EA009888B1 - Method of production of pure silicon - Google Patents

Method of production of pure silicon Download PDF

Info

Publication number
EA009888B1
EA009888B1 EA200700341A EA200700341A EA009888B1 EA 009888 B1 EA009888 B1 EA 009888B1 EA 200700341 A EA200700341 A EA 200700341A EA 200700341 A EA200700341 A EA 200700341A EA 009888 B1 EA009888 B1 EA 009888B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
silicon
slag
aluminum
aqueous solution
loaded
Prior art date
Application number
EA200700341A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200700341A1 (en
Inventor
Нуралы Султанович БЕКТУРГАНОВ
Борис Анатольевич Бекетов
Марат Фатыхович Тамендаров
Булат Нигметулы Мукашев
Хабибулла Абдуллаевич Абдуллин
Жаксыбек Абрахметович Кулекеев
Original Assignee
Министерство Образования И Науки Республики Казахстан Республиканское Государственное Предприятие "Центр Химико-Технологических Исследований" Дочернее Государственное Предприятие "Физико-Технический Институт"
Тоо "Кремниевые Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Министерство Образования И Науки Республики Казахстан Республиканское Государственное Предприятие "Центр Химико-Технологических Исследований" Дочернее Государственное Предприятие "Физико-Технический Институт", Тоо "Кремниевые Технологии" filed Critical Министерство Образования И Науки Республики Казахстан Республиканское Государственное Предприятие "Центр Химико-Технологических Исследований" Дочернее Государственное Предприятие "Физико-Технический Институт"
Publication of EA200700341A1 publication Critical patent/EA200700341A1/en
Publication of EA009888B1 publication Critical patent/EA009888B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/023Preparation by reduction of silica or free silica-containing material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

The method of production of pure silicon by aluminothermic reduction of silicon dioxide in silicon-containing phosphorous slags for PV industry and solar batteries manufacture.Phosphorous slag is loaded into open graphite crucible and then heated in the induction furnace at the eutectic melting temperature, whereupon it is added with aluminium. Obtained silicon separated from the slag emerges on the slag's surface. Then it is loaded with the new portion of slag and aluminium. The process should be repeated for several times, until full sedimentation of the reacted slag and its separation from silicon, which appeared in the top part of reactor. Obtained silicon is discharged into the graphite mould and cooled up to formation of the grain patterns with average sizes of crystals less than 1 mm. Than the silicon is crushed and sifted for the removal of small particles and exposed to hydrochemical treatment with aqueous solutions of mineral acids in two stages. Thus, this process allows receiving silicon powder with total purity of 99.99 %.Favorable results may also be obtained when up to 30 mole % of alkaline earth metal fluorides or other substances that increase the solubility in the slag or the aluminum oxide that is formed are added to the slag.

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к алюминотермическому методу получения чистого кремния для фотоэлектронной промышленности, в том числе для изготовления солнечных батарей.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the aluminothermic method of obtaining pure silicon for the photoelectronic industry, including for the manufacture of solar cells.

Одной из наиболее важных и актуальных проблем мировой науки и техники является солнечная энергетика. В настоящее время в производстве солнечных элементов (СЭ) в основном применяется дорогостоящий кремний полупроводниковой чистоты, произведенный по хлорсилановой технологии.One of the most important and urgent problems of world science and technology is solar energy. Currently, the production of solar cells (SC) is mainly used expensive semiconductor silicon, produced by chlorosilane technology.

В традиционном процессе металлургический кремний, полученный восстановлением кварца углеродом в дуговой печи, переводится в трихлорсилан путем взаимодействия с хлорводородом. Трихлорсилан очищается дистилляцией и разлагается в присутствии водорода с осаждением высокочистого поликристаллического кремния на нагретые стержни-носители. Кремний, полученный таким образом, отвечает требованиям чистоты для электронных приборов. Однако такая высокая чистота не требуется для кремния, предназначенного в качестве сырья для СЭ. Было сделано много попыток заменить классический метод получения кремния на процесс с более низкой себестоимостью, в котором исключалась бы газовая фаза очистки.In the traditional process, metallurgical silicon obtained by reducing quartz with carbon in an arc furnace is converted to trichlorosilane by reacting with hydrogen chloride. Trichlorosilane is purified by distillation and decomposed in the presence of hydrogen with precipitation of high-purity polycrystalline silicon on heated carrier rods. The silicon thus obtained meets the purity requirements of electronic devices. However, such high purity is not required for silicon, intended as a raw material for SC. Many attempts have been made to replace the classical method of obtaining silicon by a process with a lower cost, which would eliminate the gas phase of purification.

Обычный металлургический кремний содержит некоторое количество металлических и неметаллических примесей, которые делают невозможным его использование для изготовления СЭ. Неметаллические примеси, такие как бор и фосфор, могут быть уменьшены, главным образом, выбором подходящих сырьевых материалов для производства кремния, но это возможно только до определенной степени для большинства металлических примесей Ее, А1, Мп, Си, N1 и др. Исходное сырье высокой степени чистоты стоит дорого, поэтому желательно обеспечить простой и дешевый процесс получения кремния и его очистки, который позволит удалять металлические примеси и/или уменьшать их концентрацию до такой низкой степени, что очищенный кремний будет пригодным для изготовления СЭ.Conventional metallurgical silicon contains a certain amount of metallic and non-metallic impurities, which make it impossible to use it for the manufacture of solar cells. Non-metallic impurities, such as boron and phosphorus, can be reduced, mainly, by the choice of suitable raw materials for the production of silicon, but this is only possible to a certain extent for most of the metallic impurities E, A1, Mn, Cu, N1, and others. purity is expensive, so it is desirable to provide a simple and cheap process for obtaining silicon and its purification, which will remove metallic impurities and / or reduce their concentration to such a low level that purified silicon will be suitable th for the manufacture of SC.

Известно, что металлические примеси выделяются из кремния во время кристаллизации и что они кристаллизуются вдоль межзеренных границ кремния в виде интерметаллических соединений или как силициды. Поэтому очистка кремния может быть эффективной при управлении кристаллизацией так, что примеси могут быть собраны и удалены, например, вытягиванием кристалла из расплава, зонной плавкой или подобными методами либо растворением примесей минеральными кислотами, которые не действуют на кремний. Вытягивание кристалла из расплава, так же, как зонная плавка, является очень эффективным, но в то же время чрезвычайно дорогим методом очистки, и требуется многократное повторение процесса для металлургического кремния, чтобы получить солнечный кремний.It is known that metallic impurities are precipitated from silicon during crystallization and that they crystallize along the intergranular boundaries of silicon as intermetallic compounds or as silicides. Therefore, purification of silicon can be effective in controlling crystallization so that impurities can be collected and removed, for example, by pulling a crystal from a melt, by zone melting or similar methods, or by dissolving impurities with mineral acids that do not act on silicon. Extrusion of the crystal from the melt, as well as zone melting, is a very efficient, but at the same time, an extremely expensive purification method, and it requires multiple repetition of the process for metallurgical silicon in order to obtain solar silicon.

Согласно патенту США № 4457903, МКИ С01В 33/02 кварц может быть восстановлен алюминием до кремния в присутствии шлака в виде сульфида алюминия. В этом процессе алюминий ведет себя одновременно как восстановитель по отношению к кварцу и как растворитель для образующегося кремния, который впоследствии может быть выкристаллизован в чистом виде при охлаждении раствора алюминия до 600°С. Однако этот процесс требует большого количества алюминия и дополнительных защитных мер из-за запаха и высокой токсичности сульфида алюминия, связан с большими потерями кремния и не обеспечивает требуемой чистоты.According to US patent No. 4457903, MKI СВВ 33/02, quartz can be reduced by aluminum to silicon in the presence of slag in the form of aluminum sulfide. In this process, aluminum behaves simultaneously as a reducing agent with respect to quartz and as a solvent for the resulting silicon, which can subsequently be crystallized in its pure form by cooling the aluminum solution to 600 ° C. However, this process requires a large amount of aluminum and additional protective measures due to the smell and high toxicity of aluminum sulfide, is associated with large losses of silicon and does not provide the required purity.

Наиболее близким к предлагаемому и взятым за прототип является способ получения кремния путем взаимодействия алюминия с кремнеземистым шлаком фосфорного производства при массовом соотношении шлака и алюминия 1:(0,3-0,5) при 1200-1300°С в присутствии добавки карбоната магния в количестве 5-20% и стеклобоя в количестве 5-16% от массы алюминия (см. предварительный патент РК № 4627, Бюл. № 2, 16.06.97 г., С01В 33/02). К недостаткам этого способа относятся трудность контроля реакции выщелачивания при кислотной очистке из-за большого тепловыделения и образование силана и газообразного водорода, которые могут вызвать самовозгорание или взрыв, а также недостаточная чистота полученного кремния. Кроме того, большое количество кальция в кремнии служит причиной больших потерь кремния в форме мелких частиц, которые теряются при промывке порошка после выщелачивания.Closest to the proposed and taken as a prototype is a method of producing silicon by reacting aluminum with silica slag of phosphorus production with a mass ratio of slag and aluminum 1: (0.3-0.5) at 1200-1300 ° C in the presence of magnesium carbonate in the amount of 5-20% and cullet in the amount of 5-16% by weight of aluminum (see provisional patent of the Republic of Kazakhstan No. 4627, Bull. No. 2, 06.16.97, C01B 33/02). The disadvantages of this method include the difficulty of controlling the leaching reaction during acid cleaning due to the large heat generation and the formation of silane and gaseous hydrogen, which can cause spontaneous combustion or explosion, as well as the insufficient purity of the silicon obtained. In addition, a large amount of calcium in silicon causes large losses of silicon in the form of small particles, which are lost when the powder is washed after leaching.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка процесса, который может быть использован для производства кремния в промышленных масштабах и который путем использования в качестве сырья дешевых кремнеземистых шлаков фосфорного производства позволяет получать чистый кремний для солнечных батарей, избегая вовлечения дорогостоящей газовой фазы, и без недостатков ранее упомянутых процессов.The technical task of the invention is to develop a process that can be used for the production of silicon on an industrial scale and which, by using cheap silica-based phosphoric slags as raw materials, allows to obtain pure silicon for solar cells, avoiding the involvement of an expensive gas phase .

В соответствии с настоящим изобретением указанная цель достигается при помощи процесса, характеризуемого тем, что шлак загружают в реактор, нагревают до эвтектической температуры плавления и в расплав вводят алюминий в необходимом количестве для восстановления кремнезема в фосфорном шлаке. Для увеличения растворимости в шлаке образующегося оксида алюминия и снижения вязкости расплава в шихту добавляют до 30 мол.% фторидов щелочно-земельных металлов Кремний, образующийся в результате окислительно-восстановительных реакций в расплаве, легко отделяется от шлака и всплывает на поверхность из-за более низкой плотности по сравнению со шлаком. В отличие от прототипа, в котором для рафинации кремния используется стеклобой, в предлагаемом способе на поверхность расплава кремния загружают новую порцию шлака и алюминия. В результате повторного прохождения жидкого шлака через слой кремния в нижнюю часть реактора эффективность шлаковой очисткиIn accordance with the present invention, said goal is achieved by a process characterized in that slag is charged to a reactor, heated to a eutectic melting point, and aluminum is introduced into the melt in the required amount to reduce silica in a phosphoric slag. To increase the solubility in the slag of the formed aluminum oxide and reduce the viscosity of the melt, up to 30 mol.% Of alkaline-earth metal fluorides are added to the mixture. Silicon formed as a result of redox reactions in the melt is easily separated from the slag and floats to the surface due to the lower density compared to slag. Unlike the prototype, in which the cullet is used for the refining of silicon, in the proposed method, a new batch of slag and aluminum is loaded onto the surface of the silicon melt. As a result of the repeated passage of the liquid slag through the silicon layer to the lower part of the reactor, the efficiency of slag cleaning

- 1 009888 кремния возрастает. Кроме того, взаимодействие жидкого кремния со шлаком позволяет снизить в нем содержание кальция и алюминия, количество которых при обычном алюминотермическом процессе может достигать нескольких процентов. В данном случае примеси кальция и алюминия в кремнии могут выступать как восстановители кремнезема в новой порции шлака.- 1 009888 silicon increases. In addition, the interaction of liquid silicon with slag can reduce the content of calcium and aluminum in it, the amount of which with the usual aluminothermic process can reach several percent. In this case, calcium and aluminum impurities in silicon can act as silica reducing agents in a new portion of slag.

Таким образом, шихта в реакционный объем реактора вводится отдельными партиями. Процесс продолжается до полного осаждения прореагировавшего шлака и разделения с кремнием, который заполняет верхнюю часть реактора. После этого кремний сливается отдельно от шлака в графитовую изложницу и медленно охлаждается для получения закристаллизовавшегося слитка с размером зерен не более 1 мм. Затем кремний предварительно дробят, рассеивают, удаляют мелкие частицы и подвергают гидрохимической очистке в два этапа. На первом этапе используют водный раствор ЕеС13 и НС1, на втором - водный раствор НЕ и ΗΝΟ3. На финишном этапе порошок кремния промывают деионизованной водой и сушат.Thus, the mixture is introduced into the reaction volume of the reactor in separate batches. The process continues until complete precipitation of the reacted slag and separation with silicon, which fills the upper part of the reactor. After that, silicon is drained separately from slag into a graphite mold and is slowly cooled to obtain a crystallized ingot with a grain size of not more than 1 mm. Then, the silicon is preliminarily crushed, scattered, the fine particles are removed and subjected to hydrochemical purification in two stages. In the first stage, an aqueous solution of EHCl 3 and HC1 is used; in the second, an aqueous solution of HE and ΗΝΟ 3 is used . At the final stage, the silicon powder is washed with deionized water and dried.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного количественным составом используемой шихты, введением шихты в реакционную емкость отдельными партиями, что позволяет контролировать температуру расплава и устраняет необходимость ее дополнительного перемешивания, обеспечивает эффективный процесс шлаковой очистки кремния, устраняет образование силанов и возможность их самовоспламенения при кислотной очистке. Указанные отличия позволяют получить кремний с чистотой более 99,99%.Comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the inventive method differs from the known quantitative composition of the used mixture, the introduction of the mixture into the reaction tank in separate batches, which allows you to control the temperature of the melt and eliminates the need for additional mixing, ensures an efficient slag cleaning of silicon, eliminates the formation of silanes and the possibility of their self-ignition during acid cleaning. These differences allow to obtain silicon with a purity of more than 99.99%.

Особенным достоинством предлагаемого способа является то, что кремнеземистый шлак служит одновременно средой, в которой происходит реакция восстановления кремния, и средой, в которую происходит экстракция примесей. Многократное прохождение шлака через расплав металлического кремния при его осаждении в реакторе значительно усиливает эффект рафинации кремния. Введение шихты отдельными порциями обеспечивает полноту реакции без механического перемешивания и позволяет контролировать температуру расплава скоростью добавления компонетов.A special advantage of the proposed method is that the silica slag serves simultaneously as the medium in which the silicon reduction reaction takes place and the medium in which the impurities are extracted. Repeated passage of slag through a melt of metallic silicon during its deposition in the reactor greatly enhances the effect of refining silicon. The introduction of the charge in separate portions ensures the completeness of the reaction without mechanical mixing and allows you to control the melt temperature by the speed of addition of the components.

Термодинамический анализ условий алюминотермического восстановления δίΟ2 в шлаковых расплавах показал, что в системе расплава алюминия и шлака, содержащего СаО, δίΟ2, МдО, Α12Ο3 и в небольших количествах другие окислы, алюминий будет вступать в реакцию, главным образом, с 8ίΟ2 расплава с восстановлением кремнезема до кремния. Сопоставление равновесной активности δίΟ2 с данными по активности кремнезема в системах Ο;·ιΟ-8ίΟ2-Α12Ο3 и СаΟ-δ^Ο2-Α12Ο3-ΜдΟ [см. В.Н. Всш. 1. СЫршаи. №аи8. Ме!а11итд. 8ос. ΑδΜΕ, 227, № 5, 1963] показало, что равновесие в системе «шлаковый расплавалюминий» наступит при содержании δίΟ2 около 0,5 мас.%. Это свидетельствует о высокой степени завершенности окислительно-восстановительных реакций в такой системе.Thermodynamic analysis of the conditions of aluminothermic reduction δίΟ 2 in slag melts showed that in the system of aluminum melt and slag containing CaO, δίΟ 2 , MgO, Α1 2 Ο 3 and in small quantities other oxides, aluminum will react mainly with 8 2 melts with the restoration of silica to silicon. Comparison of the equilibrium activity δίΟ 2 with the data on silica activity in the systems Ο; · ιΟ-8ίΟ 2 -Α1 2 3 and CaΟ-δ ^ Ο 2 -Α1 2 Ο 3 -ΜdΟ [see V.N. All 1. Syr Shh. No. Ai8. Me! A11dd. 8os ΑδΜΕ, 227, No. 5, 1963] showed that the equilibrium in the system “molten aluminum – melt” will occur when the content of δίΟ 2 is about 0.5 wt.%. This indicates a high degree of completion of redox reactions in such a system.

Алюминий, являясь восстановителем, не обязательно использовать как можно в более чистой форме, чтобы избежать попадания добавочных примесей. Если примеси - это вещества, которые преимущественно накапливаются в шлаке, то может быть использован алюминий более низкой чистоты. С другой стороны, алюминий должен быть как можно более чистым по отношению к примесям, которые плохо расстворяются шлаком и должны быть удалены с самого начала процесса, таким, например, как железо или фосфор. Использование электролитически очищенного алюминия с чистотой по крайней мере 99,9% показало особенную эффективность.Aluminum, being a reducing agent, is not necessary to use as clean as possible in order to avoid the ingress of additional impurities. If impurities are substances that predominantly accumulate in the slag, then aluminum of lower purity can be used. On the other hand, aluminum should be as clean as possible with respect to impurities that are poorly dissolved by slag and must be removed from the very beginning of the process, such as, for example, iron or phosphorus. The use of electrolytically purified aluminum with a purity of at least 99.9% has shown particular efficacy.

Ниже приводится пример конкретной реализации заявляемого способа.Below is an example of a specific implementation of the proposed method.

Фосфорный шлак в количестве 4 кг загружают в графитовый тигель и нагревают в индукционной печи до температуры плавления (1300-1350°С). В расплав кремнеземистого шлака вносят 1 кг гранулированного алюминия чистотой 99,6%. Из-за экзотермического характера реакции фосфорного шлака с алюминием температура расплава поднимается до 1420-1600°С. В этом температурном интервале кремний находится в расплавленном состоянии и легко отделяется от шлака.Phosphoric slag in the amount of 4 kg is loaded into a graphite crucible and heated in an induction furnace to the melting temperature (1300-1350 ° C). 1 kg of granulated aluminum with a purity of 99.6% is introduced into the molten silica slag. Due to the exothermic nature of the reaction of phosphorus slag with aluminum, the temperature of the melt rises to 1420-1600 ° C. In this temperature range, silicon is in a molten state and is easily separated from the slag.

Внешний нагрев возобновляется, только когда реакция близка к завершению. Это необходимо, чтобы предотвратить понижение температуры ниже точки плавления продуктов реакции. Индикатором того, что весь реактивный материал полностью прореагировал, является падение температуры, при этом расплав начинает расслаиваться. Вторичный шлак погружается на дно тигля, в то время как кремний из-за меньшей плотности собирается на его поверхности.External heating resumes only when the reaction is nearing completion. This is necessary to prevent the temperature from dropping below the melting point of the reaction products. An indicator that all reactive material has completely reacted is a drop in temperature, and the melt begins to delaminate. Secondary slag sinks to the bottom of the crucible, while silicon, due to its lower density, collects on its surface.

После завершения окислительно-восстановительной реакции в расплав кремния последовательно вводят три партии шихты, содержащей 1000 г фосфорного шлака и 250 г гранулированного алюминия. Внешним нагревом графитового тигля температуру расплава поднимают до 1500-1550°С и поддерживают в течение 30 мин, после этого отделяют кремний от шлака. Вес металла - 1260 г.After the completion of the redox reaction, three batches containing 1000 g of phosphoric slag and 250 g of granulated aluminum are successively introduced into the silicon melt. The melt temperature is raised to 1500–1550 ° C by external heating of the graphite crucible and maintained for 30 minutes, after which silicon is separated from the slag. Metal weight - 1260 g.

Кремний сливают в изложницу, позволяющую поддерживать относительно медленную скорость охлаждения для образования зернистой структуры, где кристаллиты кремния отделены друг от друга границами, на которых происходит эффективная сегрегация примесей металлов. Затем проводят дробление и рассеивают для удаления частиц меньше 0,060 мм. Так как кремний обладает высокой твердостью, то при дроблении, в первую очередь, разрушается материал на межзеренных границах, и тем самым уже при механическом воздействии удаляется значительная доля примесных атомов.Silicon is poured into a mold, which allows to maintain a relatively slow cooling rate to form a granular structure, where silicon crystallites are separated from each other by boundaries at which effective segregation of metal impurities occurs. This is followed by crushing and dissipating to remove particles less than 0.060 mm. Since silicon has high hardness, when crushing, in the first place, the material at the grain boundaries is destroyed, and thus a significant fraction of impurity atoms is removed by mechanical action.

- 2 009888- 2 009888

Процесс кислотной очистки происходит в два этапа. На первом этапе предварительно измельченный материал выщелачивается раствором, содержащим ГеС13 100 г/л (10%) и НС1 (2,5%). Условия обработки: Т:Ж=1:5, температура - 80°С. В присутствии ГеС13 в растворе не происходит образования газообразного силана, и поэтому устраняется опасность его самовозгорания. После промывки кремниевый порошок переходит на второй этап процесса выщелачивания, который проводится при комнатной температуре в течение 30 мин и включает обработку порошка водными растворами фтористо-водородной и азотной кислот, разведенными, например, 1-2% НГ, 4-5% ΗΝΟ3. Слишком высокие концентрации растворов приведут к большим потерям кремния при его растворении вместе с примесями. На этой стадии происходит растворение оксидной пленки, образующейся на поверхности кристаллов кремния, и частичное травление поверхностного слоя кремния. Оксидная пленка и поверхностный слой кремния загрязнены примесями, которые содержатся в кремнии в незначительном количестве, однако концентрируются на границе раздела фаз 8ί/8ίΟ2, а также адсорбируются полостями кристаллов и оксидной пленкой.The acid cleaning process takes place in two stages. At the first stage, the previously crushed material is leached with a solution containing GeC1 3 100 g / l (10%) and HC1 (2.5%). Processing conditions: T: W = 1: 5, temperature - 80 ° C. In the presence of GeC1 3 , gaseous silane does not form in the solution, and therefore the danger of its spontaneous combustion is eliminated. After washing, the silicon powder proceeds to the second stage of the leaching process, which is carried out at room temperature for 30 minutes and involves treating the powder with aqueous solutions of hydrofluoric and nitric acids, diluted, for example, 1-2% NG, 4-5% 3 . Too high concentrations of the solutions will lead to large losses of silicon during its dissolution together with impurities. At this stage, the dissolution of the oxide film formed on the surface of silicon crystals, and the partial etching of the surface layer of silicon. The oxide film and the surface layer of silicon are contaminated with impurities that are contained in silicon in insignificant amounts, however, they are concentrated at the phase interface 8ί / 8ίΟ 2 , and are also adsorbed by the crystal cavities and the oxide film.

Кремний, очищенный на втором этапе выщелачивания, промывают водой и высушивают. Продукт просеивают на 1 мм грохоте и после этого тщательно промывают дистиллированной водой или водой, прошедшей через ионообменный фильтр. На всех этапах промывки декантацией удаляются мелкие частицы с размерами меньше 0,050 мм.The silicon purified in the second leaching stage is washed with water and dried. The product is sieved on a 1 mm screen and then thoroughly washed with distilled water or water passing through an ion exchange filter. At all stages of washing by decantation, fine particles with sizes less than 0.050 mm are removed.

При помощи способа, заявленного в изобретении, был получен кремний следующей чистоты.Using the method of the invention, silicon of the following purity was obtained.

в% at% Р% R% А1% A1% Са% Ca% Ге % Ge% Мп % Mn% %:Τΐ, Си, Ыи,Сг, V, Мо, Ζγ %: Τΐ, Si, Ni, Cr, V, Mo, γ 0,0010 0,0010 0,0002 0.0002 0,0010 0,0010 0,000006 0,000006 0,00002 0,00002 0,00001 0.00001 0,00001 0.00001

Такой кремний является исходным материалом для выращивания слитков «солнечного» кремния различными методами вытягивания из расплава и зонной плавки.Such silicon is the starting material for growing ingots of “solar” silicon by various methods of melt pulling and zone melting.

Claims (5)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ получения кремния путем восстановления алюминием диоксида кремния в фосфорном шлаке при температуре 1420-1600°С при содержании алюминия в шихте в молярном отношении к количеству диоксида кремния в шлаке 4:3, отличающийся тем, что загрузку шихты ведут отдельными партиями на расплав кремния, образовавшегося при загрузке предыдущей партии; кремний сливают в графитовую изложницу и медленно охлаждают для получения зернистой структуры с размерами кристаллитов не более 1,0 мм, структуру подвергают дроблению и затем выщелачивают в водном растворе минеральных кислот.1. A method of producing silicon by reducing aluminum with silicon dioxide in a phosphorus slag at a temperature of 1420-1600 ° C with an aluminum content in the mixture in a molar ratio to the amount of silicon dioxide in the slag 4: 3, characterized in that the charge is charged in separate batches to the silicon melt formed during the loading of the previous batch; Silicon is poured into a graphite mold and slowly cooled to obtain a granular structure with a crystallite size of not more than 1.0 mm, the structure is crushed and then leached in an aqueous solution of mineral acids. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в шлак дополнительно вводят до 30 мол.% фторидов щелочно-земельных металлов для увеличения растворимости в шлаке образующегося оксида алюминия.2. The method according to claim 1, characterized in that up to 30 mol.% Of alkaline-earth metal fluorides are additionally introduced into the slag to increase the solubility of the formed aluminum oxide in the slag. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремний подвергают дроблению и рассеву для удаления частиц меньше 0,060 мм.3. The method according to claim 1, characterized in that the silicon is subjected to crushing and sieving to remove particles less than 0.060 mm. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремний выщелачивают в два этапа в водном растворе, содержащем ГеС13 и НС1, и в водном растворе, содержащем НГ и ΗΝΟ3 соответственно.4. The method according to claim 1, characterized in that the silicon is leached in two stages in an aqueous solution containing GeCl 3 and HCl, and in an aqueous solution containing NG and ΗΝΟ 3, respectively. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что кремний после выщелачивания промывают дистиллированной водой для удаления мелких частиц.5. The method according to p. 4, characterized in that after leaching the silicon is washed with distilled water to remove small particles.
EA200700341A 2004-10-12 2005-10-12 Method of production of pure silicon EA009888B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20041443 2004-10-12
PCT/KZ2005/000007 WO2006041271A1 (en) 2004-10-12 2005-10-12 Method of production of pure silicon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200700341A1 EA200700341A1 (en) 2007-08-31
EA009888B1 true EA009888B1 (en) 2008-04-28

Family

ID=35810843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200700341A EA009888B1 (en) 2004-10-12 2005-10-12 Method of production of pure silicon

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1805106A1 (en)
EA (1) EA009888B1 (en)
WO (1) WO2006041271A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA029631B1 (en) * 2016-09-15 2018-04-30 Геннадий Николаевич Чумиков Method for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts (quartz fines, silicon production dust (microsilica)) by the aluminothermic process

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7964172B2 (en) 2009-10-13 2011-06-21 Alexander Mukasyan Method of manufacturing high-surface-area silicon
WO2012000428A1 (en) * 2010-06-29 2012-01-05 Byd Company Limited Method for preparing high purity silicon
WO2013078220A1 (en) * 2011-11-22 2013-05-30 Dow Corning Corporation Method for producing solar grade silicon from silicon dioxide
KR101306688B1 (en) * 2012-04-17 2013-09-17 연세대학교 산학협력단 Method and apparatus for recovering silicon from slag
KR101595330B1 (en) * 2014-02-21 2016-02-19 재단법인영월청정소재산업진흥원 Physical and chemical treatment method of purifying the silica to manufacture high-purity MG-Si
RU2648436C2 (en) * 2016-01-25 2018-03-26 Общество с Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "КЛИН" Method of producing high purity silicon powder from mixture of silicon dioxide and aluminium
GB201621609D0 (en) * 2016-12-19 2017-02-01 Norwegian Univ Of Science And Tech (Ntnu) Process for the production of commercial grade silicon

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4457903A (en) * 1982-03-11 1984-07-03 Heliotronic Forshungs Und Entwicklungsgesellschaft Fur Solarzellen Grundstoffe Mbh Semicontinuous process for the production of pure silicon
US4539194A (en) * 1983-02-07 1985-09-03 Elkem A/S Method for production of pure silicon

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4457903A (en) * 1982-03-11 1984-07-03 Heliotronic Forshungs Und Entwicklungsgesellschaft Fur Solarzellen Grundstoffe Mbh Semicontinuous process for the production of pure silicon
US4539194A (en) * 1983-02-07 1985-09-03 Elkem A/S Method for production of pure silicon

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MUKASHEV B.N. ET AL.: "A novel low cost process for the production of semiconductor polycrystalline silicon from recycled industrial waste", NATO SCIENCE SERIES, 3: HIGH TECHNOLOGY, 73 (PERSPECTIVES, SCIENCE AND TECHNOLOGIES FOR NOVEL SILICON ON INSULATOR DEVICES), 75-84 CODEN: NSSTFF; ISSN: 1388-6576, 2000, XP008060568, the whole document *
MUKASHEV B.N. ET AL.: "Development of a technology of silicon production by recycling phosphorous industry wastes", SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 72, no. 1-4, April 2002 (2002-04), pages 605-611, XP004339810, ISSN: 0927-0248, the whole document *
TAMENDAROV M.F. ET AL. COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES: "TECHNOLOGY AND THERMODYNAMIC MODELLING FOR SEMICOMDUCTOR SILICON PRODUCTION BY RECYCLING INDUSTRIAL WASTES", 16TH. E.C. PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE. GLASCOW, UNITED KINGDOM, MAY 1-5, 2000, PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE, LONDON: JAMES & JAMES LTD., GB, vol. VOL. 2 OF 3. CONF. 16, 1 May 2000 (2000-05-01), pages 1631-1633, XP001138965, ISBN: 1-902916-18-2, the whole document *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA029631B1 (en) * 2016-09-15 2018-04-30 Геннадий Николаевич Чумиков Method for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts (quartz fines, silicon production dust (microsilica)) by the aluminothermic process

Also Published As

Publication number Publication date
EP1805106A1 (en) 2007-07-11
WO2006041271A1 (en) 2006-04-20
EA200700341A1 (en) 2007-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2171133B1 (en) Use of acid washing to provide purified silicon crystals
US4539194A (en) Method for production of pure silicon
US4312850A (en) Semicontinuous process for the manufacture of pure silicon
RU2445258C2 (en) Method of purifying silicon
CN101855391B (en) Method for processing silicon powder to obtain silicon crystals
EA009888B1 (en) Method of production of pure silicon
US4241037A (en) Process for purifying silicon
US20170057831A1 (en) Flux composition useful in directional solidification for purifying silicon
CA1194679A (en) Semicontinuous process for the production of pure silicon
KR101733325B1 (en) Method for purifying silicon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU