ES2627503T3 - Método para producir silicio de alta pureza - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para producir silicio de alta pureza, que comprende proporcionar silicio fundido que contiene 1-10% en peso de calcio, colar el silicio fundido, triturar el silicio y someter el silicio triturado a una primera etapa de lixiviación en una solución acuosa de HCl y y/o HF + FeCl3 y a una segunda etapa de lixiviación en una solución acuosa de HF y HNO3, método que se caracteriza por que las partículas de silicio lixiviadas son sometidas a tratamiento térmico a una temperatura de entre 1250ºC y 1420ºC durante un período de como mínimo 20 minutos y someter el silicio tratado térmicamente a una tercera temperatura de lixiviación en una solución acuosa de HF y HNO3.
Description
DESCRIPCION
Metodo para producir silicio de alta pureza Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de silicio de alta pureza.
5 Antecedentes tecnicos
Por la patente U.S. n°. 4.539.194 es conocido un procedimiento para la produccion de silicio puro, en el que uno o varios compuestos de calcio se anaden a silicio fundido de calidad metalurgica en cantidad suficiente para que resulte silicio fundido que contiene aproximadamente de 1,0 a aproximadamente 10,0% en peso de calcio. Se cuela el silicio aleado con calcio y luego se pretritura el silicio solidificado, sometiendolo luego a una etapa de 10 lixiviacion usando una solucion acuosa de FeCh y HCl, se causa la desintegracion en el silicio y allf donde el grano de silicio resultante se somete despues de lavado a una segunda etapa de lixiviacion con una segunda solucion de HF y HNO3. Cuando solidifica el silicio fundido aleado con calcio, la mayor parte del calcio solidifica como fase siliciuro calcico a lo largo de los bordes de grano del silicio. Esta fase siliciuro calcico contiene tambien una mayona de otros elementos impureza contenidos en el silicio de calidad metalurgica, en particular hierro, aluminio, 15 titanio, vanadio, cromo y otros. La fase siliciuro calcico que contiene estas impurezas se disuelve durante las etapas de lixiviacion y los elementos impureza contenidos en la fase siliciuro calcico son asf eliminados de las partfculas de silicio. Se obtienen muy buenos resultados por el metodo de la patente U.S. n° 4.539.194. Se ha encontrado, sin embargo, que no toda la fase siliciuro calcico aparece en los bordes de grano del silicio solidificado. Parte de la fase siliciuro calcico esta aislada dentro de los granos de silicio y en canales estrechos, no siendo 20 consecuentemente asequible a las soluciones de acido durante las etapas de lixiviacion de la patente U.S. n°.
4.539.194.
Hay asf necesidad de un procedimiento para refinar mas el silicio purificado por el metodo de la patente U.S. n°.
4.539.194.
Descripcion de la invencion
25 La presente invencion se refiere asf a un metodo para producir silicio de alta pureza, que comprende proporcionar silicio fundido que contiene 1-10% en peso de calcio, colar el silicio fundido, triturar el silicio y someter el silicio triturado a una primera etapa de lixiviacion en una solucion acuosa de HCl y/o HF + FeCh y a una segunda etapa de lixiviacion en una solucion acuosa de HF y HNO3, metodo que se caracteriza porque las partfculas de silicio lixiviadas son sometidas a tratamiento termico a una temperatura de entre 1250°C y 1420°C durante un penodo de 30 como 20 mmimo minutos y someter el silicio tratado termicamente a una tercera etapa de lixiviacion en una solucion acuosa de HF y HNO3.
Preferiblemente, el tratamiento termico se realiza a una temperatura de mas de 1300°C y, mas preferiblemente, a una temperatura por encima de 1400°C.
Preferiblemente, las partfculas de silicio se lavan con agua despues de la tercera etapa de lixiviacion .
35 El tratamiento termico se puede realizar como proceso por lotes o en regimen continuo. Un tratamiento termico en regimen continuo puede realizarse por ejemplo en un horno de tunel con una cinta de movimiento horizontal.
Se ha encontrado sorprendentemente que durante el tratamiento termico la fase siliciuro calcico que queda y la fase FeSi2 que contiene elementos impureza funden y migran a la superficie de las partfculas de silicio. Ademas se forman otras fases siliciuro durante el tratamiento, tales como Cu3Si, NiSi2, CuFeS, FeNiCuSi, y otras tambien 40 migran a la superficie de las partfculas de silicio. Las fases que han migrado a la superficie de las partfculas de silicio se disuelven en la tercera etapa de lixiviacion, resultando unas partfculas de silicio muy puras despues de la tercera etapa de lixiviacion. Se cree que, a temperaturas por debajo del punto de fusion del silicio, la migracion de las fases fundidas de siliciuro a la superficie de las partfculas de silicio puede ser debida al hecho de que cuando se calienta a alta temperatura las fases siliciuro funden y experimentan una expansion en volumen, mientras que el 45 silicio experimenta un aumento de volumen, creandose asf una fuerza sobre las fases siliciuro fundidas, estrujando las fases siliciuro fundidas desde los canales estrechos a la superficie exterior de las partfculas. Despues de otro enfriamiento, las fases fundidas siliciuro solidifican sobre la superficie de las partfculas de silicio.
Descripcion detallada de la invencion
Ejemplo1
50 Se trataron por calor durante aproximadamente 60 minutos a temperaturas de 1250°C, 1400°C y 1420°C muestras
de partfculas de silicio aleadas con calcio y lixiviadas de acuerdo con el metodo de la patente U,S, n° 4.539.194. Posteriormente se lixiviaron en una solucion acuosa de HF + HNO3 y las partfculas resultantes se lavaron con agua y se secaron.
Las Tablas 1,2 y 3 muestran el analisis elemental antes del tratamiento termico y despues de lixiviacion con HF + 5 HNO3, as^ como la reduccion de porcentaje de elementos impureza obtenida por el procedimiento.
Tabla 1. Particulas de silicio tratadas a 1250°C y lixiviadas con HF + HNO3
- Elementos impureza
- Contenido de silicio en ppm antes de tratamiento termico Contenido de silicio en ppm despues de lixiviacion Reduccion en el %
- Al
- 2,80 2,60 7
- Ca
- 366.00 237 35
- Cr
- 2,0 0,50 >75
- Fe
- 56,00 42,00 25
- Mn
- 1,20 0,65 46
- Ni
- 1,80 2,00 + 11
- Ti
- 2,60 1,90 27
- V
- 0,85 0,45 47
- P
- 1,50 1,60 +7
10 Tabla 2. Particulas de silicio tratadas a 1400°C y lixiviadas con HF + HNO3
- Elementos impureza
- Contenido de silicio en ppm antes de tratamiento termico Contenido de silicio en ppm despues de lixiviacion Reduccion en el %
- Al
- 1,6 0,5 66
- Ca
- 470 180 62
- Cr
- 1,7 0,5 >71
- Fe
- 55 30,0 45
- Mn
- 1,20 0,4 66
- Ni
- 1,60 1,8 +13
- Ti
- 2,7 1,1 59
- V
- 0,75 0,3 60
- P
- 2 2,4 +20
Tabla 3. Particulas de silicio tratadas a 1420°C y lixiviadas con HF + HNO3
- Elementos impureza
- Contenido de silicio en ppm antes de tratamiento termico Contenido de silicio en ppm despues de lixiviacion Reduccion en el %
- Al
- 2,80 1,1 61
- Ca
- 366 16 96
- Cr
- 2,0 0,5 >75
- Fe
- 56,00 5,9 89
- Mn
- 1,20 0,1 92
- Ni
- 1,80 0,3 83
- Ti
- 2,60 0,4 85
- V
- 0,85 0,1 88
- P
- 1,50 1,7 + 13
5
Como se puede ver en las Tablas 1, 2 y 3, se obtiene ya una reduccion sustancial del contenido de impurezas de partfculas de silicio cuando el tratamiento por calor se realiza a 1250°C y que la reduccion del contenido de elementos impureza aumenta bastante sustancialmente al aumentar la temperatura de tratamiento termico. Para tratamiento termico a 1420°C, el nivel de reduccion de elementos impureza es de 80% o mas. A esta temperatura, 10 el silicio esta casi en estado fundido y las fases fundidas de siliciuro segregan a la superficie de las partfculas de silicio. Los canales en el interior del grano se reforman a medida que se esta formando una nueva estructura policristalina.
15
Claims (3)
- REIVINDICACIONES1. Un procedimiento para producir silicio de alta pureza, que comprende proporcionar silicio fundido que contiene 1-10% en peso de calcio, colar el silicio fundido, triturar el silicio y someter el silicio triturado a una primera etapa5 de lixiviacion en una solucion acuosa de HCl y y/o HF + FeCh y a una segunda etapa de lixiviacion en una solucion acuosa de HF y HNO3, metodo que se caracteriza por que las partfculas de silicio lixiviadas son sometidas a tratamiento termico a una temperatura de entre 1250°C y 1420°C durante un penodo de como mmimo 20 minutos y someter el silicio tratado termicamente a una tercera temperatura de lixiviacion en una solucion acuosa de HF y HNO3..10 2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el tratamiento termico se realiza auna temperatura de mas de 1300°C y mas preferiblemente a una temperatura de mas de 1400°C.
- 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizado por que el tratamiento termico se realiza en un horno de tunel con una cinta que se mueve horizontalmente.
- 4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que las partfculas de silicio se lavan 15 con agua despues de la tercera etapa de lixiviacion.
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