EA029631B1 - Method for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts (quartz fines, silicon production dust (microsilica)) by the aluminothermic process - Google Patents
Method for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts (quartz fines, silicon production dust (microsilica)) by the aluminothermic process Download PDFInfo
- Publication number
- EA029631B1 EA029631B1 EA201650054A EA201650054A EA029631B1 EA 029631 B1 EA029631 B1 EA 029631B1 EA 201650054 A EA201650054 A EA 201650054A EA 201650054 A EA201650054 A EA 201650054A EA 029631 B1 EA029631 B1 EA 029631B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- silicon
- improved purity
- slag
- aluminothermic
- semiproducts
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения металлургического кремния повышенной чистоты из кремнийсодержащих полупродуктов методом алюминотермии с низкой стоимостью, экологически чистого для применения в производстве кремния для солнечных батарей и полупроводниковой электроники. Получение металлургического кремния повышенной чистоты обеспечиватся за счет того, что очистка от трудноудаляемых примесей бора и фосфора происходит в единой технологической операции одновременно, алюминотермическое восстановление кремния и рафинирование его активными силикатными шлаками от бора и фосфора осуществляется методом алюминотермии при оптимальном подборе отношения СаО/8Ю2 и подбора количества алюминия, растворенного в кремнии. При решении задачи предлагаемым способом достигается новый технический результат, заключающийся в получении кремния повышенной частоты, а также в целях экономической целесообразности образующийся высокоглиноземистый цемент предполагается использовать в качестве строительного материала.The invention relates to the technology of obtaining metallurgical silicon of high purity from silicon-containing intermediates by the method of aluminothermy with low cost, environmentally friendly for use in the manufacture of silicon for solar cells and semiconductor electronics. Production of metallurgical silicon of high purity is ensured by the fact that purification of hard-to-remove impurities of boron and phosphorus occurs simultaneously in a single technological operation. Aluminothermic reduction of silicon and refining it with active silicate slags from boron and phosphorus is carried out by the method of aluminothermy with an optimal selection of the CaO / 8U 2 and selection of the amount of aluminum dissolved in silicon. When solving the problem by the proposed method, a new technical result is achieved, which consists in obtaining silicon of increased frequency, as well as for the purpose of economic feasibility, the resulting high-alumina cement is supposed to be used as a building material.
029631029631
Изобретение относится к технологии получения металлургического кремния повышенной чистоты из кремнийсодержащих полупродуктов методом алюминотермии с низкой стоимостью, экологически чистого для применения в производстве кремния для солнечных батарей и полупроводниковой электроники.The invention relates to the technology of obtaining metallurgical silicon of high purity from silicon-containing intermediates by the method of aluminothermy with low cost, environmentally friendly for use in the manufacture of silicon for solar cells and semiconductor electronics.
Известен способ по евразийскому патенту № 009888, опубликован 31.08.2008 г., МПК С01В 33/023. Сущность способа заключается в получении чистого кремния алюминотермическим восстановлением диоксида кремния в кремнийсодержащих фосфорных шлаках для фотоэлектронной промышленности. Фосфорный шлак загружали в графитовый тигель, доводили до плавления индукционным нагревом при эфтектической температуре, после чего добавляли алюминий. Кремний, образующийся в результате окислительно-восстановительных реакций, отделялся от шлака и всплывал на его поверхность. На него загружали новую порцию шлака и алюминия. Операцию повторяли несколько раз до полного осаждения прореагировавшего шлака и разделения с кремнием, который заполнял верхнюю часть реактора.The known method according to the Eurasian patent No. 009888, published 08/31/2008, IPC C01B 33/023. The essence of the method consists in obtaining pure silicon by aluminothermic reduction of silicon dioxide in silicon-containing phosphoric slags for the photoelectronic industry. Phosphoric slag was loaded into a graphite crucible, brought to melting by induction heating at an efectic temperature, after which aluminum was added. Silicon, formed as a result of redox reactions, was separated from the slag and floated on its surface. A new batch of slag and aluminum was loaded onto it. The operation was repeated several times until complete precipitation of the reacted slag and separation with silicon, which filled the upper part of the reactor.
Недостатком этого патента является то, что этим способом можно получить кремний только при наличии отходов фосфорного производства.The disadvantage of this patent is that in this way silicon can be obtained only in the presence of waste phosphorus production.
Известен способ, наиболее близкий к заявляемому техническому решению, взятый за прототип (см. патент США № 4457903, опубликован 03.07.1984г., МПК С01В 33/02). Согласно патенту диоксид кремния может быть восстановлен алюминием до кремния в присутствии шлака. В этом процессе алюминий ведет себя одновременно как восстановитель по отношению к диоксиду и как растворитель для образующегося кремния. В начале готовился шлак состава: 48% СаО, 52% δίθ2, перемешивался и загружался в тигель. С помощью индукционного нагрева смесь расплавлялась, потом в расплав порционно добавляли смесь δίΟ2+Α1 в стехиометрическом соотношении и выдерживали до полного расплавления и восстановления кремния из диоксида алюминием. Образовавшийся кремний собирался на поверхности расплава. Отделение кремния от шлака проводили с помощью дренажной системы, которая состоит из двух графитовых трубок для отдельного слива кремния и шлака и графитовой перегородки, находящейся на расстоянии 5 мм от дна тигля. Дренажная система позволяет отдельно сливать кремний и шлак в изложницу.The known method is closest to the claimed technical solution, taken as a prototype (see US patent No. 4457903, published 07/03/1984, IPC S01B 33/02). According to the patent, silicon dioxide can be reduced by aluminum to silicon in the presence of slag. In this process, aluminum behaves simultaneously as a reducing agent with respect to the dioxide and as a solvent for the resulting silicon. At the beginning, slag composition was prepared: 48% CaO, 52% δίθ 2 , mixed and loaded into the crucible. Using induction heating, the mixture was melted, then a mixture of δίΟ 2 + Α1 was added in portions to the melt in a stoichiometric ratio and kept until complete melting and reduction of silicon from aluminum dioxide. The resulting silicon was collected on the surface of the melt. Separation of silicon from slag was carried out using a drainage system, which consists of two graphite tubes for separate draining of silicon and slag and a graphite septum located 5 mm from the bottom of the crucible. The drainage system allows you to separately drain the silicon and slag into the mold.
Недостатком этой системы является сложность изготовления и эксплуатации дренажной системы в промышленном варианте, выделение алюминия из оксида растворенного в шлаке электролиза и то, что не происходит очистка получаемого чистого кремния от фосфора методом алюминотермии.The disadvantage of this system is the complexity of the manufacture and operation of the drainage system in the industrial version, the release of aluminum from the oxide dissolved in the electrolysis slag and the fact that no pure silicon is purified from phosphorus using the aluminothermy method.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение чистого кремния из полупродуктов (кварцевая мелочь, пыль кремниевого производства (микрокремнезем)).The technical task of the invention is to obtain pure silicon from intermediates (quartz fines, silica dust production (silica fume)).
Предлагаемое техническое решение позволяет получить металлургический кремний повышенной чистоты, за счет того, что очистка от трудноудаляемых примесей бора и фосфора происходит в единой технологической операции одновременно, алюминотермическое восстановление кремния и рафинирование его активными силикатными шлаками от бора и фосфора.The proposed solution allows to obtain metallurgical silicon of high purity, due to the fact that the purification of hard-to-remove impurities of boron and phosphorus occurs in a single technological operation at the same time, aluminothermic reduction of silicon and refining of its active silicate slag from boron and phosphorus.
При решении задачи предлагаемым способом достигается новый технический результат, заключающийся в получении кремния повышенной частоты из полупродуктов (кварцевая мелочь, пыль кремниевого производства (микрокремнезем)), и в целях экономической целесообразности, образующийся высокоглиноземистый цемент предполагается использовать в качестве строительного материала.When solving the problem by the proposed method, a new technical result is achieved, which consists in obtaining silicon of increased frequency from intermediates (quartz fines, silica dust (microsilica)), and for economic expediency, the high-alumina cement formed is supposed to be used as a building material.
Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:
Отделение шлака от кремния при охлаждении происходит за счет фазового перехода двухкальциевого силиката из β-фазы в γ-фазу. В предлагаемом изобретении смесь состава (СаО, δίθ2, СаР2), в которой количество δίθ2 (окислителя) больше чем восстановителя (Α1) по стехиометрическому соотношению, перемешивали и 1/4 часть смеси загружали в графитовый тигель и с помощью индукционного нагрева расплавляли. Оставшуюся смесь делили на три равные части, которые порционно загружали в расплавленную смесь с добавлением металлического алюминия. Количество алюминия берется в избыточном количестве, необходимом для восстановления кремния из диоксида.The separation of slag from silicon during cooling occurs due to the phase transition of dicalcium silicate from the β-phase to the γ-phase. In the present invention, the mixture of the composition (CaO, δίθ 2 , CaP 2 ), in which the amount of δίθ 2 (oxidizer) is greater than the reducing agent (Α1) by the stoichiometric ratio, was mixed and 1/4 of the mixture was loaded into a graphite crucible and melted with induction heating . The remaining mixture was divided into three equal parts, which were portionwise loaded into the molten mixture with the addition of metallic aluminum. The amount of aluminum is taken in an excess amount necessary for the recovery of silicon from dioxide.
Затем смесь шлака и кремния сливается в изложницу, и в дальнейшем расплав рафинируется от алюминия и кальция. За счет разной плотности кремния и шлака происходит разделение этих компонентов. При охлаждении смеси шлак распадается в порошок. За счет этого происходит отделение шлака от кремния.Then a mixture of slag and silicon is poured into a mold, and the melt is subsequently refined from aluminum and calcium. Due to the different density of silicon and slag, the separation of these components occurs. When cooling the mixture, the slag disintegrates into powder. Due to this, the slag is separated from silicon.
Очистка полученного металлургического кремния методом алюминотермии от фосфора, осуществляется путем счет подбора оптимального соотношения СаО/8Ю2 и количество алюминия растворенного в кремнии. Коэффициент очистки по фосфору составляет 100%.Purification of metallurgical silicon by aluminothermy of phosphorus is carried out by by selecting the optimum ratio of CaO / occupies 8 2 and the amount of dissolved aluminum in silicon. The cleaning coefficient for phosphorus is 100%.
При помощи способа, заявленном в изобретении, был получен кремний по трудноудаляемым примесям следующей чистоты, рршет: В - 1,5; Р<0,5.Using the method of the invention, silicon was obtained from hard-to-remove impurities of the following purity, rsh: B - 1.5; P <0.5.
Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что благодаря подбору состава шлака в единой технологической операции одновременно объединяются два этапа: алюминотермическое восстановление кремния и рафинирование его активными силикатными шлаками от бора и фосфора, а также от кальция, алюминия, которое в традиционных технологиях является раздельными. Получение металлургического кремния повышенной чистоты по трудноудаляемым примесямA distinctive feature of the proposed technical solution is that due to the selection of the slag composition in a single technological operation, two stages are simultaneously combined: aluminothermic reduction of silicon and refining it with active silicate slags from boron and phosphorus, as well as from calcium and aluminum, which are separate in traditional technologies. Production of metallurgical silicon of high purity for hard-to-remove impurities
- 1 029631- 1 029631
бору и фосфору осуществляется методом алюминотермии за счет оптимального подбора отношения СаО/8Ю2 и подбора количество алюминия, растворенного в кремнии.boron and phosphorus is carried out by aluminothermy through optimal selection ratio CaO / 2 occupies 8 and selection of the amount of aluminum dissolved in the silicon.
Способ получения металлургического кремния повышенной чистоты по трудноудаляемым примесям бора и фосфора из кварцевой мелочи и отходов кремниевого и ферросплавного производства (микрокремнезема) методом алюминотермии может быть использован при изготовлении солнечных модулей.The method of obtaining metallurgical silicon of high purity for stubborn impurities of boron and phosphorus from quartz fines and waste silicon and ferroalloy production (silica fume) by the method of aluminothermy can be used in the manufacture of solar modules.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KZ20160824 | 2016-09-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201650054A1 EA201650054A1 (en) | 2018-03-30 |
EA029631B1 true EA029631B1 (en) | 2018-04-30 |
Family
ID=61837347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201650054A EA029631B1 (en) | 2016-09-15 | 2016-11-03 | Method for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts (quartz fines, silicon production dust (microsilica)) by the aluminothermic process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA029631B1 (en) |
Citations (2)
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 |
EA200700341A1 (en) * | 2004-10-12 | 2007-08-31 | Министерство Образования И Науки Республики Казахстан Республиканское Государственное Предприятие "Центр Химико-Технологических Исследований" Дочернее Государственное Предприятие "Физико-Технический Институт" | METHOD OF PREPARING PURE SILICON |
-
2016
- 2016-11-03 EA EA201650054A patent/EA029631B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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 |
EA200700341A1 (en) * | 2004-10-12 | 2007-08-31 | Министерство Образования И Науки Республики Казахстан Республиканское Государственное Предприятие "Центр Химико-Технологических Исследований" Дочернее Государственное Предприятие "Физико-Технический Институт" | METHOD OF PREPARING PURE SILICON |
EA009888B1 (en) * | 2004-10-12 | 2008-04-28 | Министерство Образования И Науки Республики Казахстан Республиканское Государственное Предприятие "Центр Химико-Технологических Исследований" Дочернее Государственное Предприятие "Физико-Технический Институт" | Method of production of pure silicon |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201650054A1 (en) | 2018-03-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102259865B (en) | Slag washing process for removing boron from metallurgical polycrystalline silicon | |
CN102219221B (en) | Method for purifying polycrystalline silicon by directional solidification and slag refining | |
BR0211193B1 (en) | photovoltaic quality silicon production process from oxygen or chlorine-tuned metallurgical silicon containing less than 500 ppm metal elements. | |
CN107572532A (en) | A kind of method of titanium silicon materials direct preparation of high-purity silicon and titanium silicon | |
JP6017688B2 (en) | Flux compositions useful in directional solidification to purify silicon | |
US11780734B2 (en) | Process for the production of commercial grade silicon | |
CN101575733A (en) | Industrialized production method of solar level polysilicon | |
EA009888B1 (en) | Method of production of pure silicon | |
CN103526049B (en) | The method of a kind of pyrometallurgical smelting antimony arsenic removal | |
CN103343384A (en) | Device for separating hypereutectic aluminum-silicon alloy and application of device | |
EA029631B1 (en) | Method for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts (quartz fines, silicon production dust (microsilica)) by the aluminothermic process | |
CN112110450A (en) | Method for removing impurity boron in metallurgical-grade silicon | |
CN103833036B (en) | A kind of method of low cost corundum crucible slagging boron removal | |
JPS5933641B2 (en) | Processing method for converter slag | |
UA85719U (en) | METHOD FOR PROCESSING red mud | |
Kawamura et al. | Reductive removal of phosphorus in silicon using CaO-CaF2 slag | |
CN107089665B (en) | Crystalline silicon purification integrated system | |
US9352970B2 (en) | Method for producing silicon for solar cells by metallurgical refining process | |
Syvertsen et al. | Remelting and Purification of Si-Kerf for PV Wafers | |
TWI619855B (en) | Method for purifying high-purity silicon by fractionation | |
RU2588627C1 (en) | Method of refining metallurgical silicon | |
US3251659A (en) | Producing crystalline calcium oxide in an electric arc furnace | |
CN203429279U (en) | Device for separating hypereutectic aluminum-silicon alloy | |
CN108658080A (en) | The method of oxidation processes purifying metal silicon | |
CN102703985A (en) | Method for preparing high-purity polycrystalline silicon under action of electric field and fused salt |
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 TJ TM RU |