JP2001039708A - 高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯの製造方法 - Google Patents
高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓｉ等の高純度原料を
用いなくとも、太陽電池用Ｓｉ又はその原料として適用
できる９９．５％以上の高純度金属Ｓｉ及び高純度Ｓｉ
Ｏを製造することができる方法を提供する。 【解決手段】 高純度金属Ｓｉを製造するにあたって
は、ＳｉＯ2を主成分とする原料から金属Ｓｉを製造す
る方法において、炭素系物質を還元剤として用い上記原
料を１５００℃以上に加熱することによりＳｉＯ含有ガ
スを発生させる工程と、前記ＳｉＯ含有ガスの冷却固化
物を再加熱して気化させるＳｉＯの精製工程と、上記精
製されたＳｉＯの固化物を、還元剤を用いてＳｉに還元
する工程とを含む方法を採用する。
用いなくとも、太陽電池用Ｓｉ又はその原料として適用
できる９９．５％以上の高純度金属Ｓｉ及び高純度Ｓｉ
Ｏを製造することができる方法を提供する。 【解決手段】 高純度金属Ｓｉを製造するにあたって
は、ＳｉＯ2を主成分とする原料から金属Ｓｉを製造す
る方法において、炭素系物質を還元剤として用い上記原
料を１５００℃以上に加熱することによりＳｉＯ含有ガ
スを発生させる工程と、前記ＳｉＯ含有ガスの冷却固化
物を再加熱して気化させるＳｉＯの精製工程と、上記精
製されたＳｉＯの固化物を、還元剤を用いてＳｉに還元
する工程とを含む方法を採用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度金属Ｓｉ及
び高純度ＳｉＯの製造方法に関し、詳細には太陽電池用
Ｓｉ又はその原料として用いることのできる９９．５％
以上の純度を有する高純度金属Ｓｉの製造方法と、Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯ2等のシリコン系高機能材料や上
記高純度金属Ｓｉ（以下、これらをシリコン系材料と総
称する）の原料として用いることのできる高純度ＳｉＯ
の製造方法に関するものである。
び高純度ＳｉＯの製造方法に関し、詳細には太陽電池用
Ｓｉ又はその原料として用いることのできる９９．５％
以上の純度を有する高純度金属Ｓｉの製造方法と、Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯ2等のシリコン系高機能材料や上
記高純度金属Ｓｉ（以下、これらをシリコン系材料と総
称する）の原料として用いることのできる高純度ＳｉＯ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属Ｓｉは半導体用基板の他にも、太陽
電池等に利用されており、その需要は益々拡大してい
る。特に太陽電池用Ｓｉには５Ｎ(five nine:99.999%)
〜７Ｎの高い純度が要求されている。
電池等に利用されており、その需要は益々拡大してい
る。特に太陽電池用Ｓｉには５Ｎ(five nine:99.999%)
〜７Ｎの高い純度が要求されている。
【０００３】金属Ｓｉの製造方法としては、例えば特開
昭６３−１４７８１３号公報に記載の方法がある。上記
方法は、珪石（ＳｉＯ2）やＳｉＣを用いて、炭素で還
元させる方法（ＳｉＯ2＋２Ｃ→Ｓｉ＋２ＣＯ）であっ
て、副生されるＳｉＯガスの蒸気圧が高く外部に飛散し
易いことから上記ＳｉＯガスをＳｉＣに換えてこれを還
流させることによりＳｉ収率を高める方法である。但
し、炭素のみの還元により金属Ｓｉを製造する方法で
は、還元工程での不純物除去効果がほとんど期待でき
ず、高純度Ｓｉの製造には、高純度ＳｉＯ2や高純度炭
素等を原料として用いる必要がある。
昭６３−１４７８１３号公報に記載の方法がある。上記
方法は、珪石（ＳｉＯ2）やＳｉＣを用いて、炭素で還
元させる方法（ＳｉＯ2＋２Ｃ→Ｓｉ＋２ＣＯ）であっ
て、副生されるＳｉＯガスの蒸気圧が高く外部に飛散し
易いことから上記ＳｉＯガスをＳｉＣに換えてこれを還
流させることによりＳｉ収率を高める方法である。但
し、炭素のみの還元により金属Ｓｉを製造する方法で
は、還元工程での不純物除去効果がほとんど期待でき
ず、高純度Ｓｉの製造には、高純度ＳｉＯ2や高純度炭
素等を原料として用いる必要がある。
【０００４】またメタルグレードＳｉ（以下、ＭＧ−Ｓ
ｉという）を原料として用い、上記ＭＧ−Ｓｉを一方向
凝固させて、溶解( 高周波るつぼ溶解またはＥＢ溶解)
させることにより太陽電池用Ｓｉを得る方法が知られて
いるが、非常に多額のコストを必要とする手法である。
ｉという）を原料として用い、上記ＭＧ−Ｓｉを一方向
凝固させて、溶解( 高周波るつぼ溶解またはＥＢ溶解)
させることにより太陽電池用Ｓｉを得る方法が知られて
いるが、非常に多額のコストを必要とする手法である。
【０００５】従って、現状では９Ｎ〜１１Ｎといった非
常に純度の高い半導体用Ｓｉの規格外品が、太陽電池用
Ｓｉとして用いられている。しかしながら、その量は限
られており、益々拡大する太陽電池用Ｓｉの需要を満た
し得るものではなく、高純度シリコンの新たな製造技術
が求められている。
常に純度の高い半導体用Ｓｉの規格外品が、太陽電池用
Ｓｉとして用いられている。しかしながら、その量は限
られており、益々拡大する太陽電池用Ｓｉの需要を満た
し得るものではなく、高純度シリコンの新たな製造技術
が求められている。
【０００６】一方、ＳｉＯを目的物質として開発された
技術はないが、シリコン系材料を製造する方法の中間生
成物としてＳｉＯを製造する方法は知られており、例え
ば特開昭６３−５０３０７号公報には、ＳｉＯ2を原料
とし、ＳｉＯ2を減圧下で炭素または珪素により還元し
てＳｉＯを製造する方法が開示されており、また特公平
５−３１４８８号公報には、溶融金属珪素に珪石を吹き
込みＳｉＯを発生させる方法が開示されている。しかし
ながら、これらの方法により高純度なＳｉＯを製造しよ
うとすると、原料となるＳｉＯ2や金属珪素に高純度の
ものを使用することが必要であり、コスト高になるとい
う問題があった。そこで純度の高い原料を用いずに高純
度のＳｉＯを製造することのできる技術の開発も要望さ
れていた。
技術はないが、シリコン系材料を製造する方法の中間生
成物としてＳｉＯを製造する方法は知られており、例え
ば特開昭６３−５０３０７号公報には、ＳｉＯ2を原料
とし、ＳｉＯ2を減圧下で炭素または珪素により還元し
てＳｉＯを製造する方法が開示されており、また特公平
５−３１４８８号公報には、溶融金属珪素に珪石を吹き
込みＳｉＯを発生させる方法が開示されている。しかし
ながら、これらの方法により高純度なＳｉＯを製造しよ
うとすると、原料となるＳｉＯ2や金属珪素に高純度の
ものを使用することが必要であり、コスト高になるとい
う問題があった。そこで純度の高い原料を用いずに高純
度のＳｉＯを製造することのできる技術の開発も要望さ
れていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、半導体用Ｓｉの規格外品
やその他の高純度原料を用いなくとも、太陽電池用Ｓｉ
又はその原料として適用できる９９．５％以上の高純度
金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯを製造することができる方法
を提供しようとするものである。
目してなされたものであって、半導体用Ｓｉの規格外品
やその他の高純度原料を用いなくとも、太陽電池用Ｓｉ
又はその原料として適用できる９９．５％以上の高純度
金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯを製造することができる方法
を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明に係る高純度金属Ｓｉの製造方法とは、ＳｉＯ2を主
成分とする原料から金属Ｓｉを製造する方法であって、
炭素系物質を還元剤として用い上記原料を１５００℃以
上に加熱することによりＳｉＯ含有ガスを発生させる工
程（以下、第１工程ということがある）と、前記ＳｉＯ
含有ガスの冷却固化物を再加熱して気化させるＳｉＯの
精製工程（以下、第２工程ということがある）と、上記
精製されたＳｉＯの固化物を、還元剤を用いてＳｉに還
元する工程（以下、第３工程ということがある）とを含
むことを要旨とするものであり、ＳｉＯをＳｉに還元す
る上記還元剤としては、水素ガス及び／又は炭化珪素を
用いることが推奨される。
明に係る高純度金属Ｓｉの製造方法とは、ＳｉＯ2を主
成分とする原料から金属Ｓｉを製造する方法であって、
炭素系物質を還元剤として用い上記原料を１５００℃以
上に加熱することによりＳｉＯ含有ガスを発生させる工
程（以下、第１工程ということがある）と、前記ＳｉＯ
含有ガスの冷却固化物を再加熱して気化させるＳｉＯの
精製工程（以下、第２工程ということがある）と、上記
精製されたＳｉＯの固化物を、還元剤を用いてＳｉに還
元する工程（以下、第３工程ということがある）とを含
むことを要旨とするものであり、ＳｉＯをＳｉに還元す
る上記還元剤としては、水素ガス及び／又は炭化珪素を
用いることが推奨される。
【０００９】また上記課題を解決した本発明に係る高純
度ＳｉＯの製造方法とは、ＳｉＯ2を主成分とする原料
からＳｉＯを製造する方法であって、炭素系物質を還元
剤として用い上記原料を１５００℃以上に加熱すること
によりＳｉＯ含有ガスを発生させる工程と、上記ＳｉＯ
含有ガスの冷却固化物を１５００℃以上に再加熱して気
化させるＳｉＯの精製工程からなることを要旨とするも
のであり、前記精製工程は複数回行うことが望ましい。
度ＳｉＯの製造方法とは、ＳｉＯ2を主成分とする原料
からＳｉＯを製造する方法であって、炭素系物質を還元
剤として用い上記原料を１５００℃以上に加熱すること
によりＳｉＯ含有ガスを発生させる工程と、上記ＳｉＯ
含有ガスの冷却固化物を１５００℃以上に再加熱して気
化させるＳｉＯの精製工程からなることを要旨とするも
のであり、前記精製工程は複数回行うことが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者らは、ＳｉＯ2を原料と
し、ＳｉＯ2の還元により金属Ｓｉを製造する方法を前
提とした上で、高純度金属Ｓｉを製造する技術について
鋭意研究を重ねた。その結果、従来では副生成物と考え
られてきたＳｉＯガスを、中間生成物としてむしろ積極
的に生成し、ＳｉＯ含有ガスの冷却固化物を再加熱して
気化させることでＳｉＯの精製が可能であり、さらに精
製されたＳｉＯの固化物を還元することにより高純度金
属Ｓｉを製造することができることを見出し、本発明に
想到した。
し、ＳｉＯ2の還元により金属Ｓｉを製造する方法を前
提とした上で、高純度金属Ｓｉを製造する技術について
鋭意研究を重ねた。その結果、従来では副生成物と考え
られてきたＳｉＯガスを、中間生成物としてむしろ積極
的に生成し、ＳｉＯ含有ガスの冷却固化物を再加熱して
気化させることでＳｉＯの精製が可能であり、さらに精
製されたＳｉＯの固化物を還元することにより高純度金
属Ｓｉを製造することができることを見出し、本発明に
想到した。
【００１１】図１は、ＳｉＯ2を主体とする原料（純度
９９．８％）である珪石の加熱温度と、各成分に起因す
るガス発生量の関係を示すグラフである。１８００℃で
飽和するまでは、温度を高めるに従ってＳｉＯガスの発
生量は増大し、１５００℃以上（特に１６００℃以上）
になるとＳｉＯガスの発生量が多いことが分かる。また
Ｆｅ，Ａｌ，Ｃａ等の不純物元素に起因するガス量は、
１８００℃以上で急増している。従って、ＳｉＯガスを
多量に発生させ、尚かつ不純物元素の発生量を極力抑制
するという観点から、第１工程における加熱温度は、１
５００℃以上１８００℃以下に設定することが推奨され
る。即ち、１５００〜１８００℃（好ましくは１６００
〜１８００℃）の温度範囲では、ＳｉＯガスの発生量と
その他の不純物ガスの発生量の差が著しいことから、Ｓ
ｉＯガスを非常に高い精製効率で回収することができる
ものである。
９９．８％）である珪石の加熱温度と、各成分に起因す
るガス発生量の関係を示すグラフである。１８００℃で
飽和するまでは、温度を高めるに従ってＳｉＯガスの発
生量は増大し、１５００℃以上（特に１６００℃以上）
になるとＳｉＯガスの発生量が多いことが分かる。また
Ｆｅ，Ａｌ，Ｃａ等の不純物元素に起因するガス量は、
１８００℃以上で急増している。従って、ＳｉＯガスを
多量に発生させ、尚かつ不純物元素の発生量を極力抑制
するという観点から、第１工程における加熱温度は、１
５００℃以上１８００℃以下に設定することが推奨され
る。即ち、１５００〜１８００℃（好ましくは１６００
〜１８００℃）の温度範囲では、ＳｉＯガスの発生量と
その他の不純物ガスの発生量の差が著しいことから、Ｓ
ｉＯガスを非常に高い精製効率で回収することができる
ものである。
【００１２】次に、この第１工程で生成したＳｉＯ含有
ガスを急冷して固化させ、再加熱して気化させればＳｉ
Ｏを精製することが可能であり、この第２工程を複数回
繰り返すことにより、純度の一段と高いＳｉＯを得るこ
とが可能となる。従って、この高純度ＳｉＯを用いるこ
とにより高純度のシリコン系材料を得ることができる。
ガスを急冷して固化させ、再加熱して気化させればＳｉ
Ｏを精製することが可能であり、この第２工程を複数回
繰り返すことにより、純度の一段と高いＳｉＯを得るこ
とが可能となる。従って、この高純度ＳｉＯを用いるこ
とにより高純度のシリコン系材料を得ることができる。
【００１３】第３工程では、第２工程で精製されたＳｉ
Ｏの固化物を還元剤（Ｈ2ガスやＳｉＣ等）と共に加熱
することにより、ＳｉＯが還元されて金属Ｓｉが得られ
る。図２は、この第３工程の反応［ＳｉＯ(g) ＋Ｈ2(g)
→Ｓｉ(sl)＋Ｈ2Ｏ(g) ］における反応温度と自由エネ
ルギーの関係を示すグラフであり、熱力学的観点よりＳ
ｉＯからＳｉへの還元反応の起こりやすさが分かる。即
ち、第３工程における水素による還元反応は、８００℃
以下で進行するものである。反応効率の観点からは温度
は高い方が望ましく、６００℃以上が好ましい。水素ガ
スは、ＳｉＯ以外の物質を生成することがないので、還
元剤として最も好ましい。尚、還元剤としてＳｉＣを用
いる場合は、約１７００℃以上の高温で反応が進行す
る。
Ｏの固化物を還元剤（Ｈ2ガスやＳｉＣ等）と共に加熱
することにより、ＳｉＯが還元されて金属Ｓｉが得られ
る。図２は、この第３工程の反応［ＳｉＯ(g) ＋Ｈ2(g)
→Ｓｉ(sl)＋Ｈ2Ｏ(g) ］における反応温度と自由エネ
ルギーの関係を示すグラフであり、熱力学的観点よりＳ
ｉＯからＳｉへの還元反応の起こりやすさが分かる。即
ち、第３工程における水素による還元反応は、８００℃
以下で進行するものである。反応効率の観点からは温度
は高い方が望ましく、６００℃以上が好ましい。水素ガ
スは、ＳｉＯ以外の物質を生成することがないので、還
元剤として最も好ましい。尚、還元剤としてＳｉＣを用
いる場合は、約１７００℃以上の高温で反応が進行す
る。
【００１４】また原料中に含まれるＭｇ，Ａｌ，Ｂなど
の不純物元素は、第１工程の前にＳｉＯ2を主成分とす
る原料を１６００℃未満の温度で予備加熱することで除
去することも可能である。予備加熱温度を低めに設定す
ると、不純物元素を蒸発させるのに長時間を要し、一方
予備加熱温度を高めに設定すると、ＳｉＯガスが多量に
生成してＳｉ収率に悪影響を与えるので１０００〜１２
００℃に設定することが推奨される。
の不純物元素は、第１工程の前にＳｉＯ2を主成分とす
る原料を１６００℃未満の温度で予備加熱することで除
去することも可能である。予備加熱温度を低めに設定す
ると、不純物元素を蒸発させるのに長時間を要し、一方
予備加熱温度を高めに設定すると、ＳｉＯガスが多量に
生成してＳｉ収率に悪影響を与えるので１０００〜１２
００℃に設定することが推奨される。
【００１５】更に、前記第２工程に先立って、前記第１
工程で得られたＳｉＯ含有ガスを酸化させてＳｉＯ2と
し、前記第１工程を再度または複数回繰り返すことによ
ってＳｉＯ2を主成分とする原料の純度を高めることが
望ましい。
工程で得られたＳｉＯ含有ガスを酸化させてＳｉＯ2と
し、前記第１工程を再度または複数回繰り返すことによ
ってＳｉＯ2を主成分とする原料の純度を高めることが
望ましい。
【００１６】また、第１工程を行う反応槽の上部の温度
を下げることにより、不純物である金属元素（Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ等）の蒸気ガスは酸化物とすることができるの
で、反応槽上部に冷却可能な回収板を設けて、不純物を
除去してもよい。
を下げることにより、不純物である金属元素（Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ等）の蒸気ガスは酸化物とすることができるの
で、反応槽上部に冷却可能な回収板を設けて、不純物を
除去してもよい。
【００１７】尚、上述の本発明に係る水素還元反応は、
原料下部から還元ガスを吹く流動層式の装置を用いて行
えばよい。還元時の雰囲気は、発生したＳｉＯの回収率
を高くする上で真空雰囲気であることが望ましく、例え
ば１．３×１０-1〜１．３×１０-2Ｐａの真空度で還元
反応を行えば良い。
原料下部から還元ガスを吹く流動層式の装置を用いて行
えばよい。還元時の雰囲気は、発生したＳｉＯの回収率
を高くする上で真空雰囲気であることが望ましく、例え
ば１．３×１０-1〜１．３×１０-2Ｐａの真空度で還元
反応を行えば良い。
【００１８】更に、耐火物を全く用いずに原料酸化物と
還元剤のみを反応させる容器として、分割型水冷銅るつ
ぼを有する高周波加熱炉（コールドクルーシブル炉）を
用いることが推奨される。上記高周波加熱炉は、通常、
活性金属の溶解に使用されるものであり、誘導溶解であ
ることから溶解や加熱の対象は金属に限られている。し
かし、本発明者らが検討した結果、たとえ酸化物であっ
ても溶解状態または半溶融状態になると、高周波による
誘導加熱が可能となることが分かった。この溶融状態ま
たは半溶融状態までは、導体を炉の上部におき、その輻
射熱を利用すれば加熱することが可能である。従って、
半溶融状態までこの状態で加熱した後、発熱体を引き上
げ、高周波を印加することで、本発明方法の実施にあた
って反応容器として用いることができる。しかも、周波
数を数ＭＨｚに設定すれば、直接、ＳｉＯ2などを誘導
溶解することも可能である。
還元剤のみを反応させる容器として、分割型水冷銅るつ
ぼを有する高周波加熱炉（コールドクルーシブル炉）を
用いることが推奨される。上記高周波加熱炉は、通常、
活性金属の溶解に使用されるものであり、誘導溶解であ
ることから溶解や加熱の対象は金属に限られている。し
かし、本発明者らが検討した結果、たとえ酸化物であっ
ても溶解状態または半溶融状態になると、高周波による
誘導加熱が可能となることが分かった。この溶融状態ま
たは半溶融状態までは、導体を炉の上部におき、その輻
射熱を利用すれば加熱することが可能である。従って、
半溶融状態までこの状態で加熱した後、発熱体を引き上
げ、高周波を印加することで、本発明方法の実施にあた
って反応容器として用いることができる。しかも、周波
数を数ＭＨｚに設定すれば、直接、ＳｉＯ2などを誘導
溶解することも可能である。
【００１９】また、得られた金属Ｓｉを溶解して鋳塊に
するにあたっては、上記分割型水冷銅るつぼ（コールド
クルーシブル) を採用すれば、溶解材料自身によるスカ
ルの中で溶解することができ無汚染溶解が可能であり、
更に偏析などもなく均一な組織からなる鋳塊を得ること
が可能である。得られた鋳塊は通常の方法に従い、太陽
電池用の高純度Ｓｉ材料とすればよい。しかも上記加熱
炉では、チャンバー内にるつぼを設置しているため、再
酸化，気化，還元などのための雰囲気制御も容易であ
る。
するにあたっては、上記分割型水冷銅るつぼ（コールド
クルーシブル) を採用すれば、溶解材料自身によるスカ
ルの中で溶解することができ無汚染溶解が可能であり、
更に偏析などもなく均一な組織からなる鋳塊を得ること
が可能である。得られた鋳塊は通常の方法に従い、太陽
電池用の高純度Ｓｉ材料とすればよい。しかも上記加熱
炉では、チャンバー内にるつぼを設置しているため、再
酸化，気化，還元などのための雰囲気制御も容易であ
る。
【００２０】ＳｉＯ2を主成分とする原料としては、シ
リカ鉱石はもちろんのこと、石炭火力発電所から発生す
る石炭灰やガラスカレット等の廃棄物も原料とすること
が可能である。
リカ鉱石はもちろんのこと、石炭火力発電所から発生す
る石炭灰やガラスカレット等の廃棄物も原料とすること
が可能である。
【００２１】尚、以上では、ＳｉＯ2を主成分とする原
料から金属Ｓｉを製造する方法について説明したが、本
発明に係る方法は、金属Ｓｉ以外にもＶやＮｂ等の金属
の精製にも有効であり、例えばＶの場合には、Ｖ2Ｏ5を
主成分とする原料から金属Ｖを製造するにあたり、還元
剤を用い上記原料を加熱することによりＶＯガスを発生
させ、上記ＶＯガスを加熱してＶに還元すればよい。こ
の金属Ｖを製造する方法においても、ＶＯガスを発生さ
せる工程において発生したＶＯ含有ガスを冷却し固化し
て回収し、再度加熱してＶＯを精製する操作を繰り返す
ことで純度を高めることが可能である。またＮｂの場合
には、同様の方法で、Ｎｂ2Ｏ5を主成分とする原料から
ＮｂＯ含有ガスを発生させ、Ｎｂに還元すれば高純度の
金属Ｎｂを得ることができる。
料から金属Ｓｉを製造する方法について説明したが、本
発明に係る方法は、金属Ｓｉ以外にもＶやＮｂ等の金属
の精製にも有効であり、例えばＶの場合には、Ｖ2Ｏ5を
主成分とする原料から金属Ｖを製造するにあたり、還元
剤を用い上記原料を加熱することによりＶＯガスを発生
させ、上記ＶＯガスを加熱してＶに還元すればよい。こ
の金属Ｖを製造する方法においても、ＶＯガスを発生さ
せる工程において発生したＶＯ含有ガスを冷却し固化し
て回収し、再度加熱してＶＯを精製する操作を繰り返す
ことで純度を高めることが可能である。またＮｂの場合
には、同様の方法で、Ｎｂ2Ｏ5を主成分とする原料から
ＮｂＯ含有ガスを発生させ、Ｎｂに還元すれば高純度の
金属Ｎｂを得ることができる。
【００２２】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に基づいて設計変更すること
はいずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものであ
る。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に基づいて設計変更すること
はいずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものであ
る。
【００２３】
【実施例】実施例１ ＳｉＯ2からＳｉＯを還元生成する第１反応槽と、Ｓｉ
ＯからＳｉを還元生成する第２反応槽を並設し、第１反
応槽で生成するＳｉＯ含有ガスを第２反応槽に移送でき
る様に両反応槽を連通させた。両反応槽には、夫々φ１
６０黒鉛るつぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポン
プにより内部雰囲気を真空度：約１．３×１０-2Ｐａに
した。
ＯからＳｉを還元生成する第２反応槽を並設し、第１反
応槽で生成するＳｉＯ含有ガスを第２反応槽に移送でき
る様に両反応槽を連通させた。両反応槽には、夫々φ１
６０黒鉛るつぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポン
プにより内部雰囲気を真空度：約１．３×１０-2Ｐａに
した。
【００２４】まず第１反応槽にＳｉＯ2を主体とする原
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８５０℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯ含有ガスを生成した。第２
反応槽には、水素ガスを１０リットル／分の流量で供給
すると共に、内部温度を８００℃として、第１反応槽か
ら移送されてきたＳｉＯ含有ガスの還元を行い金属Ｓｉ
を得た。
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８５０℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯ含有ガスを生成した。第２
反応槽には、水素ガスを１０リットル／分の流量で供給
すると共に、内部温度を８００℃として、第１反応槽か
ら移送されてきたＳｉＯ含有ガスの還元を行い金属Ｓｉ
を得た。
【００２５】得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分
析装置により分析したところ、その純度は９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
析装置により分析したところ、その純度は９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
【００２６】次にＳｉＯ2を還元するにあたって、真空
中（１．３×１０-2Ｐａ以下）で一旦生成したＳｉＯ含
有ガスを急冷固化し、その後１５００℃で気化させ、再
度急冷固化させるＳｉＯの精製工程を３回行ったこと以
外は、上記の方法と同様にして、金属Ｓｉを得た。得ら
れた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析
したところ、その純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）で
あった。
中（１．３×１０-2Ｐａ以下）で一旦生成したＳｉＯ含
有ガスを急冷固化し、その後１５００℃で気化させ、再
度急冷固化させるＳｉＯの精製工程を３回行ったこと以
外は、上記の方法と同様にして、金属Ｓｉを得た。得ら
れた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析
したところ、その純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）で
あった。
【００２７】実施例２ ＳｉＯ2からＳｉＯを還元生成する第１反応槽と、Ｓｉ
Ｏを精製する第２反応槽を並設し、第１反応槽で生成す
るＳｉＯ含有ガスを第２反応槽に移送できる様に両反応
槽を連通させた。両反応槽には、夫々φ１６０黒鉛るつ
ぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポンプにより内部
雰囲気を真空度：約１．３×１０-2Ｐａにした。
Ｏを精製する第２反応槽を並設し、第１反応槽で生成す
るＳｉＯ含有ガスを第２反応槽に移送できる様に両反応
槽を連通させた。両反応槽には、夫々φ１６０黒鉛るつ
ぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポンプにより内部
雰囲気を真空度：約１．３×１０-2Ｐａにした。
【００２８】まず第１反応槽にＳｉＯ2を主体とする原
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８５０℃で１２０分
間の還元反応を行い、第１反応槽でＳｉＯ含有ガスを生
成し、不活性ガスをキャリアにして第２反応槽に移送し
た。尚、生成したＳｉＯ含有ガスは、移送中にガスによ
り冷却して固化物とした。第２反応槽としては、コール
ドクルーシブル炉を使用し、移送されてきたＳｉＯ固化
物の再加熱を行い高純度ＳｉＯ（純度：９９．９９８
％）を得た。
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８５０℃で１２０分
間の還元反応を行い、第１反応槽でＳｉＯ含有ガスを生
成し、不活性ガスをキャリアにして第２反応槽に移送し
た。尚、生成したＳｉＯ含有ガスは、移送中にガスによ
り冷却して固化物とした。第２反応槽としては、コール
ドクルーシブル炉を使用し、移送されてきたＳｉＯ固化
物の再加熱を行い高純度ＳｉＯ（純度：９９．９９８
％）を得た。
【００２９】得られたＳｉＯを酸化して、ＳｉＯ2を製
造した。さらにＳｉＯを炭素と混合し、窒素雰囲気で加
熱しＳｉ3Ｎ4を製造した。
造した。さらにＳｉＯを炭素と混合し、窒素雰囲気で加
熱しＳｉ3Ｎ4を製造した。
【００３０】次にＳｉＯ含有ガスを急冷固化し、その後
１５００℃で気化させ、再度急冷固化させるＳｉＯの精
製工程を第２反応槽を用いて３回行ったこと以外は、上
記の方法と同様にして、ＳｉＯを得た。得られたＳｉＯ
の純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析したところ、
その純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）であった。
１５００℃で気化させ、再度急冷固化させるＳｉＯの精
製工程を第２反応槽を用いて３回行ったこと以外は、上
記の方法と同様にして、ＳｉＯを得た。得られたＳｉＯ
の純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析したところ、
その純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）であった。
【００３１】得られたＳｉＯを７５０℃で、水素還元し
太陽電池グレードの金属Ｓｉを製造した。
太陽電池グレードの金属Ｓｉを製造した。
【００３２】実施例３ ＳｉＯ2を主体とする原料として、石炭灰（ＳｉＯ2：６
０％，Ａｌ2Ｏ3：２０％，Ｃ：１０％，他の酸化物：１
０％）を用いて、実施例２と同様の操作を実施した。
０％，Ａｌ2Ｏ3：２０％，Ｃ：１０％，他の酸化物：１
０％）を用いて、実施例２と同様の操作を実施した。
【００３３】第２反応槽に移送されるＳｉＯを採取し
て、精製工程前のＳｉＯを分析したところ、不純物とし
てＡｌを１．１％含有していたが、精製後のＳｉＯを分
析すると、Ａｌは０．１％であり、精製効果が確認でき
た。
て、精製工程前のＳｉＯを分析したところ、不純物とし
てＡｌを１．１％含有していたが、精製後のＳｉＯを分
析すると、Ａｌは０．１％であり、精製効果が確認でき
た。
【００３４】次に精製工程をさらに４回（合計５回）繰
り返したところ、純度６ＮのＳｉＯを得ることができ
た。
り返したところ、純度６ＮのＳｉＯを得ることができ
た。
【００３５】得られた高純度ＳｉＯを炭化することによ
り、高純度ＳｉＣを得ることができた。
り、高純度ＳｉＣを得ることができた。
【００３６】実施例４ 前記第１反応槽にＶ2Ｏ5を主体とする原料( 純度９９％
以上) と、上記原料に対して１４重量％のＣ粉末を投入
したことと、真空中（１．３×１０-2Ｐａ以下）で一旦
生成したＶＯ含有ガスを急冷固化し、その後１６００℃
で気化させ、再度急冷固化させる工程を３回行ったこと
以外は、実施例１の方法と同様にして、金属Ｖを得た。
以上) と、上記原料に対して１４重量％のＣ粉末を投入
したことと、真空中（１．３×１０-2Ｐａ以下）で一旦
生成したＶＯ含有ガスを急冷固化し、その後１６００℃
で気化させ、再度急冷固化させる工程を３回行ったこと
以外は、実施例１の方法と同様にして、金属Ｖを得た。
【００３７】得られた金属Ｖの純度を、ＩＣＰ発光分析
装置により分析したところ、その純度は、９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
装置により分析したところ、その純度は、９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
【００３８】実施例５ 前記第１反応槽にＮｂ2Ｏ5を主体とする原料( 純度９９
％以上) と、上記原料に対して１５重量％のＣ粉末を投
入したことと、真空中（１．３×１０-2Ｐａ以下）で一
旦生成したＮｂＯ含有ガスを急冷固化し、その後１６０
０℃で気化させ、再度急冷固化させる工程を３回行った
こと以外は、実施例１の方法と同様にして、金属Ｖを得
た。
％以上) と、上記原料に対して１５重量％のＣ粉末を投
入したことと、真空中（１．３×１０-2Ｐａ以下）で一
旦生成したＮｂＯ含有ガスを急冷固化し、その後１６０
０℃で気化させ、再度急冷固化させる工程を３回行った
こと以外は、実施例１の方法と同様にして、金属Ｖを得
た。
【００３９】得られた金属Ｎｂの純度を、ＩＣＰ発光分
析装置により分析したところ、その純度は、９９．９９
９％（５Ｎ）であった。
析装置により分析したところ、その純度は、９９．９９
９％（５Ｎ）であった。
【００４０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓｉ等の高純度原料を用いな
くとも、９９．５％以上の高純度金属Ｓｉが製造できる
こととなり、特に太陽電池用Ｓｉとして好適な５Ｎ以上
の高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯを製造することので
きる方法が提供可能となった。
で、半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓｉ等の高純度原料を用いな
くとも、９９．５％以上の高純度金属Ｓｉが製造できる
こととなり、特に太陽電池用Ｓｉとして好適な５Ｎ以上
の高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯを製造することので
きる方法が提供可能となった。
【図１】ＳｉＯ2を主体とする原料の加熱温度と、ガス
発生量の関係を示すグラフである。
発生量の関係を示すグラフである。
【図２】第３工程におけるＳｉＯの還元反応の反応温度
と自由エネルギーの関係を示すグラフである。
と自由エネルギーの関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 浩一 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 草道 龍彦 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G072 AA01 AA24 BB05 GG01 GG03 HH13 HH14 HH33 HH36 JJ01 JJ02 LL01 MM01 MM03 MM08 RR04 RR11 TT19 UU01 UU02
Claims (4)
- 【請求項１】 ＳｉＯ2を主成分とする原料から金属Ｓ
ｉを製造する方法であって、 炭素系物質を還元剤として用い上記原料を１５００℃以
上に加熱することによりＳｉＯ含有ガスを発生させる工
程と、 前記ＳｉＯ含有ガスの冷却固化物を再加熱して気化させ
るＳｉＯの精製工程と、 上記精製されたＳｉＯの固化物を、還元剤を用いてＳｉ
に還元する工程とを含むことを特徴とする高純度金属Ｓ
ｉの製造方法。 - 【請求項２】 還元剤として水素ガス及び／又は炭化珪
素を用いることによりＳｉＯ含有ガスをＳｉに還元する
請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 ＳｉＯ2を主成分とする原料からＳｉＯ
を製造する方法であって、 炭素系物質を還元剤として用い上記原料を１５００℃以
上に加熱することによりＳｉＯ含有ガスを発生させる工
程と、 上記ＳｉＯ含有ガスの冷却固化物を１５００℃以上に再
加熱して気化させるＳｉＯの精製工程からなることを特
徴とする高純度ＳｉＯの製造方法。 - 【請求項４】 前記精製工程を複数回行う請求項３に記
載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11288519A JP2001039708A (ja) | 1999-05-21 | 1999-10-08 | 高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14118999 | 1999-05-21 | ||
| JP11-141189 | 1999-05-21 | ||
| JP11288519A JP2001039708A (ja) | 1999-05-21 | 1999-10-08 | 高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001039708A true JP2001039708A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=26473476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11288519A Withdrawn JP2001039708A (ja) | 1999-05-21 | 1999-10-08 | 高純度金属Ｓｉ及び高純度ＳｉＯの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001039708A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005298273A (ja) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Nippon Steel Corp | 高純度ＳｉＯ固体の製造方法及び製造装置 |
| JP2011524849A (ja) * | 2008-06-16 | 2011-09-08 | カリソーラー インコーポレイテッド | 太陽電池製造用のゲルマニウム濃縮シリコン材料 |
| WO2011111767A1 (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | 三菱化学株式会社 | シリコンの回収方法およびシリコンの製造方法 |
| CN102211771A (zh) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 富田孝司 | 硅和碳化硅的制造方法以及制造装置 |
| CN102476800A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 比亚迪股份有限公司 | 一种工业硅的冶炼方法 |
| US20130189177A1 (en) * | 2010-08-19 | 2013-07-25 | Bridgestone Corporation | Method for producing silicon fine particles |
| JP2021526124A (ja) * | 2019-04-29 | 2021-09-30 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | テトラアルコキシシランの連続製造方法 |
| CN115385338A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-25 | 亚洲硅业(青海)股份有限公司 | 一种硅材料的制备方法及装置 |
-
1999
- 1999-10-08 JP JP11288519A patent/JP2001039708A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005298273A (ja) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Nippon Steel Corp | 高純度ＳｉＯ固体の製造方法及び製造装置 |
| JP2011524849A (ja) * | 2008-06-16 | 2011-09-08 | カリソーラー インコーポレイテッド | 太陽電池製造用のゲルマニウム濃縮シリコン材料 |
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| CN102476800A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 比亚迪股份有限公司 | 一种工业硅的冶炼方法 |
| JP2021526124A (ja) * | 2019-04-29 | 2021-09-30 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | テトラアルコキシシランの連続製造方法 |
| JP7052069B2 (ja) | 2019-04-29 | 2022-04-11 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | テトラアルコキシシランの連続製造方法 |
| CN115385338A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-25 | 亚洲硅业(青海)股份有限公司 | 一种硅材料的制备方法及装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070109 |