JP2007332001A

JP2007332001A - 廃スラッジからのシリコンの製造方法

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Publication number: JP2007332001A
Application number: JP2006167967A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yamada; 賀寿也山田; Toshio Ishida; 敏夫石田; Takashi Fukuda; 孝福田
Original assignee: FUKUDA HIROSHI SHOTEN KK; Kimura Chemical Plants Co Ltd
Current assignee: FUKUDA HIROSHI SHOTEN KK; Kimura Chemical Plants Co Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP5001589B2

Abstract

【課題】例えば、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、シリコン粒子と砥粒や有機物質などの不純物を含む廃スラッジなどから高純度のシリコンを確実にしかも効率よく製造することが可能な、シリコンの製造方法を提供する。
【解決手段】(ａ)廃スラッジから磁力により磁性体を分離し、(ｂ)磁性体を分離した廃スラッジを遠心分離して、シリコン粒子が分散したシリコン分散液と、沈降物質を含む沈降層とに分離し、(ｃ)シリコン分散液に酸を添加して、シリコン分散液に含まれる金属不純物を溶解させ、(ｄ)金属不純物を溶解させたシリコン分散液からシリコン粒子を分離し、(ｅ)分離したシリコン粒子を洗浄して、シリコン粒子に付着した酸を含む付着液を除去し、(ｆ)洗浄したシリコン粒子を熱処理して有機物質を除去し、(ｇ)熱処理されたシリコン粒子を加熱溶融させ、(ｈ)得られるシリコンインゴットを一方向凝固処理して高純度のシリコンを得る。
【選択図】図１

Description

本願発明は、シリコンの製造方法に関し、詳しくは、例えば、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、シリコン粒子と砥粒などの不純物を含む廃スラッジなどから高純度のシリコンを製造する方法に関する。

シリコン単結晶やシリコン多結晶のインゴットからＩＣ用ウエーハ、太陽電池用ウエーハなどを得る方法の一つに、ワイヤソーと呼ばれる装置を用い、ローラの回転によりワイヤを高速走行させながらシリコンインゴットをワイヤに押し付け、砥粒を含むスラリをシリコンインゴットとワイヤとの接触部に供給して、シリコン結晶をスライスする方法がある。

この方法において、上述の砥粒を含むスラリは循環して用いられる。しかしながら、スラリを繰り返して使用すると、シリコンの切り粉、破砕砥粒、ワイヤの磨耗片である金属粉などが蓄積して、切削速度やスライス精度が低下するなどの切削性能の劣化が生じる。そのため、適宜スラリの一部を新しいスラリと置換して、スラリ中の切り粉、破砕砥粒、ワイヤの磨耗片である金属粉などの固形分濃度を所定の範囲に保つことにより、切削性能を維持するようにしている。

ところで、上述のようなシリコンインゴットのスライス工程でワイヤソーから排出される廃スラリは、有効資源であるシリコン粒子（切り粉）を含有しているにもかかわらず、その大部分は廃棄されているのが実情である。

これに対し、上述のようなシリコン粒子を含む廃スラリ（廃スラッジ）からシリコンを回収する方法として、シリコンの単結晶または多結晶を切断または研磨する処理にて排出される廃スラリを固液分離し、固形分を有機溶剤により洗浄して、固形分に含まれる分散剤を除去した後、固形分から酸化シリコンおよび砥粒を除去して、シリコンを主成分とする粉体を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、特許文献１には、固形分から酸化シリコンおよび砥粒を除去して、シリコンを主成分とする粉体を得る方法として、気流分級装置を用い、固形分（粉体）を気流中に投入して分離する方法が開示されている。

しかしながら、上記特許文献１の方法の場合、固形分を有機溶剤により洗浄しても、固形分に含まれる分散剤などの不純物を十分に除去することは困難で、固形分中に残留して、回収されるシリコンの純度向上の妨げになるという問題点がある。

また、特許文献１の方法の場合、固形分から酸化シリコンおよび砥粒を除去して、シリコンを主成分とする粉体を得る方法として、固形分（粉体）を気流中に投入して分離する方法を用いているが、この方法の場合、酸化シリコンおよび砥粒を必ずしも十分に除去することができず、この方法により得られるシリコンを用いた場合、太陽電池に用いるのに適した高純度のシリコンを得ることが困難であるという問題点がある。
特開２００１−２７８６１２号公報

本願発明は、上記課題を解決するものであり、例えば、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、シリコン粒子と砥粒などの不純物を含む廃スラッジなどから高純度のシリコンを確実にしかも効率よく製造することが可能な、シリコンの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明（請求項１）の、廃スラッジからのシリコンの製造方法は、
シリコン粒子と、シリコン粒子以外の粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物とを含有する廃スラッジから高純度のシリコンを製造する方法であって、
(ａ)廃スラッジから磁力により磁性体を分離する第１の磁性体分離工程と、
(ｂ)前記第１の磁性体分離工程で磁性体を分離した廃スラッジを遠心分離することにより、シリコン粒子が分散したシリコン分散液と、沈降物質を含む沈降層とに分離する第１の遠心分離工程と、
(ｃ)前記第１の遠心分離工程で分離したシリコン分散液に酸を添加して、シリコン分散液に含まれる金属不純物を溶解させる金属不純物溶解工程と、
(ｄ)前記金属不純物溶解工程で金属不純物を溶解させたシリコン分散液からシリコン粒子を分離するシリコン粒子分離工程と、
(ｅ)前記シリコン粒子分離工程で分離したシリコン粒子を洗浄して、シリコン粒子に付着した酸を含む付着液を除去する洗浄工程と、
(ｆ)前記洗浄工程で洗浄したシリコン粒子を熱処理して、シリコン粒子に含まれる有機物質を除去する熱処理工程と、
(ｇ)前記熱処理工程で熱処理された前記シリコン粒子を加熱溶融させる加熱溶融工程と、
(ｈ)前記加熱溶融工程で溶融させたシリコンを凝固させることにより得られるシリコンインゴットを一方向凝固処理して、高純度のシリコンを得る一方向凝固精製工程と
を具備することを特徴としている。

また、請求項２の廃スラッジからのシリコンの製造方法は、請求項１の発明の構成において、
(ｉ)直前の遠心分離工程で分離した前記シリコン分散液から、磁力により、磁性体を分離する第２の磁性体分離工程と、
(ｊ)前記(ｉ)の第２の磁性体分離工程を実施した後、シリコン分散液を遠心分離し、固形不純物を沈降層として分離する第２の遠心分離工程と
を１つのサイクルとする精製サイクルを、前記(ｂ)の第１の遠心分離工程の後に、１度以上行うことを特徴としている。

また、請求項３の廃スラッジからのシリコンの製造方法は、請求項１または２の発明の構成において、前記精製サイクルを、磁性体による磁気反応がなくなるまで行った後、前記(ｃ)の金属不純物溶解工程に移行し、その後、前記(ｄ)〜(ｈ)の工程を実施することを特徴としている。

また、請求項４の廃スラッジからのシリコンの製造方法は、請求項１〜３のいずれかの発明の構成において、
前記(ｅ)の洗浄工程におけるシリコン粒子の洗浄が、水を用いて行われるとともに、
前記(ｅ)の洗浄工程と、前記(ｆ)の熱処理工程の間に、シリコン粒子を乾燥させて水分を除去する乾燥工程が設けられていること
を特徴としている。

また、請求項５の廃スラッジからのシリコンの製造方法は、請求項１〜４のいずれかの発明の構成において、前記(ｆ)の熱処理工程を、４５０〜６００℃で行うことを特徴としている。

また、請求項６の前記廃スラッジからのシリコンの製造方法は、請求項１〜５のいずれかの発明の構成において、前記廃スラッジが、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、切削加工廃スラッジであることを特徴としている。

また、請求項７の廃スラッジからのシリコンの製造方法は、請求項１〜６のいずれかの発明の構成において、太陽電池用の高純度のシリコンを得るために用いられるものであることを特徴としている。

本願発明（請求項１）の、廃スラッジからのシリコンの製造方法は、シリコン粒子と、シリコン粒子以外の粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物とを含有する廃スラッジから高純度のシリコンを製造するにあたって、(ａ)廃スラッジから磁力により磁性体を分離する第１の磁性体分離工程と、(ｂ)前記第１の磁性体分離工程で磁性体を分離した廃スラッジを遠心分離することにより、シリコン粒子が分散したシリコン分散液と、沈降物質を含む沈降層とに分離する第１の遠心分離工程と、(ｃ)前記第１の遠心分離工程で分離した前記シリコン分散液に酸を添加して、シリコン分散液に含まれる金属不純物を溶解させる金属不純物溶解工程と、(ｄ)前記金属不純物溶解工程で金属不純物を溶解させたシリコン分散液からシリコン粒子を分離するシリコン粒子分離工程と、(ｅ)前記シリコン粒子分離工程で分離したシリコン粒子を洗浄して、シリコン粒子に付着した酸を含む付着液を除去する洗浄工程と、(ｆ)前記洗浄工程で洗浄したシリコン粒子を熱処理して、シリコン粒子に含まれる有機物質を除去する熱処理工程と、(ｇ)前記熱処理工程で熱処理されたシリコン粒子を加熱溶融させる加熱溶融工程と、(ｈ)加熱溶融工程で溶融させたシリコンを凝固させることにより得られるシリコンインゴットを一方向凝固処理して、高純度のシリコンを得る一方向凝固精製工程とを備えているので、砥粒などの粉末状無機物質、有機系の不純物、金属不純物などを確実に分離して、シリコン粒子と、シリコン粒子以外の粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物を含む廃スラッジから高純度のシリコンを効率よく製造することが可能になる。

なお、本願発明において原料として使用される廃スラッジとしては、ワイヤソーと呼ばれる装置を用いてシリコンインゴットをスライスする際に発生する、シリコン粒子と砥粒を含む廃スラッジが代表的な例として挙げられるが、これに限られるものではなく、その他の方法でシリコンインゴットを切削加工する際に発生する廃スラッジや、さらにその他の、シリコン粒子と、シリコン粒子以外の粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物とを含有する種々の廃スラッジを原料として用いることが可能である。

本願発明において、粉末状無機物質としては、例えば、砥粒として用いられる炭化ケイ素（ＳｉＣ）など挙げられる。ただし、他の材料からなる砥粒が含まれていてもよい。

また、磁性体不純物としては、ワイヤソーを構成するワイヤの磨耗などにより発生する鉄粉やその酸化物などが例示される。

また、有機系不純物としては、砥粒を分散させるために用いられる分散媒、切削工程で用いられるクーラントなどに由来する有機物質などが例示される。

また、上記(ｇ)のシリコン粒子を加熱溶融させる加熱溶融工程においては、通常、公知の誘導加熱による方法によりシリコン粒子の加熱溶融を効率よく行うことができる。
また、上記(ｈ)の、一方向凝固処理して高純度のシリコンを得る一方向凝固精製工程は、公知の方法を適用して、実施することが可能であり、その具体的な方法や条件に特別の制約はない。

また、上記(ｃ)の金属不純物溶解工程で用いることが可能な酸としては、塩酸、硫酸、硝酸などが例示される。通常は、塩酸を用いることが望ましいが、本願発明において酸の種類に特別の制約はなく、上述のような種々の酸を用いることが可能である。

また、第１の遠心分離工程で用いられる遠心分離手段としては、例えば、被処理液を入れた分級ロータを高速回転させて所定の径以上の粗粒のみを選択的に沈降させて分離する湿式遠心分級機が好適な遠心分離手段として例示される。

なお、廃スラッジ中のシリコン粒子はコロイド状になっているため、例えば上述のような遠心分級機を用いて、遠心分離処理を行った場合にほとんど沈降せず、砥粒などの粉末状固形物と効率よく分級することができる。

一方、本願発明においては、第１の遠心分離工程で分離したシリコン分散液に酸を添加して、シリコン分散液に含まれる金属不純物を溶解させる金属不純物溶解工程を備えており、この金属不純物溶解工程で酸を添加することにより、上述のコロイド状態が破壊されるため、上記(ｄ)のシリコン粒子分離工程では、例えば、上記(ｂ)の第１の遠心分離工程で用いた湿式遠心分級機と同様の遠心分級機を用いることにより、効率よくシリコン粒子を分離することができる。

また、請求項２の廃スラッジからのシリコンの製造方法のように、請求項１の発明の構成において、(ｉ)の第２の磁性体分離工程と、(ｊ)の第２の遠心分離工程とを１つのサイクルとする精製サイクルを、前記(ｂ)の第１の遠心分離工程の後に、１度以上行うようにした場合、不純物である磁性体と、固形不純物を効率よく除去して、廃スラッジから高純度のシリコンを製造することが可能になる。

また、請求項３の廃スラッジからのシリコンの製造方法のように、請求項１または２の発明の構成において、精製サイクルを、磁性体による磁気反応がなくなるまで行った後、前記(ｃ)の金属不純物溶解工程に移行し、その後、前記(ｄ)〜(ｈ)の工程を実施することにより、磁性体を確実に除去することが可能になり、より確実に高純度のシリコンを製造することが可能になる。

また、請求項４の廃スラッジからのシリコンの製造方法のように、請求項１〜３のいずれかの発明の構成において、前記(ｅ)の洗浄工程におけるシリコン粒子の洗浄を、水を用いて行うとともに、前記(ｅ)の洗浄工程と、前記(ｆ)の熱処理工程の間に、シリコン粒子を乾燥させて水分を除去する乾燥工程を設けることにより、乾燥工程を設けない場合に比べて、シリコン粒子が水と接触することにより酸化ケイ素が生成することを抑制して、シリコンの回収率を向上させることが可能になる。

また、請求項５の廃スラッジからのシリコンの製造方法のように、請求項１〜４のいずれかの発明の構成において、前記(ｆ)の熱処理工程を、４５０〜６００℃で行うことにより、砥粒を分散させるために用いられる分散媒や、切削工程で用いられるクーラントなどに由来する有機物質などの種々の有機物質を効率よく、蒸発、分解、燃焼させて、除去することが可能になり、その後の(ｇ)の加熱溶融工程において、シリコン粒子の加熱溶融、精製を効率よく行うことができる。

また、請求項６の廃スラッジからのシリコンの製造方法のように、請求項１〜５のいずれかの発明の構成において、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、切削加工廃スラッジを用いることにより、効率よく高純度のシリコンを製造することができる。すなわち、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、切削加工廃スラッジは大量に発生するので、これを原料とすることにより、安定した条件で、効率よく高純度のシリコンを製造することが可能になる。

また、本願発明の廃スラッジからのシリコンの製造方法によれば、９９．９９重量％を超える、高純度のシリコンを得ることが可能になる。したがって、本願発明は、シリコン粒子、砥粒などの粉末状無機物質、磁性体不純物、有機系不純物などを含有する廃スラッジから、太陽電池用の高純度のシリコンを得る方法として、極めて有効に利用することができる。
また、本願発明は、半導体向け封止剤用のシリコンを得る方法としても利用することができる。
さらに、本願発明は上記の用途に向けられるシリコンに限らず、その他の用途に向けられるシリコンの製造方法としても利用することが可能である。

以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

この実施例１では、シリコンインゴットをワイヤソーによりスライスする際に生じる廃スラッジからシリコンを製造する方法を例にとって説明する。

なお、廃スラッジは、切り粉であるシリコン粒子、砥粒であるＳｉＣなどの粉末状無機物質、砥粒を分散させる有機系の分散媒、研削用クーラントなどに由来する有機系不純物、ワイヤーの磨耗粉などに由来する磁性体不純物、シリコン粒子が水分と反応して生じるシリカコロイドなどを含有するものである。

なお、廃スラッジは、２５〜４５重量％の固形分に対して分散媒が５０〜６５重量％程度含まれており、この固形分中における主な物質の組成は概略以下の通りである。
(ａ)シリコン粒子および酸化シリコン（ＳｉＯ₂）：４０〜６０重量％、
(ｂ)砥粒（炭化ケイ素）：４０〜６０重量％、
(ｃ)金属粉：３〜６重量％

なお、シリコン粒子に含まれるＳｉＯ₂はシリコン粒子の表面を覆っている物質であり、これはシリコンが切削処理時、高温にさらされたり、水分と接触したりして生じるものである。また金属粉は、例えばワイヤの磨耗により発生する物質であり、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが含まれる場合がある。

上述のような廃スラッジを用いてシリコンを製造する方法について、図１を参照しつつ、以下に説明する。
なお、図１は、本願発明の一実施例にかかる、廃スラッジからのシリコンの製造方法の手順を示すフローチャートである。

(１)まず、廃スラッジから磁力により、磁性体を分離する第１の磁性体分離工程を実施する（第１の磁性体分離工程）（図１のステップ１）。
この工程でワイヤの磨耗片である金属粉（鉄粉）や、その酸化物である酸化鉄などの磁性体の主要部が分離される。
なお、この第１の磁性体分離工程は、磁石を廃スラッジと接触させることにより実施されるが、その具体的な方法に特別の制約はない。

(２)それから、上記(１)の第１の磁性体分離工程で磁性体を分離した廃スラッジを遠心分離することにより、シリコン粒子が分散したシリコン分散液と、砥粒であるＳｉＣを主成分とする沈降層とに分離する（第１の遠心分離工程）（図１のステップ２）。
なお、この第１の遠心分離工程においては、遠心分級機を用いて、シリコン粒子が分散したシリコン分散液と、ＳｉＣを主成分とする沈降層とに分離する。
なお、このとき、分離されるシリコン分散液と沈降層の体積比は約８：１程度になる。
この工程で分離される沈降層は、上記(１)の第１の磁性体分離工程で分離されなかった非磁性体固形物、すなわち、砥粒であるＳｉＣ粉や、非磁性体である固形物などから形成され、また、分離されるシリコン分散液中には、通常、廃スラッジ中のシリコン粒子のほぼ８０重量％以上が含まれる。

(３)次に、第１の遠心分離工程で分離したシリコン分散液から、磁力により、磁性体を分離する（第２の磁性体分離工程）（図１のステップ３）。
この工程では、上記(１)の第１の磁性体分離工程で分離されず、かつ、上記(２)の第１の遠心分離工程で、沈降層側に移行しなかった磁性体の分離を行う。磁性体は最終的に製造されるシリコンの不純物となるのでこの段階で可能な限り除去しておくことが望ましい。

(４)それから、上記(３)の第２の磁性体分離工程でさらに磁性体を分離したシリコン分散液を、上記(２)の第１の遠心分離工程で用いた遠心分級機と同種の遠心分級機を用いて遠心分離し、シリコン分散液に残留する固形不純物を沈降層として分離する（第２の遠心分離工程）（図１のステップ４）。
そして、上記(３)および、それに続く上記(４)の工程を１つの精製サイクルとして、この精製サイクルを磁性体による磁気反応がなくなるまで行う。

(５)それから、磁気反応がなくなるまで、上記精製サイクルを繰り返して、磁性体および固形不純物を十分に分離したシリコン分散液に塩酸を添加して、シリコン分散液に含まれる金属不純物を溶解させる（金属不純物溶解工程）（図１のステップ５）。
この金属不純物溶解工程においては、シリコン分散液に含まれる非磁性体金属が酸に溶解して液相に移行する。
なお、この金属不純物溶解工程においては、シリコン分散液の固形分濃度が約８重量％の状態で、濃度：３５重量％の塩酸水溶液を、シリコン分散液１ｋｇに対して、約１５ｇ添加して、撹拌することにより金属不純物を溶解させた。

(６)次に、上記(５)の金属不純物溶解工程で金属不純物を溶解させたシリコン分散液からシリコン粒子を分離する（シリコン粒子分離工程）（図１のステップ６）。
なお、上記(５)の金属不純物溶解工程でシリコン分散液に酸を添加することにより、コロイド状態が破壊されるため、上記(２)の第１の遠心分離工程で用いた湿式遠心分級機と同様の遠心分級機などを用いることにより、効率よくシリコン粒子を分離することができる。

(７)その後、シリコン粒子分離工程で分離したシリコン粒子を十分に洗浄して、シリコン粒子に付着した塩酸を含む付着液を除去する（洗浄工程）（図１のステップ７）。
なお、この洗浄工程におけるシリコン粒子の洗浄は、水を用いて行う。ただし、水を用いて洗浄を行うと、シリコン粒子の一部が水と反応してシリコンの水和物や酸化物（ＳｉＯ₂）などが生成し、シリコンの回収率が低下するため、可能な範囲で、水との接触を少なくすることが望ましい。

(８)それから、上記(７)の洗浄工程で洗浄したシリコン粒子を、１１０〜１５０℃で乾燥させて水分を除去する（乾燥工程）（図１のステップ８）。
なお、乾燥はできるだけ速やかに行い、シリコンが水との接触により、シリコン水和物や酸化物などが生成することを抑制することが望ましい。

(９)次に、上記(８)の乾燥工程で乾燥させたシリコン粒子を６００℃で熱処理して、シリコン粒子に含まれる有機物質を除去する（熱処理工程）（図１のステップ９）。
なお、上記(８)の乾燥工程で乾燥させた状態のシリコン粒子は、通常、砥粒を分散させるために用いられる分散媒や、切削工程で用いられるクーラントなどに由来する有機物質などの種々の有機物質を含有しているが、この熱処理工程に供することにより、効率よく、有機物質を、蒸発、分解、燃焼させて、除去することができる。

(10)それから、上記(９)の熱処理工程で熱処理され、有機物質が除去されたシリコン粒子を誘導加熱などの方法で加熱溶融させる（加熱溶融工程）（図１のステップ１０）。

(11)さらに、上記(10)の加熱溶融工程で溶融させたシリコンを凝固させることにより得られるシリコンインゴットを一方向凝固処理して、高純度のシリコンを得る（一方向凝固精製工程）（図１のステップ１１）。
これにより、高純度のシリコン結晶が得られる。

なお、上記実施例の方法で製造されたシリコンの純度を測定した結果、シリコン純度が９９．９９重量％以上で、太陽電池用の原料として利用できるものであることが確認された。
また、この実施例の方法によれば、廃スラッジ中のシリコン粒子１００ｇから、約７０〜８０ｇの高純度シリコンを得ることができた。

なお、この実施例では、上記(３)の第２の磁性体分離工程および、それに続く上記(４)のシリコン分散液に残留する固形不純物を沈降層として分離する第２の遠心分離工程からなる「精製サイクル」を実施するようにしているが、第１の磁性体分離工程および第１の遠心分離工程で、十分に磁性体およびＳｉＣなどの固形不純物を分離することができる場合には、精製サイクルの実施を省略することが可能である。

また、本願発明は、上述のようなシリコンインゴットをワイヤソーによりスライスする際に生じる廃スラッジに限らず、シリコン粒子と、粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物とを含有する廃スラッジを原料として、シリコンを製造する場合に広く適用することが可能である。

本願発明は、さらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、廃スラッジの種類、第１および第２の磁性体分離工程を実施するための、磁石と廃スラッジとを接触させるための方法などを含む具体的な方法、第１および第２の遠心分離工程で用いられる遠心分離手段の具体的な構成、金属不純物溶解工程で用いられる酸の種類や酸による金属不純物の溶解条件、シリコン粒子分離工程で用いられる分離手段の種類や構成、シリコン粒子分離工程で分離したシリコン粒子の洗浄方法や、その条件、乾燥工程における乾燥手段の構成や乾燥条件、シリコン粒子を熱処理してシリコン粒子に含まれる有機物質を除去する際の熱処理条件、シリコン粒子を加熱溶融させる際に用いられる設備や操作条件、一方向凝固精製における一方向凝固処理の条件などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることができる。

上述のように、本願発明によれば、シリコン粒子と、粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物とを含有する廃スラッジ、典型的には、シリコンインゴットをワイヤソーによりスライスする際に生じる廃スラッジから、高純度のシリコンを効率よく製造することが可能になる。
したがって、本願発明は、シリコンを含む廃スラッジから太陽電池用の原料となる高純度のシリコンを製造する場合などに広く適用することができる。

本願発明の一実施例にかかる、廃スラッジからのシリコンの製造方法の手順を示すフローチャートである。

Claims

シリコン粒子と、シリコン粒子以外の粉末状無機物質と、磁性体不純物と、有機系不純物とを含有する廃スラッジから高純度のシリコンを製造する方法であって、
(ａ)廃スラッジから磁力により磁性体を分離する第１の磁性体分離工程と、
(ｂ)前記第１の磁性体分離工程で磁性体を分離した廃スラッジを遠心分離することにより、シリコン粒子が分散したシリコン分散液と、沈降物質を含む沈降層とに分離する第１の遠心分離工程と、
(ｃ)前記第１の遠心分離工程で分離したシリコン分散液に酸を添加して、シリコン分散液に含まれる金属不純物を溶解させる金属不純物溶解工程と、
(ｄ)前記金属不純物溶解工程で金属不純物を溶解させたシリコン分散液からシリコン粒子を分離するシリコン粒子分離工程と、
(ｅ)前記シリコン粒子分離工程で分離したシリコン粒子を洗浄して、シリコン粒子に付着した酸を含む付着液を除去する洗浄工程と、
(ｆ)前記洗浄工程で洗浄したシリコン粒子を熱処理して、シリコン粒子に含まれる有機物質を除去する熱処理工程と、
(ｇ)前記熱処理工程で熱処理された前記シリコン粒子を加熱溶融させる加熱溶融工程と、
(ｈ)前記加熱溶融工程で溶融させたシリコンを凝固させることにより得られるシリコンインゴットを一方向凝固処理して、高純度のシリコンを得る一方向凝固精製工程と
を具備することを特徴とする、廃スラッジからのシリコンの製造方法。
(ｉ)直前の遠心分離工程で分離した前記シリコン分散液から、磁力により、磁性体を分離する第２の磁性体分離工程と、
(ｊ)前記(ｉ)の第２の磁性体分離工程を実施した後、シリコン分散液を遠心分離し、固形不純物を沈降層として分離する第２の遠心分離工程と
を１つのサイクルとする精製サイクルを、前記(ｂ)の第１の遠心分離工程の後に、１度以上行うことを特徴とする請求項１記載の廃スラッジからのシリコンの製造方法。
前記精製サイクルを、磁性体による磁気反応がなくなるまで行った後、前記(ｃ)の金属不純物溶解工程に移行し、その後、前記(ｄ)〜(ｈ)の工程を実施することを特徴とする請求項１または２記載の廃スラッジからのシリコンの製造方法。
前記(ｅ)の洗浄工程におけるシリコン粒子の洗浄が、水を用いて行われるとともに、
前記(ｅ)の洗浄工程と、前記(ｆ)の熱処理工程の間に、シリコン粒子を乾燥させて水分を除去する乾燥工程が設けられていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃スラッジからのシリコンの製造方法。
前記(ｆ)の熱処理工程を、４５０〜６００℃で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の廃スラッジからのシリコンの製造方法。
前記廃スラッジが、シリコン結晶を切削加工する際に発生する、切削加工廃スラッジであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の廃スラッジからのシリコンの製造方法。
太陽電池用の高純度のシリコンを得るために用いられるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の廃スラッジからのシリコンの製造方法。