ITRM20110426A1 - Metodo perfezionato per la preparazione di silicio di grado metallurgico ad alta purezza, in particolare per uso nel campo fotovoltaico. - Google Patents
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Description
Metodo perfezionato per la preparazione di silicio di grado metallurgico ad alta purezza, in particolare per uso nel campo fotovoltaico
La presente invenzione riguarda un metodo perfezionato per la preparazione di silicio di grado metallurgico ad alta purezza, in particolare per uso nel campo fotovoltaico.
Più dettagliatamente, l’invenzione riguarda un metodo del tipo detto ottenuto mediante riduzione di silice di elevata purezza, in presenza di un agente riducente, preferibilmente nerofumo di gas, con contenuto ridotto di boro (B) e fosforo(P).
In altri termini, il metodo proposto secondo la presente invenzione consente di produrre silicio mediante la “via carbotermica diretta†, riducendo l’utilizzazione di quarzo, impiegando materiale grezzo di elevata purezza.
Ancora più dettagliatamente, l’invenzione si riferisce ad un metodo che consente di produrre silicio di elevata purezza a partire da quarzo in forma di polvere e di ciotoli o pezzatura (ovverosia intende pezzi di quarzo frantumati, selezionati e vagliati con precise dimensioni sia nella dimensione inferiore che superiore) e nerofumo di gas in un forno elettrico.
E’ noto come il silicio da utilizzare in particolare nel settore fotovoltaico, prodotto tramite un metodo metallurgico, sia sensibile alle proprietà chimiche che elettriche del materiale grezzo, per cui la reattività e l’uso di un agente riducente con bassa impurità à ̈ complicato.
Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di consentire di preparare un silicio di grado metallurgico di alta qualità a partire da materiale grezzo di elevata purezza utilizzabile nel settore fotovoltaico, che evita i problemi derivanti dai convenzionali metodi di purificazione, riducendone i costi, l’utilizzazione di energia e la produzione di prodotti potenzialmente cancerogeni.
Come à ̈ noto, il silicio di grado metallurgico, noto anche come silicio metallico, con una purezza tipicamente di 98.5% Si, à ̈ prodotto in forni ad arco elettrico.
Silicio standard à ̈ prodotto mediante riduzione carbotermica di silice sulla base della seguente reazione:
SiO2(s) 2C(s) = Si(l) 2CO(g),
da cui si deduce che sono necessarie 2 moli di carbonio che devono reagire con una mole di biossido di silicio per ottenere una mole di silicio e due moli di ossido di carbonio.
Al contrario di quanto viene normalmente menzionato in letteratura, la sabbia di silice non viene impiegata per questo tipo di metodo, essendo preferito quarzo in ciotoli o pezzatura (ad esempio 10 – 100 mm), avente purezza e resistenza termica appropriate. Il materiale grezzo riducente à ̈ generalmente costituito da carbone di grado metallurgico, trucioli di legno, e/o carbone dolce e coke. Quarzo e carbonio vengono scelti in maniera tale da ottenere una elevata qualità di prodotto per rendere massimo il rendimento del forno e ridurre al minimo i danni ambientali, in particolare le emissioni di SO2 e NOX. Tra i fattori rilevanti per ottenere questo risultato (elevato rendimento del forno in termini di elevata resa di materiale, basso consumo di potenza e buona qualità del prodotto) vi sono la reattività del materiale grezzo e la consistenza (ad esempio la porosità ) della miscela di materiali grezzi nella carica.
Tradizionalmente, la miscela o carica di materiale grezzo à ̈ riscaldata mediante un arco elettrico intenso sostenuto dalle punte di elettrodi immersi e la terra elettrica del forno.
Il silicio metallico liquido viene prelevato dal fondo del forno, mentre i materiali grezzi mischiati sono introdotti nel forno dall’alto.
Supponendo di dividere lo spazio di reazione interno al forno in una zona calda interna ed una zona esterna più fredda, il silicio liquido à ̈ prodotto nella zona interna, sulla base delle seguenti equazioni
2SiO2(l) SiC(s) = 3SiO(g) CO(g)
SiO(g) SiC(s) = 2Si(l) CO(g).
La temperature nella zona interna varia tra 1900 °C e 2100 °C, per cui una parte elevata di SiO(g) Ã ̈ presente in questa zona, evento indispensabile per una ulteriore riduzione secondo la reazione citata.
Nella zona esterna, in cui la temperatura à ̈ inferiore a 900 °C, SiO(g) e CO(g) proveniente dalla zona interna si incontrano, reagendo con Carbonio. Quindi, si formano carburo di silicio SiC(s) e prodotti di condensazione di Si(l) in una matrice di SiO2(s, l) per la caduta della pressione parziale di SiO(g):
SiO(g) 2C(s) = SiC(s) CO(g)
2SiO(g) = Si(l) SiO2(s)
Tuttavia, il silicio prodotto con i metodi tradizionali descritti ha un grado di impurezza relativamente elevato. Tra le impurezze sono inclusi metalli, come Al,Cr,Fe,Ti,V,Zr, oltre a Boro e Fosforo.
In questo contesto tecnico, la stessa Richiedente ha proposto (domanda di brevetto Italiana MI2008A000185 – depositata il 16 giugno 2008 un nuovo “Metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico di elevata purezza†.
Le esperienze portate avanti sul metodo secondo la domanda Italiana †̃185 hanno evidenziato una serie di problemi.
In primo luogo, nel metodo di IT’185 si impiega un solo tipo di bricchette, scelta che ha evidenziato gravi problemi di condotta della carica a fronte dell’eccesso di produzione di carburo di silicio nella parte alta del forno, di mancanza di porosità e di resistività della stessa.
Inoltre, nel metodo di IT’185 si era ipotizzato che il processo di discesa della carica avvenisse autonomamente.
Ulteriormente, nella domanda IT’815 il rivestimento refrattario del forno di carboriduzione à ̈ in silicio alluminoso, escludendo il rischio da contaminazione da alluminio presente nel refrattario stesso.
Infine, nel summenzionato metodo non si prendeva in debita considerazione la problematica di gestione del foro di scarico dal bacino del forno lungo un canale con un flusso indotto, che in fase operativa crea una grossa problematica, risolta solo con l’utilizzo di materiali inquinanti.
Nel metodo secondo IT’815 si prevede una semplice nucleazione del carburo di silicio per decantazione dello stesso, in una siviera fredda (con il termine siviera si intende una secchia di contenimento e/o di trasporto metallo fuso). Tale scelta non à ̈ tecnicamente sostenibile a causa del rapido calo di temperatura, con il rischio di solidificazione del metallo nella secchia.
Alla luce di quanto sopra, la Richiedente ha studiato e realizzato un nuovo metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico ad alta purezza, in particolare per uso nel campo fotovoltaici, in grado di risolvere tutti i problemi summenzionati.
Questi risultati sono ottenuti, secondo la presente invenzione, con un metodo che propone di utilizzare due tipi di bricchette, quarzo in pezzi e legna purificata, per cui si realizza un metodo di carboriduzione più gestibile, con rendimenti più alti e quindi costi più bassi.
Il metodo secondo l’invenzione prevede inoltre l’impiego di attrezzature manuali o meccanizzate che utilizzano utensili realizzati e/o rivestiti con materiali non inquinanti la miscela e di procedure per la gestione della miscela all’interno del forno.
Inoltre, la nuova soluzione proposta prevede che il materiale refrattario abbia un contenuto di silice maggiore del 95 %, così limitando notevolmente pericoli da inquinamento dovuti agli elementi chimici presenti in modeste quantità nei refrattari stessi.
Il metodo secondo l’invenzione, e l’impianto in cui viene applicato, può essere definito ad induzione elettromagnetica, per riscaldare ed eventualmente fondere il materiale presente nel foro del canale di colata a flusso indotto.
Infine, il metodo secondo l’invenzione prevede l’utilizzazione di una siviera riscaldata ad induzione con l’utilizzo di gas ossidanti al fine di purificare il silicio non solo dal carburo di silicio ma anche dalle impurità metalliche.
Pertanto, lo scopo principale della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per la preparazione di silicio di elevato grado di purezza da utilizzare in particolare per celle solari, impiegando una nuova miscela per il processo carbotermico.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire una attrezzatura per la produzione di bricchette in cui si verifica la minima contaminazione del materiale grezzo.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un nuovo sistema per immagazzinare e prelevare i materiali dal forno, al fine di evitare la contaminazione dei materiali grezzi e del silicio liquido.
Ancora uno scopo della presente invenzione à ̈ un nuovo metodo per far funzionare un forno di tipo SAF, con carica di bricchette e ciotoli o pezzatura di quarzo. Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico ad alta purezza, in particolare per uso nel campo fotovoltaico, che prevede le fasi di: a. selezionare materiali grezzi di elevata purezza in forma di polvere e ciotoli o pezzatura;
b. miscelare la polvere di materiale grezzo;
c. bricchettare il materiale miscelato;
d. realizzare partite di bricchette e materiale in ciotoli o pezzatura;
e. eseguire la carboriduzione in forno ad arco sommerso (SAF) a corrente alternata CA ;
f. immagazzinare il prodotto nel bacino del forno SAF; g. prelevare il prodotto attraverso un canale a flusso indotto;
h. effettuare una purificazione in siviera riscaldata ad induzione, a flusso indotto;
i. depositare, schiumare e filtrare le particelle di carburo e di ossidi.
Preferibilmente, il metodo secondo l’invenzione à ̈ realizzato in un forno SAF tra 200 KVA e 3000 KVA.
Ulteriori caratteristiche del metodo secondo l’invenzione saranno evidenti dalle rivendicazioni dipendenti.
In particolare, le fasi del metodo secondo l’invenzione prevedono:
1. selezionare polvere e ciotoli o pezzatura di silice con un contenuto di boro (B) inferiore a 0,2 ppm in peso, di fosforo (P) inferiore a 0,1 ppm in peso e impurità metalliche che non superano 30 ppm in peso. 2. selezionare nerofumo di gas con un contenuto di boro inferiore a 0,1 ppm in peso, di fosforo inferiore a 0,1 ppm in peso e impurità metalliche che non superano 30 ppm in peso.
3. selezionare un agente legante organico di elevata purezza dal gruppo del saccarosio.
4. selezionare trucioli di legno di elevata purezza, molto importante per conduzione metallurgica del forno.
5. pesatura e miscelatura di polvere di quarzo, nerofumo di gas e legante organico in rapporto con acqua distillata.
6. bricchettare il materiale miscelato e produrre bricchette di circa 2,54 cm (1 pollice).
7. asciugare le bricchette sino a 180°C in un forno a tunnel con combustione di gas metano.
8. composizione di rapporti stechiometrici idonei per tutti i componenti della partita: bricchetta 1 bricchetta 2 quarzo trucioli di legno purificati. Procedimento di prelievo e raffinazione di ossidazione di silicio fuso nella siviera a flusso indotto.
10. conduzione del processo di sedimentazione e schiuma tura nella siviera a flusso indotto.
11. esecuzione del procedimento di filtraggio.
In ognuna di queste fasi, i contributi di impurità che devono essere presi in considerazione, e di cui si deve prevenire la presenza sono:
a. contaminazione di materiale in polvere a causa di utensili metallici a contatto con il materiale grezzo durante la miscelazione, la bricchettatura, l’essiccazione e il movimento delle bricchette nel forno SAF.
b. nel forno SAF, contaminazione durante l’operazione di stoccaggio e movimentazione all’interno del forno stesso e durante l’operazione di prelievo dal forno. c. contaminazione durante la fase di scarico nella siviera a flusso indotto da parte del materiale refrattario e delle scorie.
d. contaminazione durante il procedimento di filtrazione a contatto con il filtro e il materiale refrattario dello stampo stesso.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 à ̈ una vista in sezione schematica del refrattario di un forno ad arco sommerso;
la figura 2 à ̈ la cavità dell’elettrodo del forno di figura 3 ;
la figura 3 mostra un tipo differente di bricchetta; la figura 4 mostra un forno CA e una apparecchiatura di prelievo;
la figura 5 Ã ̈ una vista in sezione schematica della scarico nella siviera a flusso indotto;
la figura 6 Ã ̈ una vista in sezione schematica del supporto di filtrazione di silicio nello stampo.
Osservando le figure dei disegni allegati, e facendo riferimento alle fasi del procedimento elencate in quel che precede, inizialmente si procede alla selezione dei materiali grezzi per preparare il silicio ad elevata purezza per uso nel settore fotovoltaico.
In particolare, come detto il materiale grezzo à ̈ costituito da quarzo, sabbia, nerofumo di gas in forma di bricchette, ciotoli o pezzatura di quarzo e trucioli di legno.
Il quarzo in polvere o sabbia, il nerofumo sono miscelati con un legante organico ad elevata purezza.
Tutti i materiali grezzi sono scelti ed analizzati chimicamente prima del loro impiego, al fine di utilizzare nel metodo inventivo solo ed unicamente materiali caratterizzati da una elevata purezza. Come detto, in particolare il contenuto di fosforo deve essere inferiore a 0,1 ppm in peso (tranne per i trucioli di legno purificati, il contenuto di boro inferiore a 0,1 ppm in peso e il contenuto di impurità metalliche inferiore a 30 ppm in peso.
Si à ̈ eseguita una valutazione di 20 differenti fonti di approvvigionamento della silice, da cui si à ̈ ottenuto che il quarzo che può soddisfare i summenzionati requisiti.
Nella allegata tabella 1 sono riportati i valori massimi ammessi.
La polvere di silice à ̈ caratterizzata da una distribuzione dimensionale delle particelle tra 100 e 300 µm.
TABELLA 1
B P Al Ca Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na Ti Zr Total µm <0, <0, <16 <1 <0,1 <0,05 <0,8 <1 <1 <0,2 <0,05 <3,5 <6 <0,02 <30 1 1 <30
0
Inoltre, sono state esaminate diverse fonti di approvvigionamento del carbone come potenziale riducente: nerofumo di gas, zucchero, carbone attivo e trucioli di legno purificati. Solo nerofumo di gas e trucioli di legno purificati soddisfano i requisiti secondo l’invenzione. In particolare, il nerofumo di gas à ̈ caratterizzato da un basso contenuto di boro e fosforo, senza la presenza di idrocarburi aromatici policiclici.
Tabella 2
B P Al Ca Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na Ti Zr Totale <0,1 <0,1 <16 <1 <0,04 <0,05 <0,8 <1 <1 <0,2 <0,05 <3,5 <6 0,02 <30
Il terzo componente à ̈ l’agente legante ad elevata purezza, che viene impiegato per ottenere una interfaccia meccanicamente forte nelle bricchette tra la polvere di silice e le particelle di nerofumo di gas. L’agente legante viene scelto dal gruppo costituito da saccarosio (preferito), amido, cellulosa, alcool polivinilico e NaSiO3.
Come detto, un altro componente importante per la produzione di silicio con il metodo secondo l’invenzione, sono i trucioli di legno purificati, che reagiscono nelle reazioni chimiche come catalizzatore, garantendo una elevata resistività e porosità alla carica nel forno.
Fino ad oggi, nella tecnica della così detta “via metallurgica diretta†escludeva l’impiego di trucioli di legno nella carica nel forno, in quanto aventi una presenza di boro e fosforo troppo alte. Tuttavia, si à ̈ sorprendentemente trovato, secondo l’invenzione, che il legno ha una bassa contaminazione e la resa dei trucioli di legno à ̈ molto bassa, per cui la maggior parte viene dispersa durante il funzionamento del forno.
Elementi B P Al Ca Fe Carbone ppm ppm ppm ppm ppm fissato
%
Trucioli di <0,3 <3,16 <9 <450 <156 < 28 legno
purificati
(Tabella 3)
Ovviamente, Ã ̈ impossibile evitare completamente la contaminazione dei materiali grezzi, in particolare della polvere di quarzo, durante il procedimento di bricchettatura, a causa del contatto con gli utensili metallici. Per evitare questa contaminazione, le apparecchiature ( per pesatura, miscelazione, movimentazione e compattazione) vengono rivestite, preferibilmente con un polimero idoneo, per evitare i fenomeni di abrasione.
Tutti i componenti dell’attrezzatura di bricchettatura impiegati nel metodo secondo l’invenzione, sono studiati per ridurre al minimo la contaminazione.
Preferibilmente, il rivestimento sarà realizzato con un materiale fluorurato, quale ARC BX1, ARC 855, fluoruro di polivinilidene (Kynar®), o polietilene, ad esempio polietilene ad alta densità .
Nelle fasi successive del metodo secondo l’invenzione, polvere di quarzo e nerofumo di gas sono miscelati, e quindi sottoposti a bricchettatura, preparando bricchette con dimensioni di 32,5 x 25,7 x 14,3 mm o maggiori.
I componenti sono mischiati in maniera da rispettare la stechiometria del metodo. Si aggiunge quindi acqua distillata in una concentrazione tra il 7% e il 25% in peso, in funzione del tipo e della composizione delle bricchette. L’acqua viene aggiunta al fine di migliorare la distribuzione dell’agente legante e per la solubilità del legante e ridurre il volume del nerofumo di gas.
Le bricchette così ottenute vengono sottoposte ad un trattamento di essiccazione ad una temperatura sino a 280 °C, per raggiungere il grado di resistenza meccanica desiderato.
Si ottiene la polimerizzazione del legante all’interno delle bricchette in funzione della velocità del movimento nel forno, dalla temperatura e dalla quantità delle bricchette. Al di fuori del forno, à ̈ necessario un raffreddamento delle bricchette con aria per cristallizzare l’agente legante.
Con il metodo secondo l’invenzione si producono due tipi di bricchette, ciascuna con un ruolo differente nel processo chimico nella sua totalità .
Al termine del processo di essiccazione, le bricchette (di entrambi i tipi), con un rapporto stechiometrico di ciotoli o pezzatura di quarzo e trucioli di legno, sono trasferite a lotti o partite, in un forno ad arco sommerso, in cui si si genera la riduzione del carbonio.
Nel forno à ̈ richiesta una elevata quantità di energia elettrica per convertire il quarzo in silicio metallico. Tale energia à ̈ alimentata attraverso elettrodi in carbonio consumabili. Ad esempio la potenza di un forno in grado di produrre 2,4 tons di silicio al giorno à ̈ di 2,25 MVA, con tre elettrodi e due bocche di prelievo. L’altezza del forno à ̈ inferiore a 2 m, e la sezione superiore inferiore di 2 m, con la sezione di fondo di 2m. Il diametro dell’elettrodo à ̈ proporzionale all’energia elettrica del forno.
Il rivestimento refrattario à ̈ un potenziale contributore alla presenza di impurità . La parte centrale del forno à ̈ in grafite purificata, per evitare la contaminazione del silicio. Le sezioni inferiore e superiore del forno sono in mattoni di silice (vedere la figura 1).
Il materiale, la struttura, e il foro della bocca di prelievo sono molto importanti per facilitare il processo di prelievo e ridurre al minimo la contaminazione del silicio liquido.
Anche il dimensionamento del forno SAF à ̈ molto importante per una corretta esecuzione del metodo secondo l’invenzione. Il diametro dell’elettrodo deve essere sufficientemente piccolo per non formare una cavità troppo grande nel forno. L’effetto di isolamento si ottiene con un forno di diametro sufficientemente grande (vedere la figura 2).
La cavità che circonda l’elettrodo ha pareti realizzate con materiale sinterizzato, costituito da materiale grezzo parzialmente sottoposto a reazione e carburo di silicio. Ovviamente, i materiali che non hanno reagito sono nella parte esterna della cavità che protegge il materiale refrattario e bloccano, o comunque riducono la contaminazione dal rivestimento.
Elettrodi di grafite sono impiegati per alimentare l’arco ad alta temperatura per il processo di riduzione carbotermica nel forno SAF. L’esperienza delle prove svolte dalla Richiedente hanno dimostrato che l’elettrodo di grafite consumabile contribuisce per circa 90 – 120 kg / 1000 kg di silicio metallico. Quindi anche gli elettrodi in grafite devono essere purificati per ridurre la contaminazione.
Nel metodo secondo l’invenzione, la polvere di quarzo ha due ruoli: 1) come componente nelle bricchette, per produrre SiC; 2) come additivo nelle bricchette in nerofumo di gas. Nel primo caso, la polvere di quarzo à ̈ prevista in rapporto idoneo con il nerofumo di gas per produrre SiC nelle bricchette. Nel secondo caso, la polvere di quarzo viene aggiunta in basso contenuto per migliorare l’integrità delle bricchette, con il ruolo di nucleazione per formare SiC nelle seconde bricchette.
La figura 4 mostra, schematicamente, le caratteristiche dei due tipi di bricchetta.
Nella esecuzione del metodo secondo l’invenzione, à ̈ importante che la reazione di SiC sia molto più rapida rispetto al metodo noto.
Gas ricco di SiO caldo dalla zona interna che fa passare la carica nella zona esterna.
Si raffredda quindi il gas e si ha la reazione di condensazione ad elevata produzione di calore:
2SiO(g) = SiO2(s.l) Si(l)
La reazione di formazione di SiC à ̈ potenzialmente più efficace della reazione con C per catturare SiO nella zona esterna. L’effetto della carica delle bricchette ha un buon effetto nella formazione di SiC.
Tuttavia, il rendimento del procedimento à ̈ basato sulla rapidità della reazione . La formazione di SiC avviene nella parte superiore del forno, ma a livelli differenti rispetto ai processi noti con materiale in ciotoli o pezzatura.
Per le ragioni di cui sopra, Ã ̈ molto importante il metodo di stoccaggio (distribuzione e movimentazione del materiale) con la carica delle bricchette.
Sfortunatamente, dimostra che la formazione della crosta nella parte superiore del forno à ̈ un processo rapido e se lo stoccaggio à ̈ gestito male, sarà difficile gestire il forno. L’attrezzatura di stoccaggio deve essere sufficientemente pura da evitare la contaminazione dei materiali.
Anche il prelievo à ̈ un’operazione critica del metodo secondo l’invenzione. Esso ha un impatto diretto sulle prestazioni totali del forno ed in particolare nella contaminazione del silicio prelevato. Se il prelievo del silicio dal forno fallisce o à ̈ ritardato, si deve interrompere la produzione. Un buon drenaggio del metallo fuso nel forno à ̈ essenziale per ottener una resa ottimale ed una contaminazione minima (figura 4). Il silicio à ̈ versato periodicamente nella lingottiera e/o nella siviera a flusso indotto per il processo di purificazione. Dopo aver prelevato il silicio fuso dal forno alla temperatura di 1580 °C – 1620 °C, il silicio fuso sarà saturo di ossigeno e carbonio in forma di ossido e SiC. La raffinazione di ossidazione delle scorie à ̈ il processo di base impiegato nel metodo secondo l’invenzione per la purificazione del metallo nella siviera a flusso indotto. La scelta di materiali refrattari con le stesse caratteristiche di quelli usati nel forno SAF per il rivestimento della siviera a flusso indotto permette di evitare l’introduzione di impurità nel silicio allo stato fuso.
La prima fase di purificazione del silicio fuso nella siviera a flusso indotto comprende la rimozione parziale del carbonio e dei metalli.
E’ importante che la deposizione e la schiumatura siano condotte prima di versare il silicio nello stampo specifico.
La prima fase prevede di rimuovere particelle di SiC e di ogni altro tipo di scorie pesanti per deposizione. Le scorie galleggianti vengono asportate per schiumatura, mentre il precipitato va a finire nella parte inferiore della siviera a flusso indotto.
Mediante il profilo di temperatura e il tempo di deposizione nella siviera a flusso indotto indotta si possono gestire la decantazione e la deposizione delle inclusioni (vedere la figura 5).
Il silicio liquido à ̈ filtrato durante il versamento (figura 6) dallo scarico dalla siviera a flusso indotto nello stampo speciale. La velocità e la temperatura di scarico, il tipo e le dimensioni del filtro ceramico, la distribuzione della dimensione dei pori e la porosità del filtro sono estremamente rilevanti.
Il filtro 2 ceramico à ̈ disposto in un cono di riempimento 3. E’ molto importante anche la scelta del rivestimento refrattario dello stampo.
Il silicio liquido scaricato dalla siviera a flusso indotto dopo la purificazione viene fatto solidificare in aria, in atmosfera non controllata, e si verifica una modesta affinazione, mediante solidificazione direzionale.
La presente invenzione à ̈ stata descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme specifiche di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche possono essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione come definito nelle rivendicazioni.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico ad alta purezza, in particolare per uso nel campo fotovoltaico, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di prevedere che prevede le fasi di: a. selezionare materiali grezzi di elevata purezza in forma di polvere, e ciotoli o pezzatura; b. miscelare la polvere di materiale grezzo; c. bricchettare il materiale miscelato; d. realizzare partite di bricchette e materiale in ciotoli o pezzatura; e. eseguire la carboriduzione in forno ad arco sommerso (SAF) in corrente alternata (CA); f. immagazzinare il prodotto nel bacino del forno SAF; g. prelevare il prodotto; h. effettuare una purificazione in siviera a flusso indotto; i. depositare, schiumare e filtrare le particelle di carburo e di ossidi.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le fasi e. ed f. sono realizzato in un forno SAF tra 200 KVA e 3000 KVA.
- 3. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase a. comprende selezionare polvere e ciotoli o pezzatura di quarzo con un contenuto di boro inferiore a 0,2 ppm in peso, di fosforo inferiore a 0,1 ppm in peso e impurità metalliche che non superano 30 ppm in peso.
- 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase a. comprende selezionare nerofumo di gas con un contenuto di boro inferiore a 0,1 ppm in peso, di fosforo inferiore a 0,1 ppm in peso e impurità metalliche che non superano 30 ppm in peso.
- 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase a. comprende selezionare un agente legante organico di elevata purezza dal gruppo del saccarosio.
- 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase a. comprende selezionare trucioli di legno di elevata purezza.
- 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase b. comprende la pesatura e miscelatura di polvere di quarzo, nerofumo di gas e legante organico in rapporto con acqua distillata.
- 8. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase c. comprende bricchettare il materiale miscelato e produrre bricchette di circa 2,54 cm (1 pollice) e/o di maggiore dimensione .
- 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta fase c. comprende essicare le bricchette sino a 180°C in un forno a tunnel con combustione di gas metano.
- 10. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che viene eseguito con una composizione di rapporti stechiometrici idonei per tutti i componenti della partita: bricchette, quarzo, e trucioli di legno purificati.
- 11. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase g. viene eseguita con prelievo e raffinazione di ossidazione di silicio fuso con siviera a flusso indotto.
- 12. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase i. di sedimentazione e schiumatura viene eseguita in siviera a flusso indotto.
- 13. Impianto per l’esecuzione di un metodo secondo le rivendicazioni precedenti.
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2012
- 2012-08-08 WO PCT/IT2012/000247 patent/WO2013042151A1/en active Application Filing
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