DE3343406A1 - Verfahren zur reinigung von silicium - Google Patents

Verfahren zur reinigung von silicium

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DE3343406A1
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Adolfo R. Hibbing Minn. Zambrano
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Hanna Mining Co
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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur
  • Reinigung von elementarem Silicium, insbesondere von Silicium, das bereits eine durchschnittliche Reinheit von mindestens 95 Gewichtsprozent aufweist.
  • Die in diesem Verfahren eingesetzten Rohstoffe sind im Handel von verschiedenen Herstellern erhältlich, die elementares Silicium durch Erhitzen einer in der Natur vorkommenden Siliciumverbindung, wie Quarz, mit einer Kohlenstoffquelle, wie Kohle, in einem elektrischen Ofen herstellen. Die Zusammensetzung einer tischen Siliciumprobe mit metallurgischer Reinheit, wie sie im Handel erhältlich ist, ist in Tabelle I angegeben.
  • Tabelle I Bestandteil Gewichtsprozent Silicium 98-98,25 Eisen 0,5-0,6 A.lzzinium 0,3-0,4 Calcium 0,05-0,03 andere Elemente, wie Kohlenstoff 0,05-1,0 Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "Silicium mit metallurgischer Reinheit" ein Material, das einen durchschnittlichen Gehalt an elementarem Silicium von mindestens etwa 95 Gewichtsprozent aufweist. Stoffe mit einem durchschnittlichen Siliciumgehalt unter etwa 95 Gewichtsprozent werden als "verunreinigt" bezeichnet.
  • Das Verfahren der Erfindung kann zwar unabhängig von dem Reinheitsgrad des eingesetzten Siliciums angewendet werden.
  • Praktische wirtschaftliche überlegungen sprechen jedoch für eine Anwendung des Verfahrens auf Silicium mit einer Reinheit von mindestens etwa 95 %. Wenn die Reinheit des Ausgangsmaterials bereits an der oberen Grenze liegt, vermindern andererseits wirtschaftliche Gründe die Attraktivität der Anwendung des Verfahrens der Erfindung. Es gibt derzeit wenig oder keine wirtschaftliche Rechtfertigung für eine Anwendung der Erfindung auf Silicium mit einer Reinheit von 99,0 Gewichtsprozent oder mehr. Es bleibt aber festzustellen, daß die vorstehenden Überlegungen zur wirtschaftlichen Anwendung der Erfindung auf den derzeitigen Stand der Technik bez3gsn sind und keine Beschränkung des Erfindungsgegenstandes darstellen.
  • Siliclrlm findet slch in der Natur in großen Mengen als SiO2 in der rrdkrus.e. Die erste Darstellung von elementarem Silicium wurde im 19. Jahrhundert berichtet. Hochreines Silicium mit einer Reinheit über 99 % ist seit der Mitte des 20. Jahrhunderts verfügbar. Im Jahr 1979 wurden in den Vereinigten Staaten etwa 1000 Tonnen hochreines Silicium für Halbliterzwecke hergestellt. Diese Produktion konnte den Bedarf in den Vereinigten Staaten weitgehend befriedigen.
  • Obwohl das Produkt häufig als "metallisches Silicium" bezeichre t wird, ist elementares Silicium kein echtes Metall.
  • Es hat jedoch eine ansteigende technische Bedeutung. Hochreines metallisches Silicium mit einer Reinheit über 99 % eignet sich als Ausgangsmaterial für die Herstellung der meisten Halbleitereinrichtungen einschließlich der überall anzutreffenden integrierten Schaltkreise. Bekannte Beispiele le für Verwendungen von Halbleitern auf Siliciumbasis sind Bestandteile von Computern, Rechnern und nachrichtentechnischen Anlagen.
  • Hochreines Silicium wird auch in photoelektrischen Antriebssystemen, IR-optischen Systemen und allgemein in einer Viel- zahl von metallurgischen, elektronischen und photo-voltaischen Anwendungsgebieten benutzt.
  • Silicium für Halbleiterzwecke wird derzeit im allgemeinen über die Erzeugung einer Zwischenverbindung, wie Siliciumtetrachlorid oder Trichlorsilan, aus metallischem Silicium technisch hergestellt. Dieses Zwischenprodukt wird dann beispielsweise durch Destillation gereinigt. Die gereinigte Verbindung wird anschließend mit Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen reduziert, wobei Silicium für Halbleiterzwecke erhalten wird. Dieses Reinigungsverfahren hat den Nachteil der sehr hohen Rosten. Als Ausgangsverbindung für die Herstellung des Zwischenproduktes wird gewöhnlich Silicium mit einer Reinheit vo mindestens 80 %, insbesondere Silicium mit metallurgischer Reinheit ( # 95 t) verwendet. Seit dem Jahr 1975 hat das US-Department of Energy and private industry zahlreiche Forschungen für die Herstellung von hochreinem Silicium für die vorstehend erwähnten Zwecke durchgeführt. Es wird erwartet, daß die Nachfrage das Angebot übersteigen wurde was zu Preiserhöhungen führt, wenn nicht wirtschaftlichere Wege zu Siliciummetall hoher Reinheit gefunden werden; vgl. F.J. Schottman, "Silicon-Mineral Commodit-y Profiles February, 1979", (U.S. Department of the InteriDr-Bureau 0 Mines, 1979); G.H. Schwuttke, "Low Cost Crystalline Silicon", 135-145, 2nd EC Photovoltaic Solar Energy Conference (Herausgeber R. Van Overstraeten und W. Palz, D. Reidel Publishing Company, Boston, 1979); W.M. single, "Recent Advances in Solar Silicon Purification Technology", 702 - 710, 2nd EC Photovoltaic Solar Energy Conference, (Herausgeber R. Van Overstraeten und W. Palz, D. Reidel Publishing Company, Boston, 1979).
  • Durch die vorliegende Erfindung wird elementares Silicium von größerer Reinheit unter geringen Kosten bereitgestellt. Das gereinigte Silicium der Erfindung kann für bestimmte Anwendungszwecke anstelle von Silicium verwendet werden, das bisher nach teueren Verfahren gereinigt wurde.
  • Das gereinigte Silicium der Erfindung kann außerdem zur Verminderung der nachfolgenden Reinigungskosten verwendet werden, wenn Silicium mit noch höherer Reinheit verlangt wird, da in dem weiteren Reinigungsschritt dann eine geringere Menge an Verunreinigungen entfernt werden muß. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie rasch und in günstiger Weise auf die Herstellung von Siliciumprodukten ausgerichtet werden kann, die einen breiten Reinheitsbereich aufweise. Dadurch ist eine Anpassung an veränderte Anforderungen des Marktes möglich.
  • Der Bedarf nach hochreinem billigem elementarem Silicium zeigt sich nicht zuletzt in den zahlreichen Patentveröffentlichungen der jnsten Zeit. So ist in der US-PS 4,132,763 ein Verfahren zur Reinigung von Silicium beschrieben, bei dem die Zersetzung einer Siliciumverbindung aus der Gasphase in Berührung mit einer Siliciumschmelze benutzt wird.
  • Aus der US-PS 4,138,509 ist ein Reinigungsverfahren bekannt, bei dem als Zwischenstufe die Polymerisation von Siliciumdioxid angewendet wird. In der US-PS 4,151,264 ist ein Reinigungsverfahren beschrieben, bei dem Siliciumstaub in Gegenwart einer Schlacke auf Siliciumdioxidbasis geschmolzen wird, -dIe auch Calciumoxid, Magnesiumoxid, Kupfer und Calcilzmfluorid in bestimmten Mengenverhältnissen enthalten kann und bei dem noch bestimmte zusätzliche Parameter und/ oder Stoffzusätze beachtet werden müssen. In der US-PS 4,154,870 ist ein Fließbettverfahren beschrieben, bei dem ein dampfförmiger Siliciumhalogenidstrom als Umsetzungsteilnehmer sowie Saatkristalle eingesetzt werden. Auch hier sind verschiedene Parameter zu beachten. Schließlich ist aus der US-PS 4,195,067 ein gerichtetes Verfestigungsverfahren bekannt, bei dem eine Siliciumdioxid-Schlacke verwendet wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von Silicium zu schaffen, bei dem elementares Silicium mit hoher Reinheit bei geringen Kosten erhalten werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Reinigung von Silicium, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man (a) zerkleinertes Siliclum mit einer schweren Trennflüssigkeit zusammenbringt, die (1) im Verhältnis zu reinem Silicium eine Dichte aufweist, die ausreicht, um eine aur Dichteunterschieden beruhende Trennung des Siliciums von Verunreinigungen zu bewirken und (2) eine ausreichend niedrige Viskosität besitzt, um eine rasche Trennung der zerleinerten Teilchen unter Krafteinwirkung zu ermöglichen, (b) das Gemisch Us Silicium und Flüssigkeit in mindestens zwei Fraktion auftrennt, von denen eine, die Fraktion (i) eine überwiegende Menge an gereinigtem Silicium enthält, (c) das gereinigte Silicium aus mindestens einer der genannten Fraktionen abtrennt, (d) das in Stufe (c) erhaltene gereinigte Silicium mit einer Säure unter Auslaugbedingungen auslaugt, (e) das ausgelaugte Silicium von Stufe (d) schmilzt, (f) de in Stufe (e) erhaltene Schmelze mit (1) einem Verunreinigungen oxidierenden strömenden Medium und (2) einer Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis zusammenbringt und (g) das gereinigte Silicium aus dem Gemisch von Schlacke und Silicium abtrennt.
  • Gecenstand der Erfindung sind ferner die Teilschritte Trennung durch eine schwere Flüssigkeit (vorstehend Stufen (a) bis (c)), Auslaugen mit einer Säure -(vorstehend Stufen (d) und (e)) sowie Schmelzen (vorstehend Stufen (f) und -(g)) allein oder in verschiedenen anderen als der vorgenannten Kombination. Dabei wird Silicium mit unterschiedlichem Reinheitsgrad in wirtschaftlicher Weise erhalten, wodurch die Nach- frage nach technischen Produkten unterschiedlicher Qualität erfüllt werden kann.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird Silicium dadurch gereinigt, daß zerkleinertes Silicium mit einer schweren Trennflüssigkeit zusammengebracht wird, welche (1) im Verhältnis zum gereinigten Silicium eine Dichte aufweist, die ausreicht, um eine auf Dichteunterschieden beruhende Trennung des Siliciums von Verunreinigungen zu ermöglichen und (2) eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist, um eine Trennung der zerkleinerten Teilchen unter Schwerkrafteinwirkung zu ermöglichen. Dann wird das Gemisch aus Silicium und Flüssigkeit In mindestens zwei Fraktionen aufgetrennt, von denen eine eine berwiegende Menge an gereinigtem Silicium enthält, das anschließend aus dieser Fraktion gewonnen wird. Diese Ausführungsform eignet sich gut für die Entfernung einer Anz-:S1 von Verunreinigungen, wie Calcium, AlumInium, Eisen, Kohlenstoff und Phosphor enthaltenden Stoffen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Silicium durch Auslaugen von zerkleinertem Silicium mit Salzsäure unter Auslaugbedingungen einschließlich erhöhter Temperaturen gereinigt. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für die billige Entfernung von Calcium, Aluminium und Eisen enthaltenden Verunreinigungen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Silicium durch Schmelzen und Zusammenbringen der Siliciumschmelze mit einem strömenden Medium, nämlich Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, eine FluorRohlenstoffverbindung oder Gemische davon, und anschließende Entfernung der in der Siliciumschmelze anwesenden Verunreinigungen durch Zusammen bringen des mit dem strömenden Medium behandelten geschmolzenem Silicitr.s mit einer Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis und folgende Abtrennung der die Verunreinigungen aufnehmenden Schlacke aus dem gereinigtem Silicium gereinigt.
  • Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Entfernung von kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen. Das Verfahren kann auch in günstiger Weise zur Entfernung von Calcium und Aluminium enthaltenden Verunreinigungen benutzt werden.
  • Die beiliegende Zeichnung ist ein Fließschema einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung.
  • in der Erfindung werden drei Teilverfahren angewendet und/ oder kombiniert, um Silicium geringer Reinheit, d.h.
  • Silicium mit einer Reinheit > 80 %, und insbesondere Silicium mit metallurgischer Reinheit, das bereits eine Reinheit von etwa 95 % aufweist, auf einen Reinheitsgrad von bis zu 99 Gewichtsprozent Silicium oder darüber zu reinigen.
  • In der Zeichnung wird ein Fließschema einer Ausführungsform der ru windung gezeigt. Rohes Silicium, Silicium mitmetallurqischer Reinheit oder Silicium mit einer Reinheit über 80 % wird über eine übliche Vorrichtung 10 in eire herkömmliche Zerkleinerungseinrichtung 11 gebracht.
  • Das zerkleinerte Silicium wird dann über ein gewöhnliches Förderband 12 auf ein Sieb 13 gebracht, das beispielsweise eine Einrichtung mit mehreren übereinanderliegenden Sieben sein kann, die die Trennung von Siliciumteilchen in mehrere Größenbereiche gestattet, um vorübergehende kommerzielle Nachfrage zu befriedigen.Der gesiebte Anteil 14 wird zur Befriedigung einer solchen Nachfrage abgezweigt, während ein anderer Teil des zerkleinerten Slliciums über übliche Mittel 15 in ein Mahlwerk 16 gebracht wird. Diese Vorzerkleinerung des Siliciums erlaubt eine grobe Abtrennung von Verunreinigungen und ist außerdem günstig für die Befriedigung der Siliciumbedürfnisse verschiedener Abnehmer. Die grobe Trennung wird dadurch erreicht, daß die Verunreinigungen nicht in gleichem Maß wie Silicium während der Zerbrechstufen (die in der Praxis mehrere sein können) zerbrochen werden. Das genannte Mahlwerk 16 ist ein auf dem Fachgebiet übliches, das irgendeine der allgemein für elementares Silicium benutzten Mahleinrichtungen aufweisen kann. Eine Kugelmühle kann bevorzugt sein, da sie leicht verfügbar ist. Zerbrechen, Mahlen oder andere Zerkleinerung des rohen Siliciums ist für die Reinigung notwendig. Das Ausmaß der Zerkleinerung kann von dem Ausmaß der Verunreinigung abhängen. Es kann experimentell durch chemische Analysen von Proben aus dem eingesetzten Rohmaterial bestimmt werden. Zusätzlich zu wirtschaftlichen Überlegungen im Hinblick auf das Ausmaß des Mahlens ist im allgemeinen zu heachten, daß die Entstehuna von zu fein Teilchen aus den nachstehend angegebenen Gründen ungünstig sein kann, während bei zu groben Teilchen nicht genug von den enthaltenen Verunreinigungen zur Entfernung in späteren Stufen in Freiheit gesetzt wird.
  • Eine bevorzugte Teilchengröße liegt im Bereich von etwa 0,15 bis 0,6 mm. Teilchengrößenbereiche außerhalb der vorstehend angegebene bevorzugten Grenzen können ebenfalls in Frage komlaen; ihre Eignung kann vom Fachmann ohne weiteres festgestellt werden. Das gemahlene Silicium wird mit einer üblichen Beförderungseinrichtung 17 auf eine Mehrzahl, d.h.
  • mindestens eine Einrichtung zur Trennung mit einer schweren Flüss gleit gebracht, die mit 18a, 18b und 18c bezeichnet sind.
  • Die Einrichtungen 18 zur Trennung mit einer schweren Flüssigkeit sind üblicherweise gebräuchliche Zyklone oder Zentrifugen, in die das gemahlene Silicium zusammen mit einer schweren Trennflüssigkeit eingebracht wird. Die schwere Trennflüssigkeit jt.uß im Verhältnis zu dem angestrebten reinen Silicium eine Dichte aufweisen, die ausreicht, um eine auf der Dichte beruhende Trennung der reinen Siliciumteilchen von weniger reinen Teilchen zu bewirken, die entweder dichter oder weniger dicht als reines Silicium sind.
  • Reines Silicium hat ein spezifisches Gewicht bzw. eine Dichte von 2,33 g/cm3. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird deshalb in der ersten Trenneinrichtung 18a eine schwere Trennflüssigkeit mit einer Dichte von 2,3 g/cm3 gewählt, so daß weniger dichte Teilchen ( S 2,3 g/cm3) aufschwimmen und mit einer ersten Abschöpfeinrichtung 19 entfernt werden können. Der absinkende Teil (Dichte > 2,3 g/cm3) wird über eine erste Übertragungseinrichtung 20 für abgesunkene Teilchen in eine zweite Trenneinrichtung 18b übertragen, die eine Flüssigkeit mit einer Dichte von etwa 2,35 g/cm3 enthält. Auch hier wird der Stoff in einen aufschwimmenden und einen absinkenden Teil getrennt, die durch eine zweite Einrichtung 21 zur Abtrennung der aufschw1mendenund elne zweite Einrichtung 22 zur Abtrennung der absinkenden Teig e entfernt werden. In der zweiten Einrichtung 21 zur Abtrennung aufschwimmender Teile befindet sich also der Teil des ursprünglich eingespeisten zerkleinerten Materials, der eine Dichte x aufweist, die den Wert eine Dichte 2,3 < x < 2,35 hat. Da reines Silicium von 2,33 ajcm3 aufweist, ist dieser zweite aufschwimmende Teil die aus dem erläuterten Trennschritt unter Anwendung schwerer Flüssigkeiten erhaltene reinste Fraktion.
  • Eine Einrichtung 22 zur Übertragung abgesunkener Teile bringt den zweiten abgesunkenen Teil in eine dritte Trenneinrichtung 8c, in de mitte aufschwimmende und absinkende Teile getrennt werden, die durch eine dritte Einrichtung 23 zur Abtrennung aufschwlmmender und eine dritte Einrichtung 24 zur Abtrennung absinkender Teile abgezogen werden. Die Figur zeigt, daß der dritte absinkende Teil und der erste aufschwimmende Teil über Einrichtungen 24 bzw. 19 in einen Magnetscheider 25 zur Trennung in zwei im Handel verkäufliche Teile verbracht werden, die aus dem Scheider 25 über Abzugseinrichtungen 26 und 27 entnommen werden. In der Praxis können diese aufschwimmenden bzw. absinkenden Anteile jedoch auch unter bestimmten Bedingungen am günstigsten getrennt bleiben und/oder in anderer Weise zur Erhöhung ihres Wertes behandelt werden. Die Einrichtungen zur Trennung mit einer schweren Flüssigkeit 18a, 18b und 18c werden alle in einem Raum 28 mit kontrollierter Temperatur gehalten, um Änderungen der Dichte, die durch thermische Ausdehnung oder Kontraktion der verwendeten Flüssigkeiten auftreten können, so gering wie möglich zu halten.
  • Geeignete schwere Trennflüssigkeiten können aus 1,1,2,2-Tetrabromäthan, Methylenbromid, Bromoform, Tribromfluormethan, Zinkbromid, Calciumbromid oder Gemischen davon erhalten werden. Bevorzugt sind 1,1,2,2-Tetrabromäthan und Methylenbromid.
  • 1,1,2,2-Tetrabromäthan ist besonders bevorzugt. Die schwere Trennflüssigkeit enthält häufig ein Verdünnungsmittel, um ihre verscniedenen Eigenschaften zu verbessern oder besonders günstig einzustellen. Dichte, Flüssigkeit und Viskosität sind drei wichtige Eigenschaften, die durch Zusatz eines Verdünnungsmittels verankert werden können. Das Verdünnungsmittel soll auch mit den anderen Komponenten in der schweren Trennungsflüssigkeit mischbar sein und mit ihnen nicht reagierein. Geeignete Verdünnungsmittel mit den vorstehend genannten günstigen Eigenschaften sind Aceton, Methanol, Benzol und Lösungsmittel auf Erdölbasis. Ein bevorzugtes Verdünnungsmittel ist ein aromatisches Lösungsmittel auf Erdölbasis, beis?ielsweise Solvesso 100 von Humble Oil und Refining Comparti. Schwere Trennflüssigkeiten mit hoher Flüchtigkeit oder hohem Dampfdruck stellen eine Gefahr für die Umwelt und die Sicherheit dar und können ferner häufige Ergänzung verlangen. Diese Nachteile müssen im allgemeinen gegen denjenigen einer höheren Viskosität abgewogen werden, die im allgemeinen die Absetzgeschwindigkeit und damit die Trenngeschwindigkeit verringert. Ein geeigneter Dichtebereich für Flüssigkeiten, die in dieser Stufe verwendet werden, reicht von etwa 2,25 bis etwa 2,45, wobei der Bereich von 2,3 bis 2,4 g/cm3 bevorzugt ist. Breitere Bereiche können zwar benutzt werden, führen aber zum Einschluß von mehr Verunreinigungen, während bei engeren Bereichen die Ausbeute sinkt. Bei einem Teilchengrößenbereich von etwa 0,15 bis 0,6 mm wird die Viskosität der Flüssigkeit günstigerweise unter 0,01 Pa.s bei 25°C gehalten, wobei die besten Ergebnisse bei etwa 0,001 Pa.s erhalten werden. Der Fachmann ist in der Lage, für jeden beliebigen Teilchengrößenbereich durch Versuche den günstigsten Viskositätsbereich festzulegen. Der richtige Bereich ist wichtig, um eine Suspension von feinen Teilchen zu vermeiden. Der geeignete Bereich soll rasche Trennung der in der Flüssigkeit vermischten Siliciumteilchen gestatten. Unter "rasch" ist "wirtschaftlich rasch" zu verstehen.
  • Die Trennung im Verfahren der Erfindung könnte demnach zwar unter den verhältnismäßig schwachen natürlichen Gravitationskräften stattfinden. Diese Kräfte und damit die Trennung können aber durch eine künstliche Schwerkraft verstärkt werden, beispiels;eise durch eine zentrifugale Kraft, die mit einer Zentr' -- oder einem Zyklon erzeugt wird. Der Begriff Schwerkraft umfaßt deshalb hier sowohl die natürliche als auch eine künstliche Schwerkraft und schließt sowohl das Erdgravitationsfeld als auch Zentrifugenkraft ein. Je viskoser die Flüssigkeit ist, desto stärker ist gewöhnlich die erforderliche Kraft oder desto gröber müssen die erforderlichen Teilchen sein, um befriedigende Trennung zu erreichen.
  • Die Trennparameter, wie der Dichtebereich, die Teilchengröße, die verwendete schwere Trennflüssigkeit, Viskosität, FlüchtIgkeit, Temperatur, Druck und Fließgeschwindigkeiten werden im allgemeinen nach praktischen Erwägungen, wie Wirtschaftlichkeit, Anlagengröße, gewünschte Reinheit und insbesondere den anfänglichen Verfahrensvariablen festgelegt. In jedem Fall können aber die günstigsten Werte für einen bestimmten Satz von Bedingungen vom Fachmann leicht bestimmt werden.
  • Die Trennung kann in vorteilhafter Weise in einem absatzweisen, halbabsatzweisen oder kontinuierlichen Verfahren durchgeführt werden.
  • Allgemeine Erläuterungen zu Trennverfahren mit schweren Flüssigkeiten finden sich in dem Aufsatz " New Techniques May Commercialize Heavy Liquid Process", Engineering and Mining Journal (1967), S 208 - 213.
  • Gemäß der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform kann die Einrichtung 23 zur Weiterleitung des dritten aufgeschwommenen Teils diesen Teil (über ein Tor 29a und eine Abzweigung 29b)zu der zweiten Übertragungseinrichtung 21 bringen, wobei der zweite und der dritte aufgeschwommene Teil vor der Einführung in den Trockner 30 vereinigt werden.
  • Dieser mögliche Weg veranschaulicht die Anpassungsfähigkeit des Verf ahrens der Erfindung. Diese Ausführungsform des Verfahrens der ErfI-dung kann somit leicht modifiziert werden, wobei verschiedene Teilverfahren weggelassen werden können.
  • Dies verleiht dem Verfahren Vielseitigkeit und macht rasche Anpassung a-n veränderte Bedürfnisse des Marktes und der Verbraucher möglich.
  • Die vereinigten, getrockneten, durch die Trennung mit Hilfe der Flüssigkeit gereinigten Siliciumteilchen werden nun über elne- Ubertragungseinrichtung 31 in die Einrichtung 32 zur Schmelzraffinierung gebracht. In der Einrichtung 32 zur Raffinlerung, die beispielsweise eine elektrisch beheizte Schmelzeinrichtung ist, werden die Siliciumteilchen geschmolzen. n allgemeinen sind dazu Temperaturen über 14000C geeignet. Insbesondere kann der Zweck dieser Verfahrensstufe bei einer Temperatur von etwa 15000C erreicht werden. Eine zu niedrige Temperatur verhindert die Abtrennung der Verunreinigungen, während eine zu hohe Temperatur die Energiekosten erhöht. Das geschmolzene Silicium wird sodann mit einem Verunreinigungen oxidierenden strömenden Medium und einer Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis in Berührung gebracht, die durch die Zuführeinrichtungen 33a bzw. 33b zugeführt werden. Das Verunreinigungen oxidierende strömende Medium wird üblicherweise als Gas in die Schmelze eingeblasen, um guten Kontakt zu erreichen. Die Verunreinigungen werden vermutlich oxidiert oder verbinden sich mit dem Gas und sammeln sich im allgemeinen in der Schlacke, die mit dem geschmolzenen Silicium vermischt wird. Da bei diesem Reinigungsschritt ein gewisser Verlust an reinem Silicium infolge der Entstehung unerwünschter Siliciumverbindungen auftreten kann, wird die Schmelz stufe vorzugsweise unter einer gesteuerten Atmosphäre durchgeführt. Diese gesteuerte Atmosphäre kann in verschiedener Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Anlegung eines Vakuums oder durch Durchführung der Stufe unter inertem Gas. Ferner können zur Steuerung der Oxidation auch die Menge des VerunreinIgungen oxidierenden strömenden Mediums und die Dauer der Kontaktzeit geändert werden. Das Ausmaß, bis zu dem die Oxidation fortscnreiten darf, kann frei gewählt werden und kann von Parametern, wie dem ursprünglichem Reinheitsgrad, der gewünschten Reinheit und von praktischen Überlegungen, wie Wirtschaftlichkeit und Nachfrage für verschiedene Reinheits-rade abhängen. Im allgemeinen nimmt mit fortschreitender Oxidation die Ausbeute ab, während die Reinheit zunimmt.
  • Geeignete oxidierende strömende Medien sind Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff und Fluorkohlenstoffverbindungen, wie 3ichlordi,~luormLethan (Freon-12), oder Gemische davon. Bevorzug ist ein Gemisch aus Dichlordifluormethan und Sauerstoff. Besonders bevorzugt ist ein Gemisch aus etwa gleichen Anteilen Sauerstoff und einer Dichlordifluormethan-Zusammensetzung, wie Freon-12.
  • Das Gemisch von Dichlordifluormethan und Sauerstoff verbindet sich vermutlich mit den Verunreinigungen und erleichtert damit die Abtrennung dieser Verunreinigungen vom reinen Silicium. Andererseits wurde bei bekannten Verfahren Chlorgas eingeblasen, um Calcium und Aluminium zu kontrollieren oder zu entrernen.
  • Die Schlacke auf Siliciumdioxidbasis wird mit dem geschmolzenen Silicium vermischt, um die Verunreinigungen auszuwaschen oder zu binden. Vermutlich hilft die geschmolzene Schlacke bei der Reinigung durch physikalische Abtrennung von Verunreinigungen aus dem Silicium zusammen mit der Schlacke sowie durch Phasengrenzen-Kontakt und Lösen der Verunreinigungen in der Schlacke. Die Trennung erfolgt aufgrund der Dichte der Schlacke, die größer ist als die von Silicium.
  • Die Feinungsschlacke auf der Basis von Siliciumdioxid kann vorteilhafterweise ein Gemisch aus SiO2, CaO und CaF2 umfassen ie besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung benutzt eine Schlacke mit etwa folgender mengenmäßiger Zusammensetzung: 12 % SiO2, 38 % CaO und 50 % CaF2. Andere geeignete oder bevorzugte Ausführungsformen des Gemisches von SiO2, CaO und CaF2 können vom Fachmann aus dem Phasendiagramm dieses Dreikomponentensystems festgelegt werden.
  • Wünschenswerte Eigenschaften einer günstigen Schlackenzusammensetzung sind: ein niedriger Schmelzpunkt, der Temperaturen und Energiekosten niedrig halten hilft, hohe Löslichkeit für verschiedene Verbindungen, was die Entfernung von Verunreinigungen unterstützt, und eine Viskosität, die ausreichend niedrig ist, um die Schlacke -im geschmolzenen SllicluiTt beweglich zu halten Vermutlich leistet des CaF2 einen Beitrag bei der Verminderung der Viskosität, während alle dre Komponenten zusammen zu einer wirksamen Feinungsschlacke führen. In der Zeichnung wird die Schlacke durch eine Einrichtung 34a zum Schlackenabzug entfernt, während Dämpfe sicher durch eine Einrichtung 34b entfernt und reines Silicium durch eine Gewinnungseinrichtung 35 entfernt wird.
  • Das vorstehend beschriebene Schmelzverfahren eignet sich besonders zur Entfernung von Verunreinigungen auf Kohlenstoffbasis sowie von Calcium, Aluminium und Eisen.
  • Wie bereits ausgeführt, kann durch die Verzweigung 29a der dritte aufgeschwommene Teil mit dem zweiten aufgeschwommenen Teil durch die Nebenleitung 29b vereinigt werden. An der Abzweigung 29a kann aber der dritte aufgeschwommene Teil auch über die Leitung 36 in den Auslaugprozess geführt werden. Dieser aufgeschwommene Teil, der wie für die Vorbereitung zum Mahlen erforderlich behandelt ist, wird in die Mahleinrichtung 37 geführt, beispielsweise eine Kugelmühle, wo er weiter auf etwa 0,075 nun gemahlen wird. Das gemahlene, gereinigte Silicium wird dann über eine Transporteinrichtung 38 in die Auslaugeinrichtung 39, beispielsweise einen säurebeständigen Behälter, gebracht, in den Salzsäure zugeführt wird. Verbrauchte Säure wird durch die Zuführenrichtung 40 ersetzt. In dieser Stufe ist Salzsäure bevorzugt, wobei auch ein Gemisch aus HCl und Eisen(III)-chlorid geeignet it. Bei der Verwendung von Salpeter- oder Schweteisäure werden dagegen schlechte Ergebnisse erhalten.
  • Auch Fluorwasserstoffsäure ist ungünstig, da sie sich mit Silicium bei erhöhter Temperatur in nachteiliger Weise verbindet und dadurch die Ausbeuten verkleinert werden. Die Auslaugstufe wir vorzugsweise bei erhöhter Temperatur durchgetührt. Allgemen sind Temperaturen von etwa 70 bis 150°C geeignet und Temperaturen von etwa 105 bis 1200C bevorzugt.
  • Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird die Auslaugleistung vermindert. Hohe Temperaturen erhöhen dagegen die Energiekosts- und erfordern eine bessere Ausrüstung, die dem Angreift der Säure weniger unterliegt. üblicherweise wird das Auslaugen unter dem sich selbst einstellenden Druck innerhalb einer ausreichenden Zeit von etwa 2 bis 6 Stunden, vorzugsweise etwa 3 Stunden durchgeführt. Die Stärke der Säure ist nicht besonders kritisch, wobei aber niedrige Konzentrationen die Leistung vermindern und höhere Konzentrationen die Kosten ansteigen lassen. Eine etwa 25gewichtsprozentige Salzsäure hat sich gut bewährt. Die Parameter der Auslaugstufe können bei gegenseitiger Abhängigkeit in einem weiten Bereich schwanken. Temperatur und Dauer hängen z.B. stark von der Teilchengröße ab. Kleinere Teilchen benötigen in der Regel geringere Auslaugzeit. Die durchschnittliche Teilchengröße liegt üblicherweise im Bereich von etwa 0,044 bis 0,21 mm, vorzugsweise bei etwa 0,096 bis 0,15 mm.
  • Bei allen beschriebenen Stufen der Reinigung, d.h. der Trennung mit einer schweren Flüssigkeit, dem Schmelzen und dem Auslaugen beruhen die ausgewählten Verfahrensparameter im allgemeinen auf praktischen Überlegungen, wie günstige Durchführung, Wirtschaftlichkeit, Anlagengröße, Ausmaß der Verunreinigung des Ausgangsmaterials, gewünschte Reinheit des Endprodukts und die anfangs eingestellten Parameter. Ile diese Parameter können aufgrund dieser Beschreibung vom Fachmann im Hinblick auf wirtschaftliche Notwendigkeiten leicht bestimmt und optimiert werden.
  • Bei der in der Zeichnung dargestellten Verfahren wird das ausgelaugte Silialur über eine Leitung 41 in eine Einrichtung 42 zur Fest-Flüssig-Trennung und Trocknung geführt, aus der die Auslauglösung über die Leitung 43 in die Auslaugeinrichtung 39 zurückgeführt wird. Gleichzeitig werden die Verunreinlgungen aus der Rückführleitung 43 durch die Abstromleitung 44 abgezogen und in eine Einrichtung 45 zur Steuerung des Abfalls, beispielsweise ein Fällungsgefäß gebracht, in dem beispielsweise Ca (OH) zur Ausfällung von Eisen- und Aluminlumhydroxiden zugesetzt werden kann. Das abgetrennte ausgelaugte Silicium kann über eine Leitung 46 durch eine Verzweigung 47 entweder als Produkt abgezogen werden (durch eine Leitung 48) oder über eine Leitung 49 zur weiteren Reinigung über die Leitung 31 der Schmelzeinrichtung 32 zugeführt werden.
  • In den vorstehend erläuterten Verfahrensstufen werden stets leicht verfügbare Standardeinrichtungen des Fachgebietes verwendet, zu dem die Erfindung gehört und der Fachmann kann geeignete Einrichtungen ohne weiteres auswählen. Die vorstehend erläuterten Schmelz-, Auslaug- und Trennverfahren mit einer schweren Flüssigkeit können ferner auch zu anderen Ausführungsformen als der in der Zeichnung gezeigten kombi- niert werden. Auch solche andere Kombinationen sind Gegenstand der Erfindung. Schließlich können auch Verfahrensstufen der Erfindung in vorteilhafter Weise mit anderen Reinigungsstufen oder -Verfahren kombiniert werden, wobei Produkte mit unterschiedlicher Reinheit erhalten werden.
  • Beispielsweise ergibt eine Kombination eines Verfahrens der Erfindung mit einem gerichteten Verfestigungsverfahren oder -stufe ein Silicium als Produkt, das eine viel höhere Reinheit aufweist und für Halbleiter und andere Anwendungen, bei denen hohe Reinheit verlangt wird, geeignet ist.
  • Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Prozentangaben beziehen sich aL dGs Gewicht, soweit nichts anderes angegebern it. Die Analysen werden nach üblichen chemischen Analysenverfahren durchgeführt.
  • B e i s p i e l 1 Metallisches Silicium wird auf eine Teilchengröße von etwa 0,30 mm zerkleinert. Unter Verwendung von 1,1,2,2-Tetrabromäthan, verdünnt mit einem aromatischen Lösungsmittel auf Erdölbasis (Solveso 100) als Trennflüssigkeit werden Verunreinigungen abgetrennt. Es werden Fraktionen mit Dichten (nur Flüssigkeit) von 2,2, 2,3, 2,35 und 2,4 g/cm3 eingesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt, wobei a.e vorstehenden spezifischen Gewichte als aufschwimmende reaktionen A, B, C und D bezeichnet werden.
  • Beispiel 2 Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt, daß das Silicium auf eine Teilchengröße von 0,15 mm zerkleinert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt.
  • Beispiel 3 Eine Probe von 100 g metallisches Silicium wird 2 Stunden bei 950C mit 200 cm3 Salzsäure mit einem Gehalt von 100 g/Liter HCl ausgelaugt. Das Silicium hat eine Teilchengröße von etwa 0,42 bis 2,3Q mm. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt.
  • Beispiel 4 Eine Probe von 100 g metallisches Silicium wird 3 Stunden bei 105°C mit 200 cL3 Salzsäure mit einem Gehalt von 100 g/Liter HCl ausgelaugt. Das Silicium hat eine Teilchengröße von 0,0 7t .m. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammenge-aßt.
  • Beispiel 5 Metallisches Silizium wird unter Verwendung verschiedener Gase und Feinungsschlacken bei 15000C gefeint. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengefaßt.
  • Tabelle I Dichte der Flüssig- Produkt Ausbeute, keit, Gew.-% des Chemische Analyse, Gew.-% im Produkt g/cm³ Ansatzes Ca Al Fe C P B S - Ansatz 100 0,132 0,621 1,18 1,32 0,01 -x- 0,004 2,2 aufgeschwommener Teil A (A<2,2) 1,02 0,684 1,04 0,495 -x- -x- -x- 0,65 2,3 aufgeschwommener Teil B 1,41 0,573 0,711 0,593 -x- -x- -c- < 0,01 (2,2<B<2,3) 2,35 aufgeschwommener Teil C 66,33 0,028 0,059 0,135 0,192 0,003 0,006 " (2,3<C<2,35 2,4 aufgeschwommener Teil D 21,88 0,088 0,471 0,505 0,372 0,01 -x- " (2,35<D<2,4 2,4 abgesunkener Teil 9,36 0,845 4,89 10,3 2,42 0,018 -x- " (>2,4) Bewertung: "x" = nicht analysiert.
  • Der ungefähre Dichtebereich jeder Produktfraktion ist in Klammern angegeben Tabelle II Dichte der Ausbeute, Chemische Analyse, Gew.-% im Produkt Flüssigkeit, Produkt Gew.-% des g/cm³ Ansatzes Ca Al Fe C P B S - Ansatz 100 0,118 0,559 1,19 1,32 0,01 -x- 0,006 2,2 aufgeschwommener Teil A 0,81 0,371 0,736 0,338 -x- -x- -x- 0,9 (A < 2,2) 2,3 aufgeschwommener Teil B 0,48 0,492 0,616 0,579 -x- -x- -x- <0,01 (2,2<B<2,3) 2,35 aufgeschwommener Teil C 69,08 0,041 0,102 0,165 0,453 0,008 -x- <0,01 (2,3<C<2,35) 2,40 aufgeschwommener Teil D 21,64 0,088 0,32 0,35 0,552 0,008 -x- <0,01 (2,35<D<2,4) 2,4 abgesunkener Teil 7,99 0,815 5,14 12,5 2,2 0,02 -x- <0,01 ( >2,4) Bemerkung: siehe Tabelle I Tabelle III Produkt Menge Produktanalyse, Gew.-% entfernte Verunreinigungen, bezogen auf den Ansatz, Gew.-% Ca Al Fe C Ca Al Fe C Ansatz 100 Gew.-% 0,209 0,846 1,249 3,47 Filtrat 500 cm³ 0,183g/l 0,602g/l 0,855g/l 0,0 g/l 43,8 36,3 34,2 0,0 gereinig- 97,5 0,12 0,540 0,84 3,53 tes Pro- Gew.-% dukt Bemerkung: Teilchengröße etwa 0,42 bis 2,33 mm Tabelle IV Produkt Menge Produktanalyse, Gew.-% entfernte Verunreinigungen, bezogen auf den Ansatz, Gew.-% Ca Al Fe C Ca Al Fe C Ansatz 100 Gew.-% 0,145 0,886 1,121 3,42 Filtrat 500 cm³ 0,161g/l 0,967g/l 1,68g/l 0,0g/l 55,5 54,6 74,9 0,0 gereinigtes Pro- 96,2Gew.-% 0,067 0,418 0,293 3,56 dukt Bemerkung: Teilchengröße etwa 0,074 mm Tabelle V Versuch Nr. Produkt, Reagentien Produktanalyse, Gew.-% Gew,-% Gas Schlacke * Ca Al Fe C P Ansatz 100 - - 0,14 0,633 1,22 1,32 0,01 1 42,5 N2 S 0,05 0,06 1,09 0,024 0,014 2 48,5 O2 S 0,09 0,04 1,15 0,026 0,014 3 49,0 H2S S 0,01 0,04 0,94 0,028 0,012 4 47,5 Freon-12- S 0,01 0,02 0,81 0,016 0,012 50 % O2 5 31,9 " A** 0,11 0,457 0,88 0,016 0,012 *S = 12 % SiO2-38 % CaO - 50 % CaF2 A = 16 % Al2O3 - 34 % CaO - 50 % CaF2 ** Andere Versuche mit der Al2O3-haltigen Schlacke ergeben ähnlich schlechte Resultate im Hinblick auf die Abtrennung von Ca und Al Der Vergleich der Beispiele 1 und 2 zeigt die Empfindlichkeit des Trennverfahrens unter Verwendung einer schweren Flüssigkeit auf die Teilchengröße. Einen ähnlichen Vergleich zeigen die Beispiele 3 und 4 für das Auslaugverfahren.
  • Die in Beispiel 5 erläuterte Schmelze und Feinungsstufe erweist sich als besonders wertvoll für die Entfernung von Kohlenstoff. Im Beispiel 5 wird vermutlich ein großer Teil des Siliciums zu Silici-wmdioxid oxidiert und verbleibt als Schwamm auf dem geschmolzenen Silicium. Das Silicium wird vor ar Gaszufunr entfernt. Diese Oxidation kann sogar unter einer Stlcksto-fdusche auftreten. Eine kontrollierte Oxidation bei der Durchführung des Verfahrens unter vermindertem Druck erweist sich als günstiger.

Claims (55)

  1. Verfahren zur Reinigung von Silicium Patentansprüche 1. Verfahren zur Reinigung von Silicium, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man (a) zerkleinertes Silicium mit einer schweren Trennflossigke.t zusammenbringt, die (1) im Verhältnis zu reinem Silicium eine Dichte aufweist, die ausreicht, um eine auf Dichteunterschieden beruhende Trennung des Siliciums von Verunreinigungen zu bewirken und (2) eine ausreichend niedrige Viskosität besitzt, um eine rasche Trennung der zerkleinerten Teilchen unter Krafteinwirkung zu ermöglichen, (b) das Gemisch aus Silicium und Flüssigkeit in mindestens zwei Fraktionen auftrennt, von denen eine, die Fraktion (i)eine überwiegende Menge an gereinigtem Silicium enthält, (c) das gereinigte Silicium aus mindestens einer der genannten Fraktionen abtrennt, (a) das in Stufe (c) erhaltene gereinigte Silicium mit einer Säure unter Auslaugbedingungen auslaugt, (e) das ausgelaugte Silicium von Stufe (d) schmilzt, (f) die in Stufe (e) erhaltene Schmelze mit (1) einem Verunreinigungen oxidierenden strömenden Medium und (2) einer Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis zusammenbringt und (g) das gereinigte Silicium aus dem Gemisch von Schlacke und Silicium abtrennt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als schwere Trennflüssigkeit in Stufe (a) 111,2,2-Tetrabromäthan ein Gemisch aus Zinkbromid und Calciumbromid, Methylenbromid, Bromoforn oder Tribromfluormethan verwendet.
  3. 3. Veb wahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit zur Einstellung der Dichte ein Verdünnungsrittel enthält, das geringe Flüchtigkeit besitzt und mit der schweren Trennflüssigkeit weitgehend mischbar ist
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel zur Einstellung der Dichte Aceton, Methanol, Benzol oder ein aromatisches Lösungsmittel auf Erdölbasis ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit in Stufe (a) eine Dichte von etwa 2,25 bis 2,45 g/cm3 aufweist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit in Stufe (a) eine Dichte von etwa 2,30 bis etwa 2,40 g/cm3 aufweist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinwirkung die Schwerkraft oder eine Zentrifugalkraft ist.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Säure Salzsäure verwendet.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit eine Viskosität von weniger als 0,01 Pa.s bei 250C aufweist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Silicium eine Teilchengröße von0,15 bis 0,6 mm aufweist.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Flüssigkeit eine Dichte von weniger als 3,003 Pa.s bei 250C aufweist.
  12. 12. Verfahren nacn mspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaugen bei einer Temperatur von etwa 100 bis 1500C durchgeführt wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaugen etwa 2 bis 6 Stunden durchgeführt wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silicium mit metallurgischer Reinheit eingesetzt wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das zerkleinerte Silicium vor dem Auslaugen in Stufe (d) weiter auf eine Teilchengröße von etwa 0,074 bis 0,21 mm zerkleinert.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (c) mindestens aus der Fraktion (i) das gereinigte Siliclum entfernt.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (f) als Verunreinigungen oxidierendes strömendes Medium Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, eine Fluorkohlenstoffverbindung oder Gemische davon einsetzt.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (f) als Verunreinigungen oxidierendes strömendes Medium ein Gemisch aus Dichlordifluormethan und Sauerstoff einsetzt.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Dichlordifluormethan und den Sauerstoff in etwa gleichen Volumenteilen in die Schmelze einbläst.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufen (e) und (f) zur Steuerunq des Ausmaßes der Oxidation unter verrLindertem Druck oder unter einer inerten A Lo¢-hnre durchführt.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man In Stufe (f) ein Gemisch aus SiO2, CaO und CaF als 2 Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis verwendet.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (f) ein Gemisch aus etwa 12 Gewichtsprozenit SiO2, 38 Gewichtsprozent CaO und 50 Gewichtsprozent CaF2 als Schlacke verwendet.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Stufe (a) eingesetzte Silicium eine Reinheit von mindestens etwa 80 % aufweist.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (a) zerkleinertes Silicium mit metallurgischer Reinheit in Form von Teilchen mit einer Größe im Bereich von etwa 0,15 bis 0,6 mm einsetzt und als schwere Trennflüssigkeit ein Gemisch aus 1,1,2,2-Tetrabro.n~than und einem Verdünnungsmittel in einer Menge benutzt, die eine Dichte von etwa 2,3 bis 2,4 g/cm3 und eine Viskosität von weniger als 0,01 Pa.s ergibt, daß man in Stufe (c) gereinigtes Silicium mindestens aus der Fraktion (i) entfernt, daß man das Silicium vor dem Auslaugen in Stufe (d) weiter auf eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,044 bis 0,15 mm zerkleinert, in Stufe (d) Salzsäure verwendet und das Auslaugen bei einer Temperatur von etwa 105 bis 1200C etwa 2 bis 6 Stunden lang durchführt, daß ~.Lan in den Stufen (e) und (f) das Silicium auf eine Temperatur von mindestens etwa 1400"C erhitzt und mit einen Gemisch aus Sauerstoff und Dichlordifluormethan in etwa cleichen zungen zusammenbringt, und die VerunreinIgungen durch Zusammenbringen mit einer Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis entfernt, die aus einem Gemisch aus SiO2 CaO und CaF2 besteht.
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke ein Gemisch aus etwa 12 Gewichtsprozent SiO2, 38 Gewichtsprozent CaO und 50 Gewichtsprozent CaF2 umfaßt.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufen (e) und (f) zur Begrenzung des Ausmaßes der Oxidation unter kontrollierten Bedingungen durchführt.
  27. 27. Verfahren zur Reinigung von Silicium, dadurch gekennzeichnet, daß man zerkleinertes Silicium mit einer schweren Trennflüssigkeit zusammenbringt, die (1) im Verhältnis zu reinem Silicium eine Dichte aufweist, die ausreicht, um eine auf Dichteunterschieden beruhende Trennung des Siliciums von den Verunreinigungen zu bewirken und (2) eine ausreichend niedrige Viskosität besitzt, um eine Trennung der zerkleinerten Teilchen unter Schwerkraftein- wirkung zu ermöglichen, daß man das Gemisch aus Silicium und Flüssigkeit in mindestens zwei Fraktionen auftrennt, von denen eine, die Fraktion (i), eine überwiegende Menge an gereinigtem Silicium enthält, und daß man das gereinigte Silicium mindestens aus der Fraktion (i) abtrennt.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß man als schwere Trennflüssigkeit 1,1,2,2-Tetrabromäthan ein Gemisch aus Zinkbromid und Calciumbromid, Methylenbromid, Bromoform oder Tribromfluormethan verwendet.
  29. 29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß man als schwere Trennflüssigkeit 1,1,2,2- Tetrabromäthan verwendet.
  30. 30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssrskeit zur Einstellung der Dichte ein Verdünnun-smittel enthält, das geringe Flüchtigkeit aufweist und rit den anderen Bestandteilen der schweren Trennflüssigkeit weitgehend mischbar ist.
  31. 31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Silicium-Ausgangsmaterial metallurgische Refinheit aufweist
  32. 32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel zur Einstellung der Dichte Aceton, Methanol, Benzol oder ein Lösungsmittel auf Erdölbasis ist.
  33. 33. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit eine Dichte von etwa 2,20 bis 2,50 g/cm3 aufweist.
  34. 34. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Silicium vor der Reinigung eine Reinheit von mindestens 80 % aufweist.
  35. 35. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit eine Dichte von etwa 2,30 bis 2,40 g/cm3 aufweist.
  36. 36. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Trennflüssigkeit eine Dichte von etwa 2,30 bis 2,40 g/cm3 aufweist.
  37. 37. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerkrafteinwirkung eine Zentrifugalkraft ist.
  38. 38. Verfahren zur Ru neigung von Silicium, dadurch gekennzeichnet, daß man zerkleinertes Silicium mit Salzsäure unter Auslaugbedingungen auslaugt.
  39. 39. Verzehren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß man das Auslaugen bei einer Temperatur von etwa 100 bis 1500C etwa 2 bis 6 Stunden lang durchführt.
  40. 40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß man ein zerkleInertes Silicium mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 0,074 bis 0,210 mm einsetzt.
  41. 41. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet; daß man eine Salzsäure mit einer Stärke von etwa 18 bis 35 % einsetzt.
  42. 42. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Salzsäure mit einer Stärke von etwa 18 bis 35 % einsetzt und das zerkleinerte Silicium-Ausgangsmaterial eine Reinheit von mindestens 95 % aufweist.
  43. 43. Verfahren zur Reinigung von Silicium, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) Silicium schmilzt, (b) das geschmolzene Silicium mit einem strömenden Medium in Berührung bringt, das Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, eine Fluorkohlenstoffverbindung oder Gemische davon umfaßt, und (c) die in dem geschmolzenen Silicium vorhandenen Verunreinigungen durch Zusammenbringen des das strömende Medium enthaltenden geschmolzenen Siliciums mit einer Feinungsschlacke auf Siliciumdioxidbasis und Abtrennen der die Verunreinigungen aufnehmenden Schlacke vom gereinigtem Silicium entfernt.
  44. 44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke ein Gemisch von SiO2, CaO und CaF2 umfaßt.
  45. 45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke etwa 12 % SiO2, 38 % CaO und 50 % CaF2 umfaßt.
  46. 46. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verranren zur Steuerung des Ausmaßes der Oxidation unter verrindertem Druck oder unter einer inerten atmosphäre durchführt.
  47. 47. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß man as strömendes Medium ein Gemisch aus einer Fluorkohlenstoffverbindung und Sauerstoff einsetzt.
  48. 48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fluorkohlenstoffverbindung Dichlordifluormethan einsetzt.
  49. 49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß man Dichlorifluormethan und Sauerstoff in etwa gleichen Volumenanteilen einbläst.
  50. 50. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke etwa 12 Gewichtsprozent SiO2, 38 Gewichtsprozent CaO und 50 Gewichtsprozent CaF2 umfaßt.
  51. 51. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke etwa 12 Gewichtsprozent SiO2, 38 Gewichtsprozent CaO und 50 Gewichtsprozent CaF umfaßt.
  52. 52. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Medium eine Fluorkohlenstoffverbindung ist.
  53. 53. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Medium Dichlordifluormethan ist.
  54. 54. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das in Stufe (a) eingesetzte Silicium metallurqische Reinneigt aufweist.
  55. 55. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das in stufe (a) eingesetzte zerkleinerte Silicium eine Reinheit von mindestens 80 % aufweist.
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