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 PDF

Info

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
Application number
EA201650054A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201650054A1 (en
Inventor
Геннадий Николаевич Чумиков
Берик Сагидоллаулы Рахимбаев
Бернар Айдар Улы Жетписбаев
Жанат Талгатович Сыдыков
Original Assignee
Геннадий Николаевич Чумиков
Берик Сагидоллаулы Рахимбаев
Бернар Айдар Улы Жетписбаев
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 Геннадий Николаевич Чумиков, Берик Сагидоллаулы Рахимбаев, Бернар Айдар Улы Жетписбаев filed Critical Геннадий Николаевич Чумиков
Publication of EA201650054A1 publication Critical patent/EA201650054A1/en
Publication of EA029631B1 publication Critical patent/EA029631B1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

The invention is related to the process for producing metallurgical silicon of improved purity from silicon-containing semiproducts by the aluminothermic process, the silicon being inexpensive and environmentally pure, and can be used in production of silicon for solar batteries and semiconductor electronics. Improved purity of the metallurgical silicon is due to provision of a method wherein cleaning of difficult-to-remove boron and phosphorus impurities is carried out simultaneously, in a single operation, aluminothermic silicon recovery and refining by active silicate slags to remove boron and phosphorus are performed by the aluminothermic process with optimum selection of the CaO/SiOratio and selection of quantity of aluminium dissolved in silicon. Solution of the problem by the proposed method allows attainment of a new technical result consisting in producing silicon of improved purity; and, for the purposes of economy, it is proposed to use highly aluminous cement produced as a building material.

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)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ получения металлургического кремния повышенной чистоты из кремнийсодержащих полупродуктов (кварцевая мелочь, пыль кремниевого производства (микрокремнезем)) методом алюминотермии при порционном введение смеси, состоящей из кварцсодержащего сырья и алюминия, в предварительно расплавленный шлак с последующим отделением шлака от кремния, отличающийся тем, что используют исходную смесь при соотношении СаО/8Ю2>1. количество алюминия, растворенного в кремнии, поддерживают на уровне 5-7%, а отделение шлака от кремния осуществляют путем охлаждения смеси.The method of obtaining metallurgical silicon of high purity from silicon-containing intermediates (quartz fines, silica dust (microsilica)) by the aluminothermy method with batch injection of a mixture consisting of quartz-containing raw materials and aluminum into the pre-melted slag, followed by separation of the slag from silicon, characterized in that the original mixture at a ratio of Cao / 8U 2 > 1. the amount of aluminum dissolved in silicon is maintained at a level of 5-7%, and the slag is separated from silicon by cooling the mixture.
EA201650054A 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 EA029631B1 (en)

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)

* 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
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

Patent Citations (3)

* 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
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