EP4774233A1 - Kontinuierliches schmelzen von silicium für nachgeschaltete prozesse - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung von Siliciumschmelze mit unmittelbar anschließender Weiterverarbeitung, umfassend die Schritte (A) Bereitstellen von festem Silicium in einem Schmelzbehälter, (B) Temperieren des Schmelzbehälters unter Ausbilden einer Siliciumschmelze, (C) Zuführen von festem Silicium, wobei das zugeführte feste Silicium geschmolzen wird und (D) unmittelbares Zuführen der erhaltenen Siliciumschmelze zu einer Verarbeitungseinheit für geschmolzenes Silicium. Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf Verarbeitungsprodukte des Siliciums und deren Verwendung.

Description

Kontinuierliches Schmelzen von Silicium für nachgeschaltete Prozesse

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung von Siliciumschmel ze mit unmittelbar anschließender Weiterverarbeitung, umfassend die Schritte (A) Bereitstellen von festem Silicium in einem Schmel zbehälter, (B ) Temperieren des Schmel zbehälters unter Ausbilden einer Siliciumschmel ze , (C ) Zuführen von festem Silicium, wobei das zugeführte feste Silicium geschmol zen wird und ( D) unmittelbares Zuführen der erhaltenen Siliciumschmel ze zu einer Verarbeitungseinheit für geschmol zenes Silicium . Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf Verarbeitungsprodukte des Siliciums und deren Verwendung .

Siliciumschmel ze kann auf verschiedenste Art weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Zerstäuben/Atomisieren, durch Gießen, durch Rühren zu einer Legierung oder durch Granulieren .

Verarbeitungsprodukte ausgehend von Siliciumschmel ze , wie beispielsweise Siliciumpartikel , welche über Atomisierung von Siliciumschmel ze zugänglich sind, haben ein breites Anwendungspotential . Die Schmel z- und Verarbeitungsverfahren, welche im Stand der Technik beschrieben sind, sind j edoch - wie nachfolgend zusammengefasst - in der Regel Batchprozesse und erfordern eine sehr aufwendige Prozess führung .

Batchprozesse haben mehrere Nachteile , beispielsweise die geringe Raum-Zeit-Ausbeute und einen hohen Materialverschleiß durch regelmäßige Aufwärm- und Abkühlprozesse . Die großtechnische , industrielle Nutzung der Verarbeitungsprodukte ausgehend von Siliciumschmel ze erfordert deshalb ein kontinuierliches Herstellungsverfahren, um die erforderlichen

Mengen kostengünstig bereitstellen zu können . In der EP 3841225 Al wird zwar ein Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung und Verarbeitung (hier : Verdüsung) von Metallschmel ze beschrieben, j edoch ist es erforderlich, die flüssige Schmel ze über mehrere Behälter zu trans ferieren, ehe sie mittels Verdüsung weiterverarbeitet werden kann . Dieser komplexe Trans fer von Schmel ze bis zur Weiterverarbeitung führt zu hohen Betriebskosten sowie aufwendigen Anlagenbauten und ist gleichzeitig sehr fehleranfällig .

Die EP 0372918 Bl ist ebenfalls gerichtet auf ein Verfahren zur kontinuierlichn Herstellung von Siliciumpulver, wobei Silicium in einem Schmel zofen geschmol zen, an einer Oberseite des Schmel zofens abgegossen und in einer weiteren Reaktionseinheit raf finiert und legiert , in einem Warmhalteofen zwischengelagert und anschließend zu einer Verarbeitungseinheit trans feriert wird - in diesem Fall eine Zerstäubungsvorrichtung . Das hier beschriebene Verfahren erfordert eine sehr komplexe Prozess führung, bei der Siliciumschmel ze , die aufgrund ihrer hohen Temperatur ohnehin nur mit bedeutendem Aufwand zu handhaben ist , über mehrere Reaktorkompartimente hinweg transportiert werden muss , bis eine Verarbeitung der Schmel ze stattfindet . Dadurch, dass das geschmol zene Silicium an der Oberseite des Schmel zofens zusammen mit etwaiger entstehender Schlacke , die auf der Schmel ze aufschwimmt , abgegossen wird, ist ein weiterer Auf reinigungsschritt für Silicium notwendig . Insgesamt ist das in der EP 0372918 Bl beschriebene Verfahren also sehr komplex, aufwendig und damit auch fehleranfällig .

Insbesondere zur Weiterverarbeitung von geschmol zenem Metall durch Zerstäuben bzw . Atomisieren der Metallschmel ze existiert also umfangreicher Stand der Technik, der wie folgt noch weiter ergänzt werden soll : So beschreibt die DE 3533964 Cl bereits 1987 ein Verfahren zum Herstellen von metallischem Feinstpulver in Kugel form mit einem Durchmesser zwischen 5 bis 30 pm . Es wird vorgeschlagen, Metallschmel zen in einem Tiegel herzustellen und einen aus dem Tiegel austretenden Schmel zstrahl in einem von einem Treibgas durchströmten Laval-Düsensystem zu zerstäuben . Die Metallschmel ze kann batchweise hergestellt werden, indem Metallbarren in einem Tiegel vorgelegt , darin geschmol zen und in Schmel ze gehalten werden . Alternativ wird ein kontinuierliches Verfahren beschrieben, bei dem ein Metallbarren durch eine aufwendige Nachschiebevorrichtung von oben in den Tiegel (nach) geschoben wird, sodass der Barren mit der Schmel ze stets in Kontakt steht und oberflächlich auf schmil zt . Diese Schri ft of fenbart damit eine sehr komplexe und fehleranfällige kontinuierliche Prozess führung, bei der das zu schmel zende Metall direkt zur Schmel ze oder direkt zur Lavaldüse geführt werden muss . Zudem wird nicht beschrieben, dass das beanspruchte Verfahren auch für Silicium geeignet ist .

In der DE 3311343 Al , die vom selben Erfinder und Anmelder wie die oben genannte Schri ft stammt , wird betont , dass die durch Schmel zen und Zerstäuben von Metallschmel ze erhältlichen Metallpartikel eine glatte Oberfläche aufweisen . Solche Partikel sind j edoch für die erfindungsgemäß anspruchsvollen Anwendungen, wie beispielsweise als Wärmeleitstof f , nur unzureichend geeignet , wie später aus führlich erläutert wird .

Die DE 3737130 Al stellt eine Weiterentwicklung des Systems aus der DE 3533964 CI dar, wobei die Schmel ze in einer vom Lavaldüsensystem räumlich getrennten Schmel zvorrichtung erzeugt und über ein U-Rohr aufwendig zum Lavaldüsensystem transportiert wird . Die DE 3737130 Al verfolgt damit das Ziel , dass der zu zerstäubende Schmel zstrahl einen besonders gleichmäßigen Material fluss aufweist . So können Metallpartikel besonders reproduzierbar hergestellt werden. Doch auch das so beschriebene Verfahren erfordert eine sehr komplexe Reaktionsführung und ist nicht in Zusammenhang mit Silicium beschrieben.

Das eben beschriebene Verfahren wurde in der EP 1042093 Bl abermals verbessert. Durch eine optimierte Lavaldüse mit speziell angeordneten Gasdüsen konnte der Gasverbrauch reduziert und die Produktionsleistung erhöht werden. Als zerstäubbare Metallschmelzen werden lediglich Schmelzen von Lötzinn, Cr-Mo- Stahl, Silber und Aluminium genannt. Ein Hinweis auf Siliciumschmelzen fehlt. Die erhaltenen Partikel sind sphärisch sowie mit Korngrößen von 8,5-10,1 pm sehr klein.

Aus der Patentschrift DE 10340606 B4 ist es bekannt, Metall in einem Tiegel zu schmelzen und mittels einer Lavaldüse zu Metallpulver zu zerstäuben. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, den Schmelzenippel, mit dem das im Tiegel geschmolzene Metall in die Düse eingeleitet wird, gegenüber dem kalten Zerstäubungsgas thermisch abzuschirmen, da die Schmelze sonst zu stark abkühlt, was die Qualität des erzeugten Pulvers (Kornform, Korngröße, Korngrößenverteilungsbreite) erheblich verschlechtert oder die Zerstäubung unmöglich macht. In DE 10340606 B4 wurde daher eine entsprechende Abschirmung vorgeschlagen. Eine Herausforderung bestand darin, die Abschirmung derart auszubilden, dass sie das Strömungsprofil des Zerstäubungsgases vor dem Eintritt in die Düse nicht nachteilig beeinflusst, denn auch dieses Strömungsprofil hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des erzeugten Pulvers. Das beschrieben Verfahren ist diskontinuierlich vorgesehen, indem eine Stopfenstange den Tiegel zunächst nach unten verschließt und nach Erzeugung der Schmelze nach oben gezogen wird, um den Ausfluss des Tiegels in Richtung der Zerstäubung freizugeben. Ein kontinuierlicher Betrieb wird nur in Zusammenhang mit niedrigschmelzenden Metallen (Pb, Schmelzpunkt bei etwa 327 °C) empfohlen. Silicium ist nicht genannt. In der EP 3083107 Bl wird ein tiegel freies Schmel z- und Zerstäubungsverfahren für Metalle beschrieben, bei dem ein eigens dafür vorbereiteter Metallstab innerhalb einer Induktionsspule unter Erzeugung eines Schmel zstromes auf geschmol zen wird, wobei dieser dann direkt in die Zerstäubungsdüse eingebracht wird . Das Verfahren erfordert eine aufwendige Hebe- und Senkvorrichtung zum Halten, Heben und Senken des Metallstabes , um die Position des Stabes innerhalb der Induktionsspule ständig anzupassen . Ein Vorteil dieses Verfahrens ist , dass kein Tiegel notwendig ist , der das darin zu schmel zende Metall ggf . verunreinigen könnte . Das Verfahren ist dennoch vergleichsweise aufwendig und erfordert die Herstellung entsprechender Metallstäbe . Diese Stäbe müssen außerdem in der geforderten Reinheit hergestellt sein, da eine Aufreinigung des zu zerstäubenden Metalls während des Verfahrens nicht mehr möglich ist . Diese Schri ft of fenbart bspw . Aluminium, Edelstahl und Titan als geeignete Metalle ; Silicium wird nicht of fenbart .

Wie oben dargelegt , haben die bisher bekannten Verfahren zum Schmel zen von Metallen und der darauf folgenden Weiterverarbeitung der Schmel ze gemeinsam, dass eine sehr komplexe und aufwendige - und damit fehleranfällige Prozess führung notwendig ist und, falls überhaupt eine Aufreinigung des eingesetzten Siliciums vor der Weiterverarbeitung vorgesehen ist , diese in einem separaten Prozessschritt durchgeführt wird . Zudem sind keine ef fi zienten Ansätze zur kontinuierlichen Prozess führung, insbesondere bei Silicium als Ausgangsmaterial , bekannt .

Es wäre daher wünschenswert , ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Bereitung und Weiterverarbeitung von Siliciumschmel ze bei gleichzeitig möglicher Aufreinigung des Siliciums bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile überwindet und besonders kosteneffizient und robust betrieben werden kann.

Das angestrebte Verfahren sollte außerdem in der Lage sein, Hochleistungs-Verarbeitungsprodukte des Siliciums bereitzustellen, die in anspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz kommen und sich beispielsweise durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch den ersten Aspekt der Erfindung, gerichtet auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung von Siliciumschmelze mit unmittelbar anschließender Weiterverarbeitung, umfassend die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge:

(A) Bereitstellen von festem Silicium (Initialsilicium) in einem Schmelzbehälter;

(B) Temperieren des Schmelzbehälters mithilfe einer geeigneten Temperierungsvorrichtung auf eine Prozesstemperatur , wobei das feste Silicium unter Ausbilden einer Siliciumschmelze geschmolzen wird;

(C) Zuführen von festem Silicium in den Schmelzbehälter, wobei das zugeführte feste Silicium geschmolzen wird; und

(D) unmittelbares Zuführen der nach Schritt (C) erhaltenen Siliciumschmelze über einen Schmelzbehälterauslass, welcher sich an einer Unterseite des Schmelzbehälters befindet, zu einer Verarbeitungseinheit für geschmolzenes Silicium, um das geschmolzene Silicium weiter zu verarbeiten.

„Unmittelbar" im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die in Schritt (C) erhaltene Siliciumschmelze der Verarbeitungseinheit direkt zugeführt wird, ohne beispielsweise in einen Zwischenbehälter überführt zu werden . Das Zuführen kann beispielsweise kontaktlos durch freien Auslauf oder über Leitungen aus geeignetem Material erfolgen . Geeignete Materialien, welche gegenüber der Siliciumschmel ze resistent sind, sind dem Fachmann bekannt .

Das erfindungsgemäße Verfahren weist einige entscheidende Vorteile im Vergleich zu den Verfahren des Standes der Technik auf :

Mithil fe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in kontinuierlicher Weise flüssiges Silicium für nachgeschaltete Prozesse , wie beispielsweise Granulieren oder Zerstäuben ( sog . Atomisieren) bereitgestellt werden . Dadurch können die Verarbeitungsprozesse für flüssiges Silicium über einen langen Zeitraum unterbrechungslos durchgeführt werden, wodurch beispielsweise die Prozessef fi zienz , Produkthomogenität und Produktqualität gesteigert werden sowie die Störanfälligkeit signi fikant verringert wird .

Durch das kontinuierliche Aufschmel zen von Sili zium im kleinen Maßstab im Vergleich zu Standardschmel zverfahren wird außerdem die aufwändige und gefährliche Handhabung und Umfüllung von großen Volumen an Schmel ze vermieden . Die Prozesssicherheit wird damit deutlich erhöht .

Mit Hil fe des kontinuierlichen Verfahrens werden außerdem die Durchsätze erhöht , da nachgeschaltete Prozesse , wie das Granulieren oder Atomisieren, auch kontinuierlich betrieben werden können . Da weder Aufwärm- noch Abkühl zeiten nötig sind, ergeben sich geringere Kosten für das partikuläre Endprodukt .

Kontinuierliche Verfahren sind außerdem mit einem geringeren technischen Aufwand verbunden . Das erfindungsgemäße Verfahren bietet außerdem den Vorteil , dass das Silicium in einem einzigen Prozessschritt gleichzeitig verarbeitet und aufgereinigt werden kann, indem die Verunreinigungen im Ausgangsmaterial durch Separation einer ggf . gebildeten Schlacke , welche die Verunreinigungen umfasst , abgetrennt werden .

Beim Einsatz von Silicium als Ausgangsmaterial hat es sich als überraschend vorteilhaft herausgestellt , die Metallschmel ze an der Unterseite des Schmel zbehälters abzulassen . In die Schmel ze nachdosiertes festes Silicium sinkt nicht in der Schmel ze zu Boden, bis es vollständig auf geschmol zen ist , sondern schwimmt auf der Schmel ze auf und wird dabei selbst auf geschmol zen . Dabei ggf . gebildete Schlacke , welche Verunreinigungen des Siliciums enthält , schwimmt ebenfalls auf dem Schmel zsee auf . Wird die Siliciumschmel ze nun am Boden des Schmel zbehälters abgeführt , erfolgt dies unter räumlicher Trennung von noch nicht auf geschmol zenem Silicium und der Schlacke . Die abgeführte Schmel ze zeichnet sich deshalb durch eine erhöhte Reinheit aus . Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit überraschenderweise in der Lage , direkt während des Prozessierens des Siliciums eine Aufreinigung durchzuführen . Die hochreinen Verarbeitungsprodukte des Siliciums sind besonders gut für die erfindungsgemäßen Hochleistungs-Anwendungen, wie Wärmetrans fer- Technologien, geeignet .

Um die Seitenzahl der Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht zu umfangreich zu gestalten, werden im Folgenden nur die bevorzugten Aus führungs formen der einzelnen Merkmale aufgeführt .

Der fachkundige Leser soll diese Art der Of fenbarung aber expli zit so verstehen, dass damit auch j ede Kombination aus unterschiedlichen Bevorzugungsstufen expli zit of fenbart und expli zit gewünscht ist . Der Schmelzbehälter weist vorzugsweise eine Ober- und Unterseite auf, deren Beabstandung eine Schmelzbehälterhöhe definiert, wobei die Oberseite bevorzugt eine Öffnung aufweist, durch die das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium zugeführt wird.

In einer bevorzugten Ausführung wird beim Schmelzen in Schritt (B) eine Siliciumschmelze mit einer darauf auf schwimmenden Schlacke, welche insbesondere Verunreinigungen des eingesetzten Siliciums umfasst, ausgebildet.

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Schmelzverfahren ermöglicht, wie bereits erläutert, die gleichzeitige Aufreinigung des Ausgangsmaterials ohne aufwändige, zusätzliche Prozessschritte. Bei Verwendung von Rohsilicium mit geringer Reinheit oder selbst bei vorgereinigtem Silicium mit mindestens 99 % Reinheit schwimmt die Schlacke, welche insbesondere Verunreinigungen des eingesetzten Siliciums umfasst, auf der Oberfläche der Schmelze auf und wird dadurch von dem am Boden auslaufenden, gereinigten Silicium abgetrennt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens. Eine aufwendige Abtrennung der Verunreinigungen durch Umfüllen oder reaktive Gasatmosphäre, wie auf dem Gebiet oft verwendet, ist nicht erforderlich.

Die geeignete Temperierungsvorrichtung ist beispielsweise eine Induktionsheizung .

Vorzugsweise ist die Prozesstemperatur mindestens 10 °C, bevorzugt mindestens 20 °C, besonders bevorzugt mindestens 30 °C höher als die Schmelztemperatur des eingesetzten festen Siliciums .

In einer bevorzugten Ausführung ist das Verfahren dazu eingerichtet, die Prozesstemperatur , welche in Schritt (B) eingestellt wird, während Schritt (C) nachzuj ustieren . Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Temperatur der Mischung aus Siliciumschmelze und in den Schmelzbehälter zugeführtem festen Silicium unter die angestrebte Prozesstemperatur fällt. Vorzugsweise startet Schritt (C) , sobald ein Großteil des Initialsiliciums geschmolzen ist, beispielsweise sobald mindestens 50 Gew.-% des Initialsiliciums in geschmolzener Form vorliegen .

Das Zuführen von festem Silicium in Schritt (C) kann kontinuierlich oder portionsweise erfolgen, bevorzugt kontinuierlich. Besonders bevorzugt ist das Zuführen von festem Silicium in Schritt (C) so eingerichtet, dass so viel festes Silicium zugeführt wird, wie geschmolzenes Silicium den Schmelzbehälter über den Schmelzbehälterauslass verlässt.

Das Zuführen in Schritt (C) kann mittels einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise über gravimetrische Dosierung mit Zellradschleuse, direkt auf die Schmelze oder unter den Spiegel in die Schmelze erfolgen.

Das Initialsilicium und/oder das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium ist vorzugsweise metallurgisches Silicium.

Vorzugsweise weist das Initialsilicium und/oder das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium eine mittlere Korngröße im Bereich 0,5 mm bis 20 cm auf, bevorzugt 1 mm bis 20 mm.

Das Initialsilicium und/oder das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium ist beispielsweise kommerziell als vorgebrochenes Material erhältlich oder über einen Mahlungsprozess mit einer Schutzsiebung mit einer geeigneten Siebmaschenweite, beispielsweise höchstens 2 cm, erhältlich. Die erfindungsgemäße Korngröße führt überraschenderweise zu besonderen Vorteilen in der Prozessführung: Siliciumpartikel mit kleiner Körnung schwimmen auf der Siliciumschmelze auf und schmelzen nicht schnell genug ein. Auch Siliciumpartikel mit einer größeren Körnung als der erfindungsgemäßen schmelzen nicht schnell genug ein. Nur die Partikel mit der erfindungsgemäßen Körnung zeigen ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeignetes Schmelzprofil .

In einem bevorzugten Verfahren weist das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium eine Körnung von weniger als 10 Gew.-% mit < 150 pm auf, bevorzugt von weniger als 5 Gew.-% mit < 100 pm, stärker bevorzug von weniger als 3 Gew.-% mit < 80 pm auf, bestimmt mittels Siebanalyse nach DIN 66165.

Das Einhalten der geringen Mengen Kleinstpartikel trägt insbesondere zum Arbeitsschutz bei. Wenn die erfindungsgemäßen Korngrößenverteilung eingehalten werden, sind keine aufwendigen Staubschutzmaßnahmen nötig, wie beispielsweise Staubabsaugungsvorrichtungen am Schmelzbehälter.

Das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium wird insbesondere so zugeführt, dass es direkten Kontakt mit dem im Schmelzbehälter befindlichen, auf geschmolzenen Silicium hat.

Dies ist besonders vorteilhaft, da damit eine bessere Wärmeübertragung zwischen dem bereits geschmolzenen Silicium und dem nachdosierten festen Silicium erfolgt und hohe Auf schmelzraten realisiert werden können, die einen kontinuierlichen Prozessablauf fördern.

Vorzugsweise beträgt die Reinheit des Initialsiliciums und/oder des in Schritt (C) zugeführten festen Siliciums > 96 %, bevorzugt > 98 %, stärker bevorzugt > 99 % Reinheit. Ein bevorzugtes Verfahren ist so konfiguriert , dass der Füllstand der Schmel ze innerhalb des Schmel zbehälters ausreichend hoch ist, um ein Verstopfen des Auslaufes und/oder Austrag der Schlacke zu vermeiden, insbesondere mindestens 10 cm hoch .

Alternativ ist ein bevorzugtes Verfahren so konfiguriert , dass der Füllstand der Schmel ze innerhalb des Schmel zbehälters mindestens 10 % der Höhe des Schmel zbehälters beträgt , besonders bevorzugt 20- 80 % , insbesondere 30-70 % .

Das Niveau des Schmel zspiegels innerhalb des Schmel zbehälters auf den erfindungsgemäßen Höhen zu halten, ist besonders vorteilhaft , da so ein unerwünschtes Verstopfen des Auslaufes mit Schlacke und/oder Austrag der Schlacke entweder über den Schmel zbehälterauslass (bei zu geringer Höhe des Schmel zspiegels ) oder die Oberseite des Schmel zbehälters (bei Überschreiten der erfindungsgemäßen Höhe des Schmel zspiegels ) eintritt . Außerdem kann verhindert werden, dass der Schmel zbehälterauslauf bei zu geringem Füllstand des Schmel zbehälters durch noch nicht auf geschmol zenes Silicium verstopft .

Die in Schritt ( C ) ggf . ausgebildete Schlacke kann an der Oberfläche der Schmel ze gesammelt werden und/oder portionsweise oder kontinuierlich von der Oberfläche abgetrennt werden, beispielsweise durch Abdekantieren in einen Sammelbehälter für Schlacke .

In einer besonderen Aus führung ist das Abtrennen der auf der Oberfläche der Schmel ze auf schwimmenden Schlacke so ausgestaltet , dass der Füllstand der Schmel ze beispielsweise über das Zuführen von festem Silicium so stark erhöht wird, dass der Füllstand die Oberseite des Schmel zbehälters erreicht . Die Oberseite des Schmel zbehälters ist in diesem Fall of fen ausgestaltet, sodass die Schlacke, ggf. zusammen mit einem geringen Teil Schmelze, überläuft und damit aus dem Schmelzbehälter entfernt wird. Die überlaufende Schlacke kann dann beispielsweise in einer den Schmelzbehälter umlaufenden und Nahe der Oberseite des Schmelzbehälters angebrachten Überlauf rinne gesammelt werden.

Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens wird bei einer Schmelzrate von mindestens 45 kg Silicium pro Stunde, bevorzugt 60 kg Silicium pro Stunde, besonders bevorzugt 75 kg pro Stunde, durchgeführt .

Die Verarbeitungseinheit kann ausgewählt sein aus einer Zerstäubungseinheit, einer Gießeinheit, einer Rühreinheit, einer Granuliereinheit oder einer Auf reinigungseinheit , insbesondere einer Zerstäubungseinheit.

Im Falle einer Gießeinheit wird das geschmolzene Silicium aus dem Schmelzbehälterauslass direkt in eine Form zur Formgebung gegossen, in der das Silicium erstarrt.

Im Falle einer Rühreinheit wird das geschmolzene Silicium aus dem Schmelzbehälterauslass direkt in einen Rührbehälter gegossen, in dem die Siliciumschmelze dann beispielsweise einer im Rührbehälter befindlichen Metallschmelze zur Ausbildung einer Legierung zugesetzt wird.

Im Falle einer Granuliereinheit, wird das geschmolzene Silicium aus dem Schmelzbehälterauslass direkt in einen Ablöschbehälter, welcher mit Wasser gefüllt ist, überführt, wobei das geschmolzene Silicium im Wasser in Form eines Granulats erstarrt .

Im Falle einer Auf reinigungseinheit wird das geschmolzene Silicium beispielsweise dem Czochralski-Verf ahren zugeführt, bei dem mit Hil fe eines Siliciumkristallisationskeims hochreine Einkristalle aus der Siliciumschmel ze gewonnen werden .

In einer besonders bevorzugten Aus führungs form stellt die unmittelbar anschließende Weiterverarbeitung der Siliciumschmel ze eine Herstellung von Siliciumpartikeln dar .

Die Verarbeitungseinheit stellt dann besonders bevorzugt eine Zerstäubungseinheit für geschmol zenes Silicium dar und das Verfahren ist so konfiguriert , dass das geschmol zene Silicium unmittelbar nach dem Schmel zen in Form eines Sprühstrahls zerstäubt wird und dabei unter der Ausbildung von Siliciumpartikeln, bevorzugt überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Siliciumpartikeln mit unregelmäßiger Oberflächenmorphologie , erstarrt .

Das geschmol zene Silicium wird dabei unmittelbar der Zerstäubungseinheit zugeführt , d . h . die Schmel ze wird, ohne in einen Zwischenbehälter überführt zu werden, direkt der Zerstäubungseinheit zugeführt .

Das Zerstäuben in Schritt (D) kann beispielsweise zusammen mit einem Intertgas als Zerstäubungsgas durchgeführt werden, ausgewählt aus Stickstof f und Argon, insbesondere Stickstof f .

Die Zerstäubungseinheit umfasst vorzugsweise mindestens eine Atomisierungseinheit . Zur Atomisierung von Metallschmel zen sind Gasverdüsungstechniken industriell weit verbreitet . Dabei werden unterschiedlichste Düsenkonstruktionen eingesetzt , denen allen gemeinsam ist , dass ein unter Druck stehendes Verdüsungsgas aus einer bzw . aus mehreren Gasdüsen entweicht und sich einer Schmel ze nähert , wodurch diese zerstäubt wird . Die Atomi sierungseinhat kann deshalb eine Closed Coupled Einheit oder eine Lavaldüse sein, insbesondere einer Lavaldüse .

Bei einer Closed Coupled Einheit wird die aus dem Schmel zbehälter über den Schmel zbehälterauslass austretende Siliciumschmel ze unmittelbar beim Austritt mit dem Zerstäubungsgas , welches aus einer Mehrzahl an nahe dem Schmel zbehälterauslass angeordneten Gasdüsen freigesetzt wird, beaufschlagt , um eine Scherung der Schmel ze und damit eine Zerstäubung zu erreichen .

Bei Einsatz einer Lavaldüse strömt die Schmel ze durch die Düse , wobei sie von einer koaxialen Strömung des Zerstäubungsgases gleicher Strömungsrichtung umgeben ist . Dabei wird die Schmel ze durch Schubspannung beansprucht und gibt dieser in Form einer Expansion nach, womit die Zerstäubung erreicht wird .

Lavaldüsen zum Zerstäuben einer Metallschmel ze sind auf dem Gebiet hinreichend bekannt und beispielsweise in der US6481638B1 beschrieben .

Vorzugsweise erfolgt die Verdüsung mit einer Durchsatzrate von mind . 45 kg pro Stunde , bevorzugt 60 kg pro Stunde , besonders bevorzugt 75 kg pro Stunde .

Wenn die Zerstäubungseinheit von einem Gehäuse umgeben ist , ist die Zerstäubung in Schritt (D) vorzugsweise so eingerichtet , dass das geschmol zene Silicium im Wesentlichen vollständig erstarrt , bevor es auf ein Gehäuseteil der Zerstäubungseinheit auf tri f f t .

Der Sprühstrahl aus der Expansionsdüse , welcher die erstarrenden überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Siliciumpartikel enthält , wird vorzugsweise für mindestens 60 min kontinuierlich aufrechterhalten, stärker bevorzugt für mindestens 90 min, besonders bevorzugt für mehr als 120 min . Überwiegend rundliche , spratzige und/oder nodulare Siliciumpartikel mit besonders vorteilhaften Eigenschaften, welche von einer speziellen Oberflächenmorphologie der Partikel herrühren, sind dabei insbesondere über das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung von Siliciumschmel ze mit unmittelbar anschließender Weiterverarbeitung in Form einer Zerstäubung erhältlich .

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung , gerichtet auf Siliciumpartikel mit einer überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Partikel form mit einer mittleren Partikelgröße dso im Bereich von 20 bis 200 pm, insbesondere 30 bis 150 pm, wobei die Partikel eine unregelmäßige Oberflächenmorphologie aufweisen, welche durch eine himbeerf örmige Oberflächenstruktur gekennzeichnet ist .

Die Bestimmung des dso-Werts kann mit dem Fachmann bekannten Methoden, z . B . mit Laserbeugung erfolgen . In der Lasergranulometrie werden die Partikel in einem flüssigen oder gas förmigen Medium dispergiert . Die Bestimmung der Korngrößenverteilung erfolgt anschließend auf Basis der Beugung eines auf das Probenmedium gerichteten Laserstrahls . Der dso-Wert bedeutet , dass 50% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert .

Die mit dem erfindungsgemäß bevorzugten Schmel z- und Zerstäubungsverfahren hergestellten Siliciumpartikel mit einer überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Partikel form weisen also eine himbeerf örmige Oberflächenstruktur auf . Das bedeutet , dass die Siliciumpartikel aufgebaut sind aus überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Primärpartikeln, bevorzugt nodularen oder überwiegend rundlichen Primärpartikeln, besonders bevorzugt überwiegend rundlichen Primärpartikeln, auf dem sich eine Viel zahl von Sekundärpartikeln befindet . Der mittlere Durchmesser der Primärpartikel ist dabei größer als der mittlere Durchmesser der Sekundärpartikel , wobei der mittlere Durchmesser der Primärpartikel vorzugsweise mindestens um Faktor 2 , bevorzugt mindestens um Faktor 3 größer ist , als der mittlere Durchmesser der Sekundärpartikel . Diese Sekundärpartikel können ebenfalls kugel förmig sein oder in Form von Prismen, prismaähnlicher Strukturen oder Kegeln von der Oberfläche des Primärpartikels vorstehen . Vorzugsweise sind wenigstens 5 % der Oberfläche der Primärpartikel mit Sekundärpartikeln bedeckt , bevorzugt wenigstens 10 % , besonders bevorzugt wenigstens 20 % , wie beispielsweise über rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigt werden kann . Vollkommend überraschend sind in den erfindungsgemäß bevorzugten Siliciumpartikeln mit himbeerf örmiger Oberfläche die Sekundärpartikel fest mit den Primärpartikeln verschmol zen und tauchen teilweise , vorzugsweise im Mittel zu mindestens 10% des Durchmessers des Sekundärpartikels , in diesen ein, erkennbar beispielsweise über elektronenmikroskopische Aufnahmen . Dadurch unterscheiden sich die erfindungsgemäß bevorzugten Siliciumpartikeln mit himbeerf örmiger Oberfläche von Agglomeraten aus Primärpartikeln und Sekundärpartikeln, in denen die Sekundärpartikel nur durch physikalische Wechselwirkungen an der Oberfläche der Primärpartikel anhaften und dadurch leicht von ihnen gelöst werden können .

Der Begri f f "überwiegend rundlich" ( siehe Figur 1A und 1B ) zeigt an, dass geringfügige Abweichungen von der Kugelgestalt , beispielsweise leichte Oval formen, eingeschlossen sind .

„Spratzig" ist ein auf dem Fachgebiet bekannter Begri f f der

Partikeltechnologie und bedeutet beispielsweise , dass die Primärpartikel zerklüftete und gegebenenfalls zackige Oberflächen besitzen . Vorzugsweise sind die spratzigen Primärpartikel aufgebaut aus Agglomeraten ellipsoider und/oder sphärischer Einzelpartikel .

„Nodular" ( siehe Figur 2A und 2B ) ist ebenfalls ein auf dem Fachgebiet bekannter Begri f f der Partikeltechnologie und bedeutet beispielsweise , dass die Primärpartikel aufgebaut sind aus knötchenförmigen Agglomeraten unregelmäßig Einzelpartikel .

Vollkommen überraschend hat sich gezeigt , dass die mittels des erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens hergestellten Sili ziumpartikel die erfindungsgemäß vorteilhaften Eigenschaften zeigen, insbesondere eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit . Die hohe Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Partikel ist beispielsweise besonders nützlich bei der Herstellung wärmeleitfähiger Kunststof fe , bei denen die erfindungsgemäßen Partikel in einer Kunstof fmatrix, beispielsweise einer Silikonmatrix, eingebettet vorliegen .

Figur 3A zeigt hierzu einen Querschnitt der Grenz fläche zwischen einem erfindungsgemäßen Partikel mit unregelmäßiger Oberflächenmorphologie (unten) sowie der Kunstof fmatrix ( oben) . In Figur 3B ist ersichtlich, dass der Wärmetransport vom Partikel in den Kunststof f überraschenderweise gerade über die Sekundärpartikel (d . h . die himbeerf örmige Oberflächenstruktur ) in die Kunststof fmatrix erfolgt . Die erfindungsgemäßen Partikel zeichnen sich damit überraschenderweise durch exzellente

Wärmetransporteigenschaften aus .

Die erfindungsgemäßen Partikel eignen sich aufgrund des niedrigen Wärmeübergangswiderstandes besonders gut als wärmeleitfähiger Füllstof f für verschiedene Matrices , wie beispielsweise Kunststof fe . Die im Stand der Technik als Füllstoff verwendeten Si-Partikel werden zumeist über Mahlverfahren gewonnen und sind prismaförmig aufgebaut (siehe Figur 4) und besitzen eine kantige Oberfläche.

Nachteilig ist, dass solche Partikel eine große Oberfläche haben und als Komposit mit Polymer sehr viel Polymer binden. Dadurch erhöht sich die Viskosität der Kunststoff Zusammensetzung sehr stark. Es können nur Mischungen mit vergleichsweise niedrigen Füllgraden und niedriger Wärmeleitfähigkeit erzeugt werden. Bei höheren Füllgraden wird die Zusammensetzung sehr steif und kann mit klassischen Verfahren, wie z.B. Dispenser, nicht mehr verarbeitet werden. Auch zeigt sich, dass Kunststoff Zusammensetzungen enthaltend gemahlene Siliziumpartikel mit kantiger Oberfläche bei der Verarbeitung vergleichsweise starke Abrasion zeigen.

Vollkommend überraschend wurde in Experimenten gefunden, dass die mit den erfindungsgemäßen Siliciumpartikeln versehenen Kunststoffe eine deutlich erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Die unregelmäßige Oberflächenmorphologie der Partikel verbessert die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften dabei signifikant.

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Partikel ein Aspektverhältnis b/1 von mindestens 0, 6 auf, bevorzugt mindestens 0,7.

Das Seitenverhältnis (Aspekt-Verhältnis) dient als Kennzahl zur Beschreibung der Partikelform. Im älteren Stand der Technik wird das Aspekt-Verhältnis häufig durch das Verhältnis von Länge zu Breite (1/b) beschrieben. Daraus ergeben sich Werte von größer oder gleich 1. In der neueren Literatur, beispielsweise nach ISO 9276-6, wird das Aspekt-Verhältnis aus dem umgekehrten Verhältnis von Breite zu Länge berechnet (b/1) . Daraus ergeben sich Werte von kleiner oder gleich 1. Beide Kennzahlen können durch Bildung des Kehrwerts ineinander umgerechnet werden. Im Rahmen dieser Erfindung ist das Aspekt-Verhältnis definiert als das Verhältnis der Breite zur Länge (b/1) des Partikels. Dabei ist die Partikelbreite gegeben durch x_c min, der kleinsten aller gemessenen maximalen Sehnen der Partikelprojektion und die Partikellänge ist gegeben durch xje max, dem längsten Feret- Durchmesser aller gemessenen Feret-Durchmesser eines Partikels. Tiefergehende Informationen finden sich bspw. in „Operating Instructions / Manual Particle Size analysis System CAMSIZER®", Retsch Technology GmbH, 42781 Haan; Doc. Nr. CAMSIZER V0115. Daraus ergibt sich folgende Formel für das Aspekt-Verhältnis: b/1 = x c min / Xfe max

In einer bevorzugten Ausführung weisen die erfindungsgemäßen Partikel einen Sphärizitätsindex SPHT von mindestens 0, 68, bevorzugt mindestens 0,74, auf.

Die Sphärizität SPHT berechnet sich aus der Pro ektionsfläche A des gemessenen Partikels im Verhältnis zur Fläche eines Kreises mit dem gleichen Umfang P des projektierten Partikels gemäß folgender Formel (Tiefergehende Informationen finden sich bspw. in „Operating Instructions / Manual Particle Size analysis System CAMSIZER®", Retsch Technology GmbH, 42781 Haan; Doc. Nr. CAMSIZER V0115) :

SPHT = 4%A / P²

Der Kennwert SPHT entspricht dem Quadrat der Zirkularität C gemäß ISO 9276-6.

Die erfindungsgemäßen Partikel weisen bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung mit einer Verteilungsbreite SPAN ( (dgo- dio) /dso) von mindestens 0,4, bevorzugt mindestens 0, 6, besonders bevorzugt mindestens 0,8 auf. In einer bevorzugten

Aus führungs form liegt der SPAN zwischen 0, 6 und 3,0, insbesondere zwischen 0,8 und 2,5.

Dem Fachmann ist bekannt, dass die Standardabweichung nicht normiert ist und nur dann ein sinnvolles Charakteristikum zur Bewertung der Partikelgrößenverteilung unterschiedlicher Proben ist, wenn die mittleren Partikelgrößen der Vergleichsproben ungefähr gleich sind. Zur Beschreibung der relativen Breite der Partikelgrößenverteilung im Rahmen dieser Erfindung wird daher die mit der mittleren Partikelgröße dso gewichtete Breite der Partikelgrößenverteilung verwendet, die dimensionslose Verteilungsbreite SPAN (Spanne) , welche definiert ist als:

SPAN ( dgo-dio ) / dso •

Im Rahmen dieser Erfindung beziehen sich alle Parameter, die die Partikelgröße (Parameter: mittlerer Durchmesser dso) , die Partikelgrößenverteilung (Parameter: Standardabweichung Sigma und Verteilungsbreite SPAN) oder die Partikelform (Parameter: Aspekt-Verhältnis b/1 und Sphärizität SPHT) beschreiben, auf eine volumenbezogene Verteilung. Die genannten Kennwerte können beispielsweise mittels dynamischer Bildanalyse gemäß ISO 13322- 2 und ISO 9276-6 bestimmt werden, beispielsweise mit einem Camsizer X2 von Retsch Technology.

Die erfindungsgemäßen Partikel enthalten vorzugsweise höchstens 1,5 Gew.-% Siliciumpartikel kleiner 2 pm, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Siliciumpartikel. Insbesondere bevorzugte Siliciumpartikel sind im Wesentlichen frei von Partikelfraktionen kleiner 2 pm. Im Wesentlichen frei von bedeutet, dass die Anwesenheit solcher Partikel im Umfang einer „Verunreinigung" der erfindungsgemäßen Partikel toleriert wird und deren erfindungsgemäße Wirkung nicht stört. Die erfindungsgemäßen Siliciumpartikel enthalten vorzugsweise weniger als 15 Gew . -% , bevorzugt weniger als 10 Gew . -% , besonders bevorzugt weniger als 5 Gew . -% einer Partikel fraktion mit einem Durchmesser von kleiner oder gleich 10 pm j eweils bezogen auf die Gesamtmenge an Siliciumpartikel .

Die erfindungsgemäßen Siliciumpartikel enthalten vorzugsweise weniger als 20 Gew . -% , bevorzugt weniger als 15 Gew . -% , besonders bevorzugt weniger als 10 Gew . -% einer Partikel fraktion mit einem Durchmesser von kleiner oder gleich 20 pm j eweils bezogen auf die Gesamtmenge an Siliciumpartikel .

Dem Fachmann ist ferner bekannt , dass metallische Siliciumpartikel unter bestimmten Bedingungen brennbar und die Stäube explosionsgefährlich sind . Der Fachmann weiß auch, dass die Gefahr der Staubbildung, die Brennbarkeit und Explosionsgefährlichkeit von Metallpulvern mit abnehmender Partikelgröße stark zunimmt . Aus diesem Grund sind hohe Anteile sehr kleine Siliciumpartikel unter 20 pm für viele Anwendungen nicht geeignet . Solche Partikel sind aufgrund der niedrigen Mindest zündenergie gefährlich in der Handhabung und erfordern aufwändige und kostenintensive Sicherheitsvorkehrungen in der betrieblichen Verarbeitung .

Siliciumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von über 200 pm sind für viele Anwendungen von wärmeleitfähigen Kunststof f Zusammensetzungen nicht geeignet , da solch großkörnige Siliciumpartikel häufig nicht in die feinen Spalte passen, die beispielsweise mit Gap Filler aus zufüllen sind .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betri f ft die Verwendung der erfindungsgemäßen überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Siliciumpartikel mit himbeerf örmiger Oberflächenmorphologie als wärmeleitfähigen Füllstof f . Überwiegend rundliche , spratzige und/oder nodulare Siliciumpartikel mit himbeerf örmiger Oberflächenmorphologie besitzen signi fikantes Anwendungspotential insbesondere als wärmeleitfähiger Füllstof f für Gap Filler oder Vergussmassen im Bereich der E-Mobilität . Solche Siliciumpartikel bieten eine signi fikant höhere Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig reduzierter Dichtung und reduzierten Herstellkosten im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeleit füllstof f en aus dem Stand der Technik .

Die Figuren 1A und B stellen elektronenmikroskopische Aufnahmen der überwiegend rundlichen Partikel mit himbeerf örmiger Oberflächenstruktur dar .

Die Figuren 2A und B stellen elektronenmikroskopische Aufnahmen der nodularen Partikel mit himbeerf örmiger Oberflächenstruktur dar .

Die Figuren 3A und B stellen Wärmetrans ferprofile eines erfindungsgemäßen Siliciumpartikels in einer Kunststof fmatrix dar .

Figur 4 stellt über ein herkömmliches Mahlverfahren erhältliche Siliciumpartikel dar .

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem die folgenden Ausführungsformen, beschrieben über die Punkte 1-28:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung von Siliciumschmelze mit unmittelbar anschließender Weiterverarbeitung, umfassend die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge:

(A) Bereitstellen von festem Silicium (Initialsilicium) in einem Schmelzbehälter;

(B) Temperieren des Schmelzbehälters mithilfe einer geeigneten Temperierungsvorrichtung auf eine Prozesstemperatur , wobei das feste Silicium unter Ausbilden einer Siliciumschmelze geschmolzen wird;

(C) Zuführen von festem Silicium in den Schmelzbehälter, wobei das zugeführte feste Silicium geschmolzen wird; und

(D) unmittelbares Zuführen der nach Schritt (C) erhaltenen Siliciumschmelze über einen Schmelzbehälterauslass, welcher sich an einer Unterseite des Schmelzbehälters befindet, zu einer Verarbeitungseinheit für geschmolzenes Silicium, um das geschmolzene Silicium weiterzuverarbeiten .

2. Verfahren nach Punkt 1, wobei der Schmelzbehälter eine Ober- und Unterseite aufweist, deren Beabstandung eine Schmelzbehälterhöhe definiert, wobei die Oberseite bevorzugt eine Öffnung aufweist, durch die das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium zugeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei beim Schmelzen in Schritt (B) und Schritt (C) eine Siliciumschmelze mit einer darauf auf schwimmenden Schlacke ausgebildet wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei die geeignete Temperierungsvorrichtung eine Induktionsheizung ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei die Prozesstemperatur mindestens 10 °C, bevorzugt mindestens 20 °C, besonders bevorzugt mindestens 30 °C höher als die Schmelztemperatur des Initialsiliciums bzw. des eingesetzten festen Siliciums ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei der Schritt (C) startet, sobald ein Großteil des Initialsiliciums geschmolzen ist, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% des Initialsiliciums in geschmolzener Form vorliegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei das Zuführen von festem Silicium in Schritt (C) kontinuierlich oder portionsweise erfolgt, bevorzugt kontinuierlich.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei das Zuführen in Schritt (C) mittels einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise über gravimetrische Dosierung mit Zellradschleuse, direkt auf die Schmelze oder unter den Spiegel in die Schmelze erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei das Initialsilicium und/oder das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium metallurgisches Silicium ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei das Initialsilicium und/oder das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium eine mittlere Korngröße im Bereich 0,5 mm bis 20 cm aufweist, bevorzugt 1 mm bis 20 mm. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium eine Körnung von weniger als 10 Gew.-% mit < 150 gm auf, bevorzugt von weniger als 5 Gew.-% mit < 100 gm, stärker bevorzug von weniger als 3 Gew.-% mit < 80 gm auf, bestimmt mittels Siebanalyse nach DIN 66165.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium so zugeführt wird, dass es direkten Kontakt mit dem im Schmelzbehälter befindlichen, auf geschmolzenen Silicium hat.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei die Reinheit des Initialsiliciums und/oder des in Schritt (C) zugeführten festen Siliciums > 96 % beträgt, bevorzugt > 98 %, stärker bevorzugt > 99 % Reinheit.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, welches so konfiguriert ist, dass der Füllstand der Schmelze innerhalb des Schmelzbehälters ausreichend hoch ist, um ein Verstopfen des Auslaufes und/oder Austrag der Schlacke zu vermeiden, insbesondere mindestens 10 cm hoch ist.

15. Verfahren nach einem der Punkte 1-13, welches so konfiguriert ist, dass der Füllstand der Schmelze innerhalb des Schmelzbehälters mindestens 10 % der Höhe des Schmelzbehälters beträgt, besonders bevorzugt 20-80 %, insbesondere 30-70 %.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei die in Schritt (C) ggf. ausgebildete Schlacke an der Oberfläche der Schmelze gesammelt wird und/oder portionsweise oder kontinuierlich von der Oberfläche abgetrennt wird, beispielsweise durch Abdekantieren in einen Sammelbehälter für Schlacke . 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, welches bei eine Schmelzrate von mindestens 45 kg Silicium pro Stunde, bevorzugt 60 kg Silicium pro Stunde, besonders bevorzugt 75 kg pro Stunde, durchgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, wobei die Verarbeitungseinheit ausgewählt ist aus einer Zerstäubungseinheit, einer Gießeinheit, einer Rühreinheit, einer Granuliereinheit oder einer Auf reinigungseinheit .

19. Verfahren nach Punkt 18, wobei die Verarbeitungseinheit eine Zerstäubungseinheit für geschmolzenes Silicium darstellt und das Verfahren so konfiguriert ist, dass das geschmolzene Silicium unmittelbar nach dem Schmelzen in Form eines Sprühstrahls zerstäubt wird und dabei unter der Ausbildung von Siliciumpartikeln, bevorzugt überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Siliciumpartikeln mit unregelmäßiger Oberflächenmorphologie, erstarrt .

20. Verfahren nach Punkt 18 oder 19, wobei das Zerstäuben in Schritt (D) zusammen mit einem Intertgas als Zerstäubungsgas durchgeführt wird, ausgewählt aus Stickstoff und Argon, insbesondere Stickstoff.

21. Verfahren nach einem der Punkte 18-20, wobei die Zerstäubungseinheit mindestens eine Atomisierungseinheit umfasst, beispielsweise ausgewählt aus einer Closed Coupled Einheit und einer Lavaldüse, insbesondere einer Lavaldüse.

22. Verfahren nach einem der Punkte 18-21, wobei die Verdüsung mit einer Durchsatzrate von mind. 45 kg pro Stunde erfolgt, bevorzugt mind. 60 kg pro Stunde. 23 . Verfahren nach einem der Punkte 18 -22 , wobei die Zerstäubungseinheit von einem Gehäuse umgeben ist und die Zerstäubung in Schritt (D) vorzugsweise so eingerichtet ist , dass das geschmol zene Silicium im Wesentlichen vollständig erstarrt , bevor es auf ein Gehäuseteil der Zerstäubungseinheit auf tri f f t .

24 . Verfahren nach einem der Punkte 18-23 , wobei der Sprühstrahl aus der Expansionsdüse , welcher die erstarrenden sphärischen Siliciumpartikel enthält , für mindestens 60 min kontinuierlich aufrechterhalten wird, bevorzugt für mindestens 90 min, besonders bevorzugt für mehr als 120 min .

25 . Siliciumpartikel mit einer überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Partikel form mit einer mittleren Partikelgröße dso im Bereich von 20 bis 200 pm, insbesondere 30 bis 150 pm, wobei die Partikel eine unregelmäßige Oberflächenmorphologie aufweisen, welche durch eine himbeerf örmige Oberflächenstruktur gekennzeichnet ist .

26 . Siliciumpartikel nach Punkt 25 , welche aufgebaut sind aus überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Primärpartikeln, bevorzugt nodularen oder überwiegend rundlichen Primärpartikeln, besonders bevorzugt überwiegend rundlichen Primäarpartikeln, auf dem sich eine Viel zahl von Sekundärpartikel befindet , wobei die Primärpartikel größer als die Sekundärpartikel sind und wobei die Sekundärpartikel kugel förmig sind oder in Form von Prismen, prismaähnlicher Strukturen oder Kegeln von der Oberfläche des Primärpartikels vorstehen .

27 . Siliciumpartikel nach Punkt 25 oder 26 , wobei wenigstens

5 % der Oberfläche der Primärpartikel mit Sekundärpartikeln bedeckt sind, bevorzugt wenigstens 10 % , besonders bevorzugt wenigstens 20 %.

28. Verwendung der Siliciumpartikel nach einem der Punkte 25- 27 als wärmeleitfähigen Füllstoff.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Bereitung von Siliciumschmelze mit unmittelbar anschließender Weiterverarbeitung, umfassend die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge:

(A) Bereitstellen von festem Silicium (Initialsilicium) in einem Schmelzbehälter;

(B) Temperieren des Schmelzbehälters mithilfe einer geeigneten Temperierungsvorrichtung auf eine Prozesstemperatur , wobei das feste Silicium unter Ausbilden einer Siliciumschmelze geschmolzen wird;

(C) Zuführen von festem Silicium in den Schmelzbehälter, wobei das zugeführte feste Silicium geschmolzen wird; und

(D) unmittelbares Zuführen der nach Schritt (C) erhaltenen Siliciumschmelze über einen Schmelzbehälterauslass, welcher sich an einer Unterseite des Schmelzbehälters befindet, zu einer Verarbeitungseinheit für geschmolzenes Silicium, um das geschmolzene Silicium weiterzuverarbeiten .

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schmelzen in Schritt (B) und Schritt (C) eine Siliciumschmelze mit einer darauf auf schwimmenden Schlacke ausgebildet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozesstemperatur mindestens 10 °C, bevorzugt mindestens 20 °C, besonders bevorzugt mindestens 30 °C höher als die Schmelztemperatur des Initialsiliciums bzw. des eingesetzten festen Siliciums ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zuführen von festem Silicium in Schritt (C) kontinuierlich oder portionsweise erfolgt, bevorzugt kontinuierlich.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt (C) zugeführte feste Silicium so zugeführt wird, dass es direkten Kontakt mit dem im Schmelzbehälter befindlichen, auf geschmolzenen Silicium hat.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches so konfiguriert ist, dass der Füllstand der Schmelze innerhalb des Schmelzbehälters ausreichend hoch ist, um ein Verstopfen des Auslaufes und/oder Austrag der ggf. vorliegenden Schlacke zu vermeiden, insbesondere mindestens 10 cm hoch ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, welches so konfiguriert ist, dass der Füllstand der Schmelze innerhalb des Schmelzbehälters mindestens 10 % einer Höhe des Schmelzbehälters beträgt, besonders bevorzugt 20-80 %, insbesondere 30-70 %.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (C) ggf. ausgebildete Schlacke an der Oberfläche der Schmelze gesammelt wird und/oder portionsweise oder kontinuierlich von der Oberfläche abgetrennt wird, beispielsweise durch Abdekantieren in einen Sammelbehälter für Schlacke .

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit ausgewählt ist aus einer Zerstäubungseinheit, einer Gießeinheit, einer Rühreinheit, einer Granuliereinheit oder einer Auf reinigungseinheit .

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungseinheit eine Zerstäubungseinheit für geschmolzenes Silicium darstellt und das Verfahren so konfiguriert ist , dass das geschmol zene Silicium unmittelbar nach dem Schmel zen in Form eines Sprühstrahls zerstäubt wird und dabei unter der Ausbildung von Siliciumpartikeln erstarrt .

11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 , wobei die Zerstäubungseinheit mindestens eine Atomisierungseinheit umfasst , vorzugsweise ausgewählt aus einer Closed Coupled Einheit und einer Lavaldüse , insbesondere einer Lavaldüse .

12 . Siliciumpartikel mit einer überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Partikel form mit einer mittleren Partikelgröße dso im Bereich von 20 bis 200 pm, insbesondere 30 bis 150 pm, wobei die Partikel eine unregelmäßige Oberflächenmorphologie aufweisen, welche durch eine himbeerf örmige Oberflächenstruktur gekennzeichnet ist .

13 . Siliciumpartikel nach Anspruch 12 , welche aufgebaut sind aus überwiegend rundlichen, spratzigen und/oder nodularen Primärpartikeln, auf dem sich eine Viel zahl Sekundärpartikel befindet , wobei die Primärpartikel größer als die Sekundärpartikel sind und wobei die Sekundärpartikel kugel förmig sind oder in Form von Prismen, prismaähnlicher Strukturen oder Kegeln von der Oberfläche des Primärpartikels vorstehen .

14 . Siliciumpartikel nach Anspruch 12 oder 13 , wobei wenigstens 5 % der Oberfläche der Primärpartikel mit Sekundärpartikeln bedeckt sind .

15 . Verwendung der Siliciumpartikel nach einem der Ansprüche 12- 14 als wärmeleitfähigen Füllstof f .