rechteckigen, quadratischen, fünfeckigen, sechseckigen oder einem ähnlichen Querschnitt.
  • 7) Die Reaktionskammer 30 wird durch ein Wärmespeichersystem auf eine Temperatur von zirka 1.410°C geregelt. In der Reak torkammer 30 umfasst das Reduktionsgas CO. Das CO reagiert, um O2 aus dem SiO2 zu entfernen, wodurch CO2 erzeugt wird, welches das Silizium frei in hoher Reinheit läßt, um als eine Flüssigkeit in die Sammelkammer 90 über die Auslassöffnung 75 zu fallen.
  • 8) Für die Regelung der Temperatur in der Reaktionskammer 30 auf der korrekten Temperatur für die Reaktion wird eine Graphit-Wärmespeichereinheit 220 verwendet. Diese Einheit wird durch die Oxidation des Kohlenstoffs durch Sauerstoff zu CO in der Oxidationskammer 20 erwärmt, und ihre Wärme wird genau durch den Temperaturregler 50 geregelt.
  • 9) Um die Wärme zurückzuhalten, ist eine Außenfläche 230, welche die Oxidationskammer 20 umgibt, stark isoliert.
  • 10) Das im Verfahren erzeugte Silizium wird in der Sammelkammer 90 unterhalb der Reaktionskammer 30 gesammelt.
  • 11) Da in der Struktur des Siliziums etwas CO oder CO2 vorliegen kann, werden ein Zwischenpumpen, und eine Vakuumgasextraktion eingesetzt, um alle Gase zu entfernen.
  • 12) Da das Verfahren der Erfindung auf der Grundlage von reinem Hochtemperatur-Kohlenmonoxid beruht, das mit dem Siliziumdioxid reagiert, wird ein Überschuss an Kohlenmonoxid im CO2 vorliegen, welches aus der Reaktionskammer 30 austritt. In der Kammer 210 (mit Wärmetauscherfunktion) wird zusätzliche Luft oder Sauerstoff hinzugefügt, die mit dem CO reagiert, um CO2 auszubilden und gleichzeitig dem oxidierten Abgas Wärme hinzufügt, die dann für das Vorwärmen des Siliziumdioxids/Kohlenstoffs/Sauerstoffs, die im Verfahren verwendet werden, genutzt werden kann.
  • 13) Der Temperaturregler 50 ist ein wärmegeregeltes System, das thermisch mit der Reaktionskammer 30 verbunden ist und ei ne verfügbare Wasserkühlung hat, die nach Bedarf durch die Leitungen 55 und 60 verläuft.
  • 14) Um ein reines Produkt aus dem Verfahren zu erzeugen, ist die Innenauskleidung der Oxidationskammer 20, der Reaktionskammer 30 und der Sammelkammer 90 mit Hochqualitäts-Oberflächen-Siliziumkarbid ausgekleidet, das hohe Wärmeübertragungsmerkmale aufweist und so konstruiert werden muss, um sich mit der Wärmespeichereinheit 220 zu verbinden, um eine wirksame Wärmeübertragung zu ermöglichen.
Aspects of an embodiment of the invention are as follows:
  • 1) Anthracite coal can be upgraded to extremely high levels of purity. Provided that it is handled and stored in pure systems, it can be used in the reduction process of the present invention. It can in carbon storage tank 160 be stored.
  • 2) It is possible to have dry silicon crystals of extremely high purity available. This one Crystals are scouring, storage and handling must be done with care. The pure silica will be in the silicon dioxide storage tank 125 stored. The silica may be produced using the method of co-pending application entitled "Purification of Silica".
  • 3) The silicon dioxide preheater 130 may be lined with silicon carbide or another suitable temperature resistant material. The preheater 130 can with the help of the combustion of exhaust gases from the reaction chamber 30 are heated to the pure silica for injection into the reaction chamber 30 preheat.
  • 4) The oxygen preheater 200. is a heat exchange unit designed to preheat the required combustion oxygen. It may conveniently be heated by exhaust gases containing the reaction chamber 30 leave.
  • 5) The carbon preheater 170 is a heat storage system lined with smooth silicon carbide or other heat resistant material and by the waste heat of combustion from the oxidation of the exhaust gas from the reaction chamber 30 is heated. The preheater 170 is designed for preheating the pure carbon material prior to its injection into the oxidation chamber 20 ,
  • 6) The oxidation chamber 20 is an important part of the system in which the balance between the preheated carbon and the preheated oxygen gas is controlled to ensure that there is not enough oxygen to produce CO 2 and no free carbon in the combustion cycle. The oxidation chamber 20 surrounds the reaction chamber 30 and directs its heat to the heat storage material between the combustion chamber and the reactor chamber. Thus, the oxidation chamber 30 be annular, or they may have a similar shape, but with a rectangular, square, pentagonal, hexagonal or a similar cross-section.
  • 7) The reaction chamber 30 is controlled by a heat storage system to a temperature of about 1,410 ° C. In the reactor chamber 30 For example, the reducing gas comprises CO. The CO responds to remove O 2 from the SiO 2, thereby producing CO 2, which can be the silicon-free in high purity to as a liquid into the collection chamber 90 over the outlet opening 75 to fall.
  • 8) For regulating the temperature in the reaction chamber 30 at the correct temperature for the reaction becomes a graphite heat storage unit 220 used. This unit becomes CO in the oxidation chamber due to the oxidation of carbon by oxygen 20 heated, and their heat is precisely through the temperature controller 50 regulated.
  • 9) To retain the heat is an outer surface 230 which the oxidation chamber 20 surrounds, strong isolated.
  • 10) The silicon generated in the process is in the collection chamber 90 below the reaction chamber 30 collected.
  • 11) As there may be some CO or CO 2 in the structure of the silicon, an intermediate pumping and a vacuum gas extraction are used to remove all the gases.
  • 12) Since the process of the invention is based on pure high temperature carbon monoxide which reacts with the silica, there will be an excess of carbon monoxide in the CO 2 coming from the reaction chamber 30 exit. In the chamber 210 (with heat exchanger function) additional air or oxygen is added which reacts with the CO to form CO 2 and at the same time adds heat to the oxidized exhaust which can then be used for the preheating of the silica / carbon / oxygen used in the process ,
  • 13) The temperature controller 50 is a thermoregulated system that works thermally with the reaction chamber 30 is connected and has any available water cooling, as needed through the pipes 55 and 60 runs.
  • 14) To produce a pure product from the process, the inner lining of the oxidation chamber 20 , the reaction chamber 30 and the collection chamber 90 lined with high quality surface silicon carbide, which has high heat transfer characteristics and must be designed to interact with the heat storage unit 220 connect to allow for efficient heat transfer.

Der Reaktor von 1 kann wie folgt betrieben werden. Sauerstoff wird aus der Quelle 190 dem Vorwärmer 200 zugeführt und wird von dort durch die Einlassöffnung 35 hindurch zur Oxidationskammer 20 geführt. Kohlenstoff hoher Reinheit in Pulver- oder Granulatform wird im Behälter 160 gelagert und geht vom Behälter 160 über den Vorwärmer 170 durch die Einlassöffnung 40 hindurch zur Oxidationskammer 20. Fördermittel, zum Beispiel Schneckenförderer, können verwendet werden, um den Kohlenstoff, wie beschrieben, zu befördern. Vorwärmer 170 und 200 erwärmen den Kohlenstoff bzw. den Sauerstoff auf Temperaturen, die geeignet dafür sind, eine schnelle Reaktion in der Kammer 20 zu gestatten. In der Kammer 20 wird der Kohlenstoff partiell oxidiert, um ein Reduktionsgas zu bilden, welches hauptsächlich Kohlenmonoxid enthält, obwohl etwas Kohlendioxid ebenfalls vorliegen kann. Die Zuführungsgeschwindigkeiten von Sauerstoff und Kohlenstoff in die Kammer 20 werden vorzugsweise angepasst, um zu gewährleisten, dass der Kohlenstoff vollständig umgewandelt wird, so dass kein elementarer Kohlenstoff zur Reaktionskammer 30 gelangen kann und um ebenfalls zu gewährleisten, dass das Reduktionsgas, das in der Kammer 20 durch die partielle Oxidation des Kohlenstoffs erzeugt wird, keinen freien Sauerstoff enthält. Die Oxidationsreaktion in der Kammer 20 stellt Wärmeenergie bereit, die durch die Wärme speichereinheit 220 befördert wird, um die Reaktionskammer 30 zu erwärmen. Das in der Kammer 20 erzeugte Reduktionsgas gelangt ebenfalls in den unteren Abschnitt der Reaktionskammer 30.The reactor of 1 can be operated as follows. Oxygen comes from the source 190 the preheater 200. fed and is from there through the inlet opening 35 through to the oxidation chamber 20 guided. High purity carbon in powder or granular form is in the container 160 stored and goes from the container 160 over the preheater 170 through the inlet opening 40 through to the oxidation chamber 20 , Conveying means, for example screw conveyors, can be used to convey the carbon as described. preheater 170 and 200. heat the carbon or oxygen to temperatures that are suitable for rapid reaction in the chamber 20 to allow. In the chamber 20 For example, the carbon is partially oxidized to form a reducing gas which primarily contains carbon monoxide, although some carbon dioxide may also be present. The delivery rates of oxygen and carbon in the Kam mer 20 are preferably adjusted to ensure that the carbon is completely converted so that no elemental carbon to the reaction chamber 30 and also to ensure that the reducing gas contained in the chamber 20 produced by the partial oxidation of the carbon, does not contain any free oxygen. The oxidation reaction in the chamber 20 Provides thermal energy through the heat storage unit 220 is transported to the reaction chamber 30 to warm up. That in the chamber 20 produced reducing gas also passes into the lower portion of the reaction chamber 30 ,

Siliziumdioxid hoher Reinheit wird im Behälter 125 gelagert, geschützt vor Verschmutzungsstoffen. Es gelangt von dort zum Siliziumdioxidvorwärmer 130, der seine Temperatur erhöht, um seine Reduktion zu ermöglichen. Es gelangt dann mit Hilfe des Fördermittels 140 durch die Einlassöffnung 70 hindurch in den oberen Teil der Reaktionskammer 30. Somit steigt in der Kammer 30 Reduktionsgas nach oben, während sich Siliziumdioxid nach unten in einer Gegenstromweise relativ zum Reduktionsgas bewegt. Wenn das Siliziumdioxid sich in der Reaktionskammer 30 nach unten bewegt, wird es durch das Reduktionsgas zu Silizium reduziert. Die Reaktionskammer 30 wird vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt von Siliziumdioxid und dem Schmelzpunkt von Silizium gehalten. Dies kann erreicht werden durch die Wärme, die durch die Oxidationsreaktion in der Kammer 20 bereitgestellt wird, zusammen mit Kühlung, falls erforderlich, die durch den Regler 50 bereitgestellt wird. Somit wird das Silizium als eine Flüssigkeit ausgebildet, die sich auf dem Boden der Kammer 30 niederschlägt und durch die Auslassöffnung 75 hindurch in die Sammelkammer 90 fließt. Die Pumpe 100 pumpt dann das flüssige Silizium zu einem Lagerort (nicht in 1 gezeigt) und entgast dabei das flüssige Silizium, indem sie restliches Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid entfernt. Das bei diesem Verfahren hergestellte Silizium ist von hoher Reinheit, und es sollte Sorgfalt darauf verwendet werden, eine nachgelagerte Verschmutzung des Produkts zu vermeiden.High purity silica becomes in the container 125 stored, protected against pollutants. It passes from there to the silicon dioxide preheater 130 which raises its temperature to allow for its reduction. It then passes with the help of the conveyor 140 through the inlet opening 70 through into the upper part of the reaction chamber 30 , Thus rises in the chamber 30 Reduction gas upwards, while silica moves down in a countercurrent relative to the reducing gas. When the silicon dioxide is in the reaction chamber 30 moved down, it is reduced by the reducing gas to silicon. The reaction chamber 30 is preferably maintained at a temperature between the melting point of silicon dioxide and the melting point of silicon. This can be achieved by the heat generated by the oxidation reaction in the chamber 20 is provided, along with cooling, if necessary, by the regulator 50 provided. Thus, the silicon is formed as a liquid located on the bottom of the chamber 30 precipitates and through the outlet opening 75 through into the collection chamber 90 flows. The pump 100 then pumps the liquid silicon to a storage location (not in 1 shown) and thereby degassing the liquid silicon by removing residual carbon monoxide and / or carbon dioxide. The silicon produced in this process is of high purity and care should be taken to avoid downstream contamination of the product.

Wenn das Reduktionsgas das Siliziumdioxid zu Silizium reduziert, wird es selbst oxidiert, wobei Kohlendioxid erzeugt wird. Somit enthält das Abgas, welches aus der Kammer 30 austritt, ein Gemisch von Kohlendioxid mit Kohlenmonoxid, das keiner Reaktion unterlag. Dieses Gas hat eine hohe Temperatur, und es wird zum Vorwärmer 200 geleitet, wo ein Teil seiner Wärmeenergie auf den Sauerstoff übertragen wird, welcher der Oxidationskammer 20 zugeführt wird. Das Abgas geht dann zur Abgas-Oxidationskammer 210, die ebenfalls mit einem Luft- oder Sauerstoffeinlass ausgestattet ist. Somit wird in der Kammer 210 das Abgas oxidiert, wobei Kohlenmonoxid, das keiner Reaktion unterlag, zu Kohlendioxid umgewandelt wird. Dies erzeugt Extra-Wärmeenergie, welche das oxidierte Abgas wärmt. Das oxidierte Abgas geht dann zum Siliziumdioxidvorwärmer 130, um das Siliziumdioxid hoher Reinheit, welches der Reaktionskammer 30 zugeführt wird, zu wärmen. Das oxidierte Abgas geht dann zum Kohlenstoffvorwärmer 170, wo es genutzt wird, um den Kohlenstoff zu wärmen, welcher der Oxidationskammer 20 zugeführt wird. Das entstehende oxidierte Abgas hat einen sehr niedrigen Gehalt an Kohlenmonoxid und eine relativ gemäßigte Temperatur, und es ist daher geeignet für die Entlüftung in die Atmosphäre.When the reducing gas reduces the silica to silicon, it is itself oxidized to produce carbon dioxide. Thus, the exhaust gas, which from the chamber 30 leaked, a mixture of carbon dioxide with carbon monoxide, which was not subject to any reaction. This gas has a high temperature and it becomes a preheater 200. where some of its heat energy is transferred to the oxygen, which is the oxidation chamber 20 is supplied. The exhaust gas then goes to the exhaust gas oxidation chamber 210 , which is also equipped with an air or oxygen inlet. Thus, in the chamber 210 the exhaust gas is oxidized, converting carbon monoxide, which has not reacted, to carbon dioxide. This generates extra heat energy, which warms the oxidized exhaust gas. The oxidized exhaust gas then goes to the silicon dioxide preheater 130 to the silicon dioxide of high purity, which is the reaction chamber 30 is fed, to warm. The oxidized exhaust gas then goes to the carbon preheater 170 where it is used to warm the carbon, which is the oxidation chamber 20 is supplied. The resulting oxidized exhaust gas has a very low content of carbon monoxide and a relatively moderate temperature, and is therefore suitable for venting to the atmosphere.

1010
Reaktorreactor
2020
KohlenstoffoxidationskammerCarbon oxidation chamber
3030
Reaktionskammerreaction chamber
3535
SauerstoffeinlassöffnungOxygen inlet port
4040
KohlenstoffeinlassöffnungCarbon inlet port
5050
Temperaturreglerthermostat
5555
Einlassleitunginlet line
6060
Auslassleitungoutlet pipe
7070
SiliziumdioxideinlassöffnungSiliziumdioxideinlassöffnung
7575
SiliziumauslassöffnungSiliziumauslassöffnung
8080
Abgasauslassöffnungexhaust port
9090
SiliziumsammelkammerSilicon collection chamber
100100
Pumpe (Vakuumgasextraktion)pump (Vacuum gas extraction)
110110
Heizblockheating block
120120
SiliziumdioxidzuführungssystemSiliziumdioxidzuführungssystem
125125
SiliziumdioxidlagerbehälterSiliziumdioxidlagerbehälter
130130
SiliziumdioxidvorwärmerSiliziumdioxidvorwärmer
135135
Fördervorrichtungconveyor
140140
Fördervorrichtungenconveyors
150150
KohlenstoffzuführungssystemCarbon feed system
160160
KohlenstofflagerbehälterCarbon storage containers
170170
KohlenstoffvorwärmerKohlenstoffvorwärmer
180180
SauerstoffzuführungssystemOxygen supply system
190190
Sauerstoffquelleoxygen source
200200
SauerstoffvorwärmerSauerstoffvorwärmer
210210
AbgasoxidationskammerExhaust gas oxidation chamber
220220
Graphit-WärmespeichereinheitGraphite heat storage unit
230230
Außenflächeouter surface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - http://www.webelements.com/Webelements/elements/text/Si/heat. html [0028] - http://www.webelements.com/Webelements/elements/text/Si/heat. html [0028]

Claims (21)

Verfahren zur Herstellung von Silizium, umfassend die Reaktion von Siliziumdioxid mit einem Reduktionsgas, das Kohlenmonoxid umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält.A method of producing silicon comprising reacting silica with a reducing gas comprising carbon monoxide, characterized in that the reducing gas does not contain elemental carbon. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt der Erzeugung des Reduktionsgases durch die Reaktion von elementarem Kohlenstoff mit Sauerstoff.The method of claim 1, comprising the step the generation of the reducing gas by the reaction of elemental Carbon with oxygen. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas aus dem Verfahren verwendet wird, um einen Rohstoff für das Verfahren vorzuwärmen.A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that exhaust gas from the process is used to to preheat a raw material for the process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas aus dem Verfahren oxidiert wird, um im Wesentlichen das gesamte darin enthaltene Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umzuwandeln, wodurch oxidiertes Abgas erzeugt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that oxidized exhaust gas from the process to substantially all of the carbon monoxide contained therein convert to carbon dioxide, thereby producing oxidized exhaust gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Abgas verwendet wird, um einen Rohstoff für das Verfahren vorzuwärmen.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the oxidized exhaust gas is used, to preheat a raw material for the process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Reaktion des Siliziumdioxids mit dem Reduktionsgas innerhalb einer erwärmten Reaktionskammer durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step of the reaction of the silicon dioxide with the reducing gas within a heated reaction chamber is carried out. Verfahren nach Anspruch 6, zusätzlich umfassend das Regeln der Temperatur der erwärmten Reaktionskammer.The method of claim 6, additionally comprising controlling the temperature of the heated reaction chamber. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Reaktion des Siliziumdioxids mit dem Reduktionsgas bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium vorgenommen wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the step of the reaction of the silica with the reducing gas at a temperature above the melting point made of silicon. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Silizium entgast wird, bevor es fest wird.Method according to claim 8, characterized in that that the silicon is degassed before it solidifies. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumdioxid eine Reinheit von zumindest zirka 99,9 Gewichtprozent aufweist.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the silica is a purity of at least about 99.9 weight percent. Silizium, hergestellt nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 10.Silicon produced by the method according to Claims 1 to 10. Silizium nach Anspruch 11, wobei das Silizium eine Reinheit von zumindest zirka 99,9 Gewichtsprozent aufweist.The silicon of claim 11, wherein the silicon is a Purity of at least about 99.9 weight percent. Reaktor für die Herstellung von Silizium, umfassend: • eine Kohlenstoffverbrennungskammer (20) für die Reaktion von Kohlenstoff mit Sauerstoff für das Erzeugen eines Reduktionsgases, das Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält; • eine Reaktionskammer (30) für die Reaktion des Reduktiongases, das keinen elementaren Kohlenstoff enthält, mit Siliziumdioxid, wobei die Reaktionskammer (30) mit der Kohlenstoffverbrennungskammer (20) in Verbindung steht; • einen Temperaturregler (50) für das Regeln der Temperatur der Reaktionskammer (30); • eine Siliziumdioxideinlassöffnung (70), die mit der Reaktionskammer (30) in Verbindung steht, für die Zuführung des Siliziumdioxids zur Reaktionskammer (30); und • eine Siliziumauslassöffnung (75), die mit der Reaktionskammer (30) in Verbindung steht, damit das Silizium die Reaktionskammer (30) verlassen kann.Reactor for the production of silicon, comprising: a carbon combustion chamber ( 20 for the reaction of carbon with oxygen to produce a reducing gas comprising carbon monoxide, the reducing gas containing no elemental carbon; A reaction chamber ( 30 ) for the reaction of the reduction gas, which contains no elemental carbon, with silicon dioxide, wherein the reaction chamber ( 30 ) with the carbon combustion chamber ( 20 ); • a temperature controller ( 50 ) for controlling the temperature of the reaction chamber ( 30 ); A silicon dioxide inlet opening ( 70 ), which communicate with the reaction chamber ( 30 ) for the supply of the silicon dioxide to the reaction chamber ( 30 ); and a silicon outlet opening ( 75 ), which communicate with the reaction chamber ( 30 ) so that the silicon is the reaction chamber ( 30 ) can leave. Reaktor nach Anspruch 13, zusätzlich umfassend einen Entgaser für das Entgasen des Siliziums, nachdem es die Reaktionskammer (30) verlassen hat.Reactor according to claim 13, additionally comprising a deaerator for the degassing of the silicon, after it has the reaction chamber ( 30 ) has left. Reaktor nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, zusätzlich umfassend einen Siliziumdioxid-Vorwärmer (130) für das Vorwärmen des Siliziumdioxids, ehe das Siliziumdioxid in die Reaktionskammer (30) eintritt.Reactor according to claim 13 or claim 14, additionally comprising a silicon dioxide preheater ( 130 ) for the preheating of the silicon dioxide, before the silicon dioxide in the reaction chamber ( 30 ) entry. Reaktor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, zusätzlich umfassend zumindest einen Vorwärmer (170, 200) für das Vorwärmen von entweder dem Kohlenstoff oder dem Sauerstoff oder von beiden.Reactor according to one of claims 13 to 15, additionally comprising at least one preheater ( 170 . 200. ) for preheating either the carbon or the oxygen or both. Reaktor nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, umfassend eine Rohrleitung für das Leiten von Abgas aus der Reaktionskammer (30), oder von oxidiertem Abgas, erhalten durch die Oxidation des Abgases, oder von beiden, zu zumindest einem der Vorwärmer (130, 170, 200) für das Vorwärmen von zumindest einem von dem Kohlenstoff, dem Sauerstoff und dem Siliziumdioxid.Reactor according to claim 15 or claim 16, comprising a pipeline for the passage of exhaust gas from the reaction chamber ( 30 ), or oxidized exhaust gas obtained by the oxidation of the exhaust gas, or both, to at least one of the preheaters ( 130 . 170 . 200. ) for preheating at least one of the carbon, the oxygen and the silica. Reaktor nach einem der Ansprüche 13 bis 17, umfassend eine Abgasverbrennungskammer (180) für das Oxidieren von Kohlenmonoxid im Abgas von der Reaktionskammer zu Kohlendioxid, um oxidiertes Abgas zu erzeugen.Reactor according to one of claims 13 to 17, comprising an exhaust gas combustion chamber ( 180 for oxidizing carbon monoxide in the exhaust gas from the reaction chamber to carbon dioxide to produce oxidized exhaust gas. Reaktor nach einem der Ansprüche 13 bis 18, zusätzlich umfassend einen oder mehrere Durchflussregler für das Regeln des Durchflusses von Kohlenstoff, Sauerstoff und Siliziumdioxid.Reactor according to one of claims 13 to 18, additionally comprising one or more flow regulators for regulating the flow of carbon, oxygen and silica. Reaktor nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (30) in thermischer Verbindung mit einer Wärmespeichereinheit steht.Reactor according to one of claims 13 to 19, characterized in that the reaction chamber ( 30 ) is in thermal communication with a heat storage unit. Verfahren für das Herstellen von Silizium, wobei das Ver fahren umfasst: • Bereitstellen eines Reaktors, wobei der Reaktor eine Kohlenstoffverbrennungskammer umfasst für die Reaktion von Kohlenstoff mit Sauerstoff zur Erzeugung eines Reduktionsgases, das Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält; Bereitstellen einer Reaktionskammer für die Reaktion des Reduktionsgases, das keinen elementaren Kohlenstoff enthält, mit Siliziumdioxid, wobei die Reaktionskammer mit der Kohlenstoffverbrennungskammer in Verbindung steht; eines Temperaturreglers für das Regeln der Temperatur der Reaktionskammer; einer Siliziumdioxid-einlassöffnung, die mit der Reaktionskammer in Verbindung steht, für die Zuführung des Siliziumdioxids zur Reaktionskammer; und einer Siliziumauslassöffnung, die mit der Reaktionskammer in Verbindung steht, damit das Silizium die Reaktionskammer verlassen kann; • Zuführen von Sauerstoff und Kohlenstoff zur Kohlenstoffverbrennungskammer; • Reaktion des Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff für das Erzeugen eines Reduktionsgases, das Kohlenmonoxid umfasst, wobei das Reduktionsgas keinen elementaren Kohlenstoff enthält; • Zuführen des Reduktionsgases und des Siliziumdioxids zur Reaktionskammer; und • Reaktion des Reduktionsgases und des Siliziumdioxids zur Herstellung von Silizium und Abgas.Method for producing silicon, the method comprises: • Provide a Reactor, wherein the reactor comprises a carbon combustion chamber for the reaction of carbon with oxygen to produce a reducing gas comprising carbon monoxide, wherein the reducing gas contains no elemental carbon; Provide one Reaction chamber for the reaction of the reducing gas, the contains no elemental carbon, with silicon dioxide, wherein the reaction chamber with the carbon combustion chamber communicates; a temperature controller for the rules the temperature of the reaction chamber; a silicon dioxide inlet opening, which is in communication with the reaction chamber for the Feeding the silicon dioxide to the reaction chamber; and a silicon outlet opening connected to the reaction chamber so that the silicon leaves the reaction chamber can; • Supply of oxygen and carbon to the carbon combustion chamber; • Reaction of the Carbon with the oxygen for generating a Reduction gas comprising carbon monoxide, wherein the reducing gas contains no elemental carbon; • Respectively the reducing gas and the silicon dioxide to the reaction chamber; and • Reaction of the reducing gas and the silicon dioxide for the production of silicon and exhaust gas.
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