JP2009208999A - Method of manufacturing tetrachlorosilane fluid and method of manufacturing silicon particles - Google Patents

Method of manufacturing tetrachlorosilane fluid and method of manufacturing silicon particles Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of efficiently manufacturing tetrachlorosilane fluid of a high temperature and high pressure usable in a gas atomizing method or the like and a method of manufacturing silicon particles using the tetrachlorosilane fluid. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the tetrachlorosilane fluid is provided with a pressurizing step of: pressurizing liquefied tetrachlorosilane; and a heating step of: heating the tetrachlorosilane pressurized in the pressurizing step to form a gas or a supercritical fluid. The method of manufacturing the silicon particles is carried out by blowing an atomizing gas containing tetrachlorosilane obtained by the method of manufacturing the tetrachlorosilane fluid to the molten metal to form the fine droplets of the molten metal and bringing the resultant fine droplets of the molten metal into contact with tetrachlorosilane to reduce the tetrachlorosilane to obtain the silicon particles. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温高圧のテトラクロロシラン流体の製造方法、及び、これによって得られたテトラクロロシラン流体を用いたシリコン粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid, and a method for producing silicon particles using the tetrachlorosilane fluid obtained thereby.

環境問題がクローズアップされる中、太陽電池はクリーンなエネルギー源として注目を集め、住宅用を中心に需要が急増している。シリコン系太陽電池は信頼性や変換効率に優れるため、太陽光発電の8割程度を占めている。しかし、発電単価をさらに減少させるためには、低価格のシリコン原料を確保することが望まれている。   As environmental problems are highlighted, solar cells are attracting attention as a clean energy source, and demand is rapidly increasing mainly for residential use. Since silicon-based solar cells are excellent in reliability and conversion efficiency, they account for about 80% of solar power generation. However, in order to further reduce the unit price of power generation, it is desired to secure a low-cost silicon raw material.

現在、高純度シリコンの製造方法として、主に、トリクロロシランを熱分解するジーメンス法が採用されている。しかしながら、この方法においては、電力原単位の削減に限界があるため、さらなるコストダウンは困難であると言われている。   Currently, the Siemens method for thermally decomposing trichlorosilane is mainly used as a method for producing high-purity silicon. However, this method is said to be difficult to further reduce costs because there is a limit to the reduction in power consumption.

熱分解に替わる方法として、亜鉛、アルミニウム等の金属の溶融体を用いてクロロシランを還元する方法が挙げられる。例えば、特許文献1には、テトラクロロシラン(SiCl)雰囲気中に溶融アルミニウムを噴霧することによって、テトラクロロシランガスを還元してシリコン粒子を得る方法が記載されている(特許文献1の実施例1を参照)。上記方法においては、下記式(A)で示される反応が進行する。
3SiCl+4Al → 3Si+4AlCl (A)
特開平2−64006号公報
As a method for replacing pyrolysis, a method of reducing chlorosilane using a molten metal such as zinc or aluminum can be used. For example, Patent Document 1 describes a method of obtaining silicon particles by reducing tetrachlorosilane gas by spraying molten aluminum in a tetrachlorosilane (SiCl 4 ) atmosphere (Example 1 of Patent Document 1). See). In the above method, the reaction represented by the following formula (A) proceeds.
3SiCl 4 + 4Al → 3Si + 4AlCl 3 (A)
Japanese Patent Laid-Open No. 2-64006

ところで、溶融金属の微小液滴を形成する方法として、ノズルから流下する溶融金属にガスを吹き付けるガスアトマイズ法が知られている。このガスアトマイズ法においては、溶融金属に吹き付けるガス(以下、「アトマイズガス」という。)として不活性ガスを使用することが一般的である。   By the way, as a method for forming fine droplets of molten metal, a gas atomizing method is known in which a gas is blown onto molten metal flowing down from a nozzle. In this gas atomizing method, it is common to use an inert gas as a gas (hereinafter referred to as “atomizing gas”) sprayed on the molten metal.

しかしながら、不活性ガスを用いたガスアトマイズ法をシリコン粒子の製造に採用した場合、以下の点において改善の余地があることを本発明者は見出した。それは、テトラクロロシランガスが還元されてシリコン粒子が析出する反応場に、溶融金属の微粒化に使用した不活性ガスが大量に残存するという点である。すなわち、反応場に不活性ガスが残存していると、テトラクロロシランガスの分圧を十分に高くすることが困難となり、反応場の温度も下がるので、十分な反応性を得ることができなくなる。   However, the present inventor has found that there is room for improvement in the following points when the gas atomization method using an inert gas is employed in the production of silicon particles. That is, a large amount of inert gas used for atomization of the molten metal remains in the reaction field where the tetrachlorosilane gas is reduced and silicon particles are deposited. That is, if the inert gas remains in the reaction field, it becomes difficult to sufficiently increase the partial pressure of the tetrachlorosilane gas, and the temperature of the reaction field also decreases, so that sufficient reactivity cannot be obtained.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ガスアトマイズ法などにおいて使用可能な高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造する方法及び当該テトラクロロシラン流体を用いたシリコン粒子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for efficiently producing a high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid that can be used in a gas atomizing method and the like, and a method for producing silicon particles using the tetrachlorosilane fluid. The purpose is to do.

本発明に係るテトラクロロシラン流体の製造方法は、液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、この加圧工程で加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程とを備えることを特徴とする。   The method for producing a tetrachlorosilane fluid according to the present invention includes a pressurizing step of pressurizing liquefied tetrachlorosilane, and a heating step of heating the liquefied tetrachlorosilane pressurized in this pressurizing step to make a gas or a supercritical fluid. It is characterized by providing.

この方法によれば、液化テトラクロロシランを加圧するため、ガス状のテトラクロロシランを加圧する場合と比較し、安価な装置で容易に昇圧することができる。そして、加圧工程後に液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にすることにより、高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造できる。なお、テトラクロロシランは、沸点が57℃であるため、室温・大気圧条件下においては液状である。また、テトラクロロシランの臨界点は、温度235℃、圧力3.75MPaである。   According to this method, since the liquefied tetrachlorosilane is pressurized, the pressure can be easily increased with an inexpensive apparatus as compared with the case where gaseous tetrachlorosilane is pressurized. Then, by heating the liquefied tetrachlorosilane to a gas or supercritical fluid after the pressurizing step, a high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid can be efficiently produced. Since tetrachlorosilane has a boiling point of 57 ° C., it is liquid at room temperature and atmospheric pressure. The critical point of tetrachlorosilane is a temperature of 235 ° C. and a pressure of 3.75 MPa.

加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、圧力が0.1〜15MPaであり且つ温度が200〜1200℃であることが好ましい。上記の圧力範囲及び温度範囲のテトラクロロシラン流体は、ガスアトマイズ法によるシリコン粒子の製造方法において使用するのに好適である。   The tetrachlorosilane fluid obtained through the heating step preferably has a pressure of 0.1 to 15 MPa and a temperature of 200 to 1200 ° C. The tetrachlorosilane fluid in the above pressure range and temperature range is suitable for use in a method for producing silicon particles by gas atomization.

本発明に係るシリコン粒子の製造方法は、上記のようにして製造された高温高圧のテトラクロロシラン流体を第1のノズルに供給するとともに、第2のノズルから吐出された溶融金属に向け、第1のノズルからテトラクロロシランを含むアトマイズガスを噴射することによって当該溶融金属の微小液滴を形成するアトマイズ工程を備え、このアトマイズ工程において、微小液滴とテトラクロロシランとを接触させることにより、テトラクロロシランを還元してシリコン粒子を得ることを特徴とする。   In the method for producing silicon particles according to the present invention, the high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid produced as described above is supplied to the first nozzle and directed to the molten metal discharged from the second nozzle. The atomization process which forms the micro droplet of the molten metal by injecting the atomization gas containing tetrachlorosilane from the nozzle of the nozzle, in this atomization process, by bringing the micro droplet into contact with tetrachlorosilane, It is characterized by obtaining silicon particles by reduction.

本発明に係るシリコン粒子の製造方法においては、テトラクロロシランを含むアトマイズガスを溶融金属に吹き付ける。このことにより、不活性ガスのみからなるアトマイズガスを使用する場合と比較し、反応場に残存する不活性ガスの量を削減できる。また、本発明の製造方法によれば、アトマイズガスの噴射によって溶融金属の微小液滴が形成されると同時に、アトマイズガスに含まれるテトラクロロシランと溶融金属の微小液滴とが効率的に接触する。したがって、本発明によれば、溶融金属の微小液滴とテトラクロロシランと反応において、十分に高い反応率を達成できる。   In the method for producing silicon particles according to the present invention, an atomized gas containing tetrachlorosilane is sprayed onto the molten metal. As a result, the amount of inert gas remaining in the reaction field can be reduced as compared with the case of using an atomized gas consisting of only an inert gas. Further, according to the manufacturing method of the present invention, molten metal microdroplets are formed by atomizing gas injection, and at the same time, tetrachlorosilane contained in the atomized gas and the molten metal microdroplets come into efficient contact. . Therefore, according to the present invention, a sufficiently high reaction rate can be achieved in the reaction between molten metal droplets and tetrachlorosilane.

本発明に係るシリコン粒子の製造方法においては、アトマイズガスは、テトラクロロシランの濃度が10体積%以上であることが好ましい。また、アトマイズガスが不活性ガスなどを含有することなく、本発明に係る上記方法によって製造されたテトラクロロシラン流体のみからなるものであってもよい。これにより、反応場においてテトラクロロシランの還元反応がより一層効率的に進行し、高い反応率を達成できる。   In the method for producing silicon particles according to the present invention, the atomizing gas preferably has a tetrachlorosilane concentration of 10% by volume or more. Further, the atomizing gas may contain only a tetrachlorosilane fluid produced by the above method according to the present invention without containing an inert gas or the like. Thereby, the reduction reaction of tetrachlorosilane proceeds more efficiently in the reaction field, and a high reaction rate can be achieved.

なお、ここでいう「テトラクロロシラン流体を第1のノズルに供給する」とは、テトラクロロシラン流体を単独で第1のノズルに供給する場合のみならず、テトラクロロシラン流体を他の流体(例えば、不活性ガス)と混合した状態で第1のノズルに供給する場合をも包含する意味である。   Note that “supplying the tetrachlorosilane fluid to the first nozzle” here refers not only to supplying the tetrachlorosilane fluid alone to the first nozzle, but also to supplying the tetrachlorosilane fluid to another fluid (for example, non-feeding). It also includes the case where the first nozzle is supplied in a state of being mixed with the active gas.

また、アトマイズガスは、本発明に係る上記方法によって製造されたテトラクロロシラン流体と不活性ガスとの混合ガスであってもよい。アトマイズガスに含まれる不活性ガスとしては、アルゴン及び/又はヘリウムが好適である。   The atomizing gas may be a mixed gas of a tetrachlorosilane fluid and an inert gas produced by the above method according to the present invention. As the inert gas contained in the atomizing gas, argon and / or helium are suitable.

本発明に係るシリコン粒子の製造方法においては、溶融金属がNa、K、Mg、Ca、Zn及びAlからなる群より選択された1種を単独で又は2種以上を含むことが好ましい。特に溶融金属がアルミニウムであることが好ましい。これにより、生成したシリコン粒子中やその表面に金属が残存しても、酸やアルカリによる溶解除去や偏析法によってこの金属を除去することが容易である。   In the method for producing silicon particles according to the present invention, the molten metal preferably contains one kind selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca, Zn, and Al alone or two or more kinds. In particular, the molten metal is preferably aluminum. Thereby, even if a metal remains in the generated silicon particles or on the surface thereof, it is easy to remove the metal by dissolution or segregation using an acid or alkali.

また、アトマイズ工程において、溶融金属に向けてアトマイズガスを0.1〜15MPaの圧力で噴射させることが好ましい。かかる圧力条件でアトマイズガスを噴射することで、溶融金属の微小液滴の形成及びテトラクロロシランの還元反応によるシリコン粒子の形成の両方を好適に行うことができる。   In the atomizing step, it is preferable that atomized gas is injected at a pressure of 0.1 to 15 MPa toward the molten metal. By injecting atomized gas under such pressure conditions, it is possible to suitably perform both formation of fine droplets of molten metal and formation of silicon particles by a reduction reaction of tetrachlorosilane.

本発明に係るテトラクロロシラン流体の製造方法によれば、高温高圧のテトラクロロシラン流体を効率的に製造できる。また、本発明に係るシリコン粒子の製造方法によれば、ガスアトマイズ法によって形成した溶融金属の微小液滴とテトラクロロシランとの反応において、十分に高い反応率を達成できる。   According to the method for producing a tetrachlorosilane fluid according to the present invention, a high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid can be efficiently produced. In addition, according to the method for producing silicon particles according to the present invention, a sufficiently high reaction rate can be achieved in the reaction between fine droplets of molten metal formed by gas atomization and tetrachlorosilane.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法は、溶融アルミニウムの細流にアトマイズガスを吹き付けることによって溶融アルミニウムの微小液滴を形成するアトマイズ工程を備える。このアトマイズ工程において、アトマイズガスとしてテトラクロロシラン(SiCl)を含むガスを使用し、テトラクロロシランと溶融アルミニウムの微小液滴とを接触させることにより、下記式(A)で表される還元反応が進行し、シリコン粒子が製造される。
3SiCl+4Al → 3Si+4AlCl (A)
The method for producing silicon particles according to the present embodiment includes an atomizing step of forming fine droplets of molten aluminum by spraying atomized gas on a trickle of molten aluminum. In this atomizing process, a gas containing tetrachlorosilane (SiCl 4 ) is used as an atomizing gas, and the reduction reaction represented by the following formula (A) proceeds by bringing tetrachlorosilane and molten aluminum fine droplets into contact with each other. Then, silicon particles are produced.
3SiCl 4 + 4Al → 3Si + 4AlCl 3 (A)

(高温高圧のテトラクロロシラン流体の製造方法)
まず、本実施形態において使用する高温高圧のテトラクロロシラン流体の製造方法について説明する。
(Method for producing high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid)
First, a method for producing a high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid used in this embodiment will be described.

本実施形態において採用するテトラクロロシランガスの製造方法は、液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程とを備える。この方法によれば、液化テトラクロロシランを加圧するため、ガス状のテトラクロロシランを加圧する場合と比較し、安価な装置で容易に昇圧できるという利点がある。そして、加圧工程後に液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にすることにより、高温高圧のテトラシラン流体を効率的に製造できる。   The manufacturing method of the tetrachlorosilane gas employ | adopted in this embodiment is equipped with the pressurization process which pressurizes liquefied tetrachlorosilane, and the heating process which heats the pressurized liquefied tetrachlorosilane and makes it a gas or a supercritical fluid. According to this method, since the liquefied tetrachlorosilane is pressurized, there is an advantage that the pressure can be increased easily with an inexpensive apparatus, compared with the case where gaseous tetrachlorosilane is pressurized. Then, by heating the liquefied tetrachlorosilane to a gas or supercritical fluid after the pressurizing step, a high-temperature and high-pressure tetrasilane fluid can be efficiently produced.

液化テトラクロロシランを加圧する方法としては、特に制限はなく、例えば、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプなどを用いた方法が挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as a method of pressurizing liquefied tetrachlorosilane, For example, the method using a plunger pump, a diaphragm pump, etc. is mentioned.

加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする方法としては、特に制限はなく、例えば、高周波加熱、抵抗加熱、ランプ加熱などを用いた方法が挙げられる。   The method for heating the pressurized liquefied tetrachlorosilane to form a gas or a supercritical fluid is not particularly limited, and examples thereof include a method using high frequency heating, resistance heating, lamp heating and the like.

加圧工程及び加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、圧力が0.1〜15MPaであることが好ましく、1〜10MPaであることがより好ましく、2〜10MPaであることが更に好ましい。   The pressure of the tetrachlorosilane fluid obtained through the pressurizing step and the heating step is preferably 0.1 to 15 MPa, more preferably 1 to 10 MPa, and still more preferably 2 to 10 MPa.

当該テトラクロロシラン流体の圧力が0.1MPa未満であると、後述するシリコン粒子の製造において使用するアトマイズガスの製造が非効率的になりやすい。すなわち、使用するアトマイズガスが、テトラクロロシラン流体と不活性ガスとの混合ガスである場合、テトラクロロシラン流体の圧力が0.1MPa未満であると、アトマイズガスの製造過程においてテトラクロロシランガス又はアトマイズガスを再度加圧する必要が生じる。また、使用するアトマイズガスがテトラクロロシラン流体単独である場合も、テトラクロロシラン流体の圧力が0.1MPa未満であると、テトラクロロシラン流体を再度加圧する必要が生じる。他方、15MPaを超えるアトマイズガスを使用するには、耐圧性の高い各種装置を使用する必要があり、コストが増大する傾向がある。   When the pressure of the tetrachlorosilane fluid is less than 0.1 MPa, the production of atomized gas used in the production of silicon particles described later tends to be inefficient. That is, when the atomizing gas to be used is a mixed gas of a tetrachlorosilane fluid and an inert gas, if the pressure of the tetrachlorosilane fluid is less than 0.1 MPa, tetrachlorosilane gas or atomizing gas is used in the atomizing gas production process. It becomes necessary to pressurize again. Also, when the atomizing gas used is a tetrachlorosilane fluid alone, if the pressure of the tetrachlorosilane fluid is less than 0.1 MPa, it is necessary to pressurize the tetrachlorosilane fluid again. On the other hand, in order to use the atomized gas exceeding 15 MPa, it is necessary to use various devices having high pressure resistance, and the cost tends to increase.

加圧工程及び加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、温度が200〜1200℃であることが好ましく、200〜1000℃であることがより好ましい。   The temperature of the tetrachlorosilane fluid obtained through the pressurization step and the heating step is preferably 200 to 1200 ° C, and more preferably 200 to 1000 ° C.

当該テトラクロロシラン流体の温度が200℃未満であると、シリコン粒子の製造において使用するアトマイズガスの製造が非効率的になりやすい。すなわち、テトラクロロシラン流体の温度が200℃未満であると、アトマイズガスの製造過程においてテトラクロロシラン流体又はアトマイズガスを再度加熱する必要が生じる。他方、当該テトラクロロシラン流体の温度が1200℃を超えても、それに要するコストに見合うだけの効果が小さい。   When the temperature of the tetrachlorosilane fluid is less than 200 ° C., the production of atomized gas used in the production of silicon particles tends to be inefficient. That is, when the temperature of the tetrachlorosilane fluid is lower than 200 ° C., it is necessary to heat the tetrachlorosilane fluid or the atomized gas again in the process of producing the atomized gas. On the other hand, even if the temperature of the tetrachlorosilane fluid exceeds 1200 ° C., the effect corresponding to the cost required is small.

なお、テトラクロロシランによる金属腐食を抑制するため、高温高圧のテトラクロロシラン流体を収容する容器、加圧装置及び加熱装置は、耐腐食性の高い材料で構成されたものが好ましい。テトラクロロシランによる腐食に対して高い耐性を有する金属材料としては、Ni基合金、ステンレス鋼などが挙げられる   In order to suppress metal corrosion due to tetrachlorosilane, the container, pressurizing device, and heating device that contain the high-temperature and high-pressure tetrachlorosilane fluid are preferably made of a highly corrosion-resistant material. Examples of metal materials having high resistance to corrosion by tetrachlorosilane include Ni-based alloys and stainless steel.

(シリコン粒子の製造方法)
次に、図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係る製造方法に好適な反応装置10の構成及びその運転条件について詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る反応装置の構成を示す概略構成図である。図2は、反応装置10のアトマイズ機構を拡大して示す図である。なお、反応装置10のアトマイズ機構は、後述する溶融金属収容部1のノズル1a及びアトマイズガス噴射部2で構成される。
(Method for producing silicon particles)
Next, the configuration of the reaction apparatus 10 suitable for the production method according to this embodiment and the operating conditions thereof will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the reaction apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view showing the atomizing mechanism of the reaction apparatus 10. The atomizing mechanism of the reaction apparatus 10 includes a nozzle 1a of the molten metal containing unit 1 and an atomizing gas injection unit 2 described later.

図1に示す反応装置10は、溶融金属収容部1、アトマイズガス噴射部2、反応器3、固気分離器5及びこれらを接続する配管(以下、場合により「ライン」という。)等を備える。   A reaction apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a molten metal storage unit 1, an atomized gas injection unit 2, a reactor 3, a solid-gas separator 5, and a pipe (hereinafter referred to as “line” in some cases) for connecting them. .

溶融金属収容部1は、溶融アルミニウムを収容するためのものであり、密閉容器15内に設けられている。溶融金属収容部1の周囲にはヒータ11が設けられ、収容する溶融アルミニウムの温度を調整できるようになっている。図2に示すように、溶融金属収容部1の底部には反応器3内にまで延在するノズル(第2のノズル)1aが設けられ、ノズル1aから溶融アルミニウムの細流Fが鉛直方向に流下する。このようにアルミニウムの溶融体を溶融金属収容部1に収容させておくと、ノズル1aから反応器3内に溶融アルミニウムを安定的に流下させることができ、安定的且つ連続的にシリコン粒子を製造できるという利点がある。また、溶融金属収容部1を収容する密閉容器15内を不活性ガス等で加圧してもよい。これにより溶融アルミニウムをより一層安定的に流下させることができる。   The molten metal container 1 is for containing molten aluminum and is provided in the sealed container 15. A heater 11 is provided around the molten metal container 1 so that the temperature of the molten aluminum to be accommodated can be adjusted. As shown in FIG. 2, a nozzle (second nozzle) 1a extending to the inside of the reactor 3 is provided at the bottom of the molten metal container 1, and a trickle F of molten aluminum flows down from the nozzle 1a in the vertical direction. To do. When the molten aluminum is accommodated in the molten metal container 1 in this way, the molten aluminum can be stably flowed into the reactor 3 from the nozzle 1a, and silicon particles are produced stably and continuously. There is an advantage that you can. Moreover, you may pressurize the inside of the airtight container 15 which accommodates the molten metal accommodating part 1 with an inert gas. Thereby, molten aluminum can flow down more stably.

ノズル1aから流下させる溶融アルミニウムは、純度が99.9質量%以上であることが好ましく、99.99質量%以上であることがより好ましく、99.995質量%以上であることが更に好ましい。純度の高い溶融アルミニウムを使用することで、純度の高いシリコン粒子を得ることができる。なお、ここでいう溶融アルミニウムの純度とは、原料アルミニウムのグロー放電質量分析法によって測定された元素のうち、Fe、Cu、Ga、Ti、Ni、Na、Mg及びZnの含有量(質量%)の合計を100質量%から差し引いた値を意味する。   The molten aluminum flowing down from the nozzle 1a preferably has a purity of 99.9% by mass or more, more preferably 99.99% by mass or more, and further preferably 99.995% by mass or more. By using high-purity molten aluminum, high-purity silicon particles can be obtained. The purity of molten aluminum here refers to the content (mass%) of Fe, Cu, Ga, Ti, Ni, Na, Mg, and Zn among the elements measured by glow discharge mass spectrometry of the raw material aluminum. Is the value obtained by subtracting the total of 100% by mass.

溶融金属収容部1内の温度は、溶融させる金属の融点に応じて適宜設定すればよいが、本実施形態のように溶融金属としてアルミニウム(融点:660℃)を使用する場合には、通常700〜1300℃、好ましくは700〜1200℃、更に好ましくは700〜1000℃である。ノズル1aの温度は700〜1000℃程度とすることが好ましい。   The temperature in the molten metal container 1 may be appropriately set according to the melting point of the metal to be melted. However, when aluminum (melting point: 660 ° C.) is used as the molten metal as in this embodiment, it is usually 700. It is -1300 degreeC, Preferably it is 700-1200 degreeC, More preferably, it is 700-1000 degreeC. The temperature of the nozzle 1a is preferably about 700 to 1000 ° C.

アトマイズガス噴射部2は、図2に示すように、ラインL1を通じて供給されるアトマイズガスを、溶融アルミニウムの細流Fに向けて噴射するためのものである。アトマイズガス噴射部2は、溶融アルミニウムの細流Fに向けてその周囲からアトマイズガスGを噴射するノズル(第1のノズル)2aを備える。細流FにアトマイズガスGを吹き付けることによって、溶融アルミニウムの微小液滴Pが形成される。   As shown in FIG. 2, the atomizing gas injection unit 2 is for injecting atomized gas supplied through a line L <b> 1 toward a trickle F of molten aluminum. The atomizing gas injection unit 2 includes a nozzle (first nozzle) 2a that injects an atomizing gas G from its periphery toward a trickle F of molten aluminum. By spraying the atomizing gas G on the trickle F, fine droplets P of molten aluminum are formed.

本実施形態において、ノズル2aから噴射するアトマイズガスは、テトラクロロシランと不活性ガスとの混合ガスである。アトマイズガスに含まれる不活性ガスとしては、アルゴン及び/又はヘリウムが好適である。   In the present embodiment, the atomizing gas injected from the nozzle 2a is a mixed gas of tetrachlorosilane and an inert gas. As the inert gas contained in the atomizing gas, argon and / or helium are suitable.

アトマイズガス中のテトラクロロシランの濃度は10体積%以上であることが好ましく、20体積%以上であることがより好ましく、50体積%以上であることが更に好ましい。テトラクロロシランの濃度が10体積%未満であると、上記式(A)の反応が十分に進行しない傾向がある。   The concentration of tetrachlorosilane in the atomized gas is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and still more preferably 50% by volume or more. There exists a tendency for reaction of the said Formula (A) not to fully advance that the density | concentration of tetrachlorosilane is less than 10 volume%.

アトマイズガスの調製に使用するテトラクロロシランは、高純度のシリコン粒子を得る観点から、その純度が99.99質量%以上であることが好ましく、99.999質量%以上であることがより好ましく、99.9999質量%以上であることが更に好ましい。   From the viewpoint of obtaining high-purity silicon particles, the tetrachlorosilane used for the preparation of the atomizing gas preferably has a purity of 99.99% by mass or more, more preferably 99.999% by mass or more. More preferably, it is 9999% by mass or more.

アトマイズガスの調製に使用する不活性ガスは、高純度のシリコン粒子を得る観点から、その純度が99.9体積%以上であることが好ましく、99.99体積%以上であることがより好ましく、99.999体積%以上であることが更に好ましく、99.9995体積%以上であることが特に好ましい。   From the viewpoint of obtaining high-purity silicon particles, the inert gas used for the preparation of the atomizing gas preferably has a purity of 99.9% by volume or more, more preferably 99.99% by volume or more, More preferably, it is 99.999 volume% or more, and it is especially preferable that it is 99.9995 volume% or more.

溶融アルミニウムの細流Fに吹き付けるアトマイズガスの温度は、200〜1200℃であることが好ましく、200〜1000℃であることがより好ましい。アトマイズガスの温度を高くすることで、アトマイズ効率が向上、すなわち溶融アルミニウムが微粒化しやすくなる。より一層高い温度のアトマイズガスを調製する方法としては、腐食性を有しない不活性ガスをテトラクロロシラン流体の温度よりも高い温度に加熱し、この不活性ガスとテトラクロロシラン流体とを混合するという手法が挙げられる。   The temperature of the atomizing gas sprayed on the trickle F of molten aluminum is preferably 200 to 1200 ° C, more preferably 200 to 1000 ° C. By increasing the temperature of the atomizing gas, the atomization efficiency is improved, that is, the molten aluminum is easily atomized. As a method of preparing an atomized gas having a higher temperature, a method in which an inert gas having no corrosive property is heated to a temperature higher than the temperature of the tetrachlorosilane fluid, and the inert gas and the tetrachlorosilane fluid are mixed. Is mentioned.

溶融アルミニウムの細流Fに吹き付けるアトマイズガスの圧力は、0.1〜15MPaであることが好ましく、1〜10MPaであることがより好ましく、2〜10MPaであることが更に好ましい。アトマイズガスの圧力が0.1MPa未満であると、溶融アルミニウムの微小液滴Pの形成が不十分となるとともに上記式(A)で表される反応の進行が不十分となる傾向がある。他方、15MPaを超えるアトマイズガスを使用するには、耐圧性の高い各種装置を使用する必要があり、コストが増大する傾向がある。なお、アトマイズガスは、ノズル2aから吐出される以前の段階にあっては、温度条件及び圧力条件に応じて液体や超臨界流体であってもよい。   The pressure of the atomizing gas sprayed on the trickle F of molten aluminum is preferably 0.1 to 15 MPa, more preferably 1 to 10 MPa, and further preferably 2 to 10 MPa. If the atomizing gas pressure is less than 0.1 MPa, the formation of molten aluminum microdroplets P tends to be insufficient and the reaction represented by the above formula (A) tends to be insufficient. On the other hand, in order to use atomized gas exceeding 15 MPa, it is necessary to use various devices with high pressure resistance, and the cost tends to increase. Note that the atomized gas may be a liquid or a supercritical fluid depending on the temperature condition and the pressure condition before being discharged from the nozzle 2a.

テトラクロロシランによる金属腐食を抑制するため、ノズル2aとして、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、石英、ムライト又は炭素からなる部材、あるいは、上記材料でコーティングされた部材で形成されたものを使用することが好ましい。   In order to suppress metal corrosion caused by tetrachlorosilane, the nozzle 2a may be made of a member made of alumina, silicon carbide, silicon nitride, quartz, mullite, or carbon, or a member formed of a member coated with the above material. preferable.

反応器3は、図1に示すように、鉛直方向に延びる円筒部3aを備えており、この円筒部3a内に上記式(A)で表される反応が進行する反応場が形成される。ノズル2aからアトマイズガスを噴射することにより、溶融アルミニウムの微小液滴Pが形成されると同時に、アトマイズガスに含まれるテトラクロロシランと微小液滴Pとが接触し、微小液滴Pによるテトラクロロシランの還元反応(上記式(A))が進行する。   As shown in FIG. 1, the reactor 3 includes a cylindrical portion 3a extending in the vertical direction, and a reaction field in which the reaction represented by the above formula (A) proceeds is formed in the cylindrical portion 3a. By spraying atomized gas from the nozzle 2a, molten aluminum microdroplets P are formed, and at the same time, tetrachlorosilane and microdroplets P contained in the atomized gas come into contact with each other. The reduction reaction (formula (A) above) proceeds.

上記式(A)の通り、当該反応におけるテトラクロロシランのモル数と溶融アルミニウムのモル数の化学量論比は、3:4であるが、生産性などの観点から、反応場に供給する単位時間あたりのテトラクロロシランのモル数Mと溶融アルミニウムの供給モル数Mの比(M/M)は、0.75〜20であることが好ましく、0.75〜10であることがより好ましく、0.75〜7.5であることが更に好ましい。M/Mの値が0.75未満であると、反応の進行が不十分となる傾向があり、他方、20を越えると、反応に寄与しないテトラクロロシランの量が増大する傾向がある。 As shown in the above formula (A), the stoichiometric ratio of the number of moles of tetrachlorosilane and the number of moles of molten aluminum in the reaction is 3: 4. From the viewpoint of productivity, the unit time supplied to the reaction field The ratio (M 1 / M 2 ) between the number of moles of tetrachlorosilane M 1 and the number of moles M 2 of molten aluminum supplied is preferably 0.75-20, more preferably 0.75-10. Preferably, it is 0.75-7.5. If the value of M 1 / M 2 is less than 0.75, the progress of the reaction tends to be insufficient, whereas if it exceeds 20, the amount of tetrachlorosilane that does not contribute to the reaction tends to increase.

円筒部3aの周囲にはヒータ13が設けられ、反応場の温度を調整できるようになっている。加熱方式としては、特に制限はなく、例えば、高周波加熱、抵抗加熱、ランプ加熱などを用いた直接的な方法の他に、予め温度調節されたガス等の流体を用いる方式も用いることができる。反応場の温度は、通常、300〜1200℃(好ましくは500〜1000℃)となるように調整する。また、反応場の圧力は、通常、1気圧以上となるように調整する。   A heater 13 is provided around the cylindrical portion 3a so that the temperature of the reaction field can be adjusted. The heating method is not particularly limited. For example, in addition to a direct method using high-frequency heating, resistance heating, lamp heating, or the like, a method using a fluid such as a gas whose temperature is adjusted in advance can be used. The temperature of the reaction field is usually adjusted to be 300 to 1200 ° C. (preferably 500 to 1000 ° C.). Moreover, the pressure in the reaction field is usually adjusted to be 1 atm or higher.

円筒部3a内に形成される反応場の酸素濃度は、酸化物の生成を十分に抑制する観点から、なるべく低い値に維持することが好ましい。具体的には、反応を開始する前の反応場の酸素濃度は、1体積%以下であることが好ましく、0.1体積%以下であることがより好ましく、100体積ppm以下であることが更に好ましく、10体積ppm以下であることが特に好ましい。反応を開始する前の反応場の酸素濃度を下げる方法として、溶融アルミニウムを所定時間噴霧し、アルミニウムの液滴に反応場の酸素を吸着させるという手法が挙げられる。なお、反応を開始する前の反応場は、露点が−20℃以下であることが好ましく、−40℃以下であることがより好ましく、−70℃以下であることが更に好ましい。   The oxygen concentration in the reaction field formed in the cylindrical portion 3a is preferably maintained as low as possible from the viewpoint of sufficiently suppressing the formation of oxides. Specifically, the oxygen concentration in the reaction field before starting the reaction is preferably 1% by volume or less, more preferably 0.1% by volume or less, and further preferably 100% by volume or less. It is preferably 10 ppm by volume or less, particularly preferably. As a method for lowering the oxygen concentration in the reaction field before the start of the reaction, there is a technique in which molten aluminum is sprayed for a predetermined time, and oxygen in the reaction field is adsorbed to aluminum droplets. In addition, as for the reaction field before starting reaction, it is preferable that a dew point is -20 degrees C or less, It is more preferable that it is -40 degrees C or less, It is still more preferable that it is -70 degrees C or less.

また、反応場の酸素濃度は、反応中においても、酸化物の生成を十分に抑制する観点から、なるべく低い値に維持することが好ましい。具体的には、反応中の反応場の酸素濃度は、1体積%以下であることが好ましく、0.1体積%以下であることがより好ましく、100体積ppm以下であることが更に好ましく、10体積ppm以下であることが特に好ましい。   In addition, the oxygen concentration in the reaction field is preferably maintained as low as possible from the viewpoint of sufficiently suppressing the formation of oxides even during the reaction. Specifically, the oxygen concentration in the reaction field during the reaction is preferably 1% by volume or less, more preferably 0.1% by volume or less, still more preferably 100% by volume or less. It is particularly preferable that the volume be ppm or less.

反応器3は、その下部に下方に行くに従って内径が小さくなると共に下端にシリコン粒子を排出するためのSi粒子排出口3cを有する縮径部3bを備える。この縮径部3bの鉛直方向の略中間の位置には、反応によって生じたAlCl(気体)、未反応のSiCl(気体)及び微粒のシリコン粒子を排出するためのガス排出口3dが設けられている。 The reactor 3 includes a reduced diameter portion 3b having a Si particle discharge port 3c for discharging silicon particles at the lower end and decreasing the inner diameter as it goes downward in the lower part thereof. A gas discharge port 3d for discharging AlCl 3 (gas) generated by the reaction, unreacted SiCl 4 (gas) and fine silicon particles is provided at a substantially intermediate position in the vertical direction of the reduced diameter portion 3b. It has been.

反応器3の下部に設けられた縮径部3bは、第1段目の固気分離器として機能する。縮径部3bの周囲にはヒータ(図示せず)が設けられ、内部の温度を調整できるようになっている。縮径部3bの内部の温度をAlCl(昇華点:180℃)が析出しない温度に保持することで、シリコン粒子とガスとを分離する。具体的には、縮径部3bの内部の温度を200℃以上となるように調整することが好ましい。縮径部3bの内部の温度を200℃よりも低くした場合、縮径部3b内においてAlClが析出し、シリコン粒子中に混入しやすくなる傾向がある。 The reduced diameter portion 3b provided at the lower portion of the reactor 3 functions as a first-stage solid-gas separator. A heater (not shown) is provided around the reduced diameter portion 3b so that the internal temperature can be adjusted. By maintaining the temperature inside the reduced diameter portion 3b at a temperature at which AlCl 3 (sublimation point: 180 ° C.) does not precipitate, the silicon particles and the gas are separated. Specifically, it is preferable to adjust the temperature inside the reduced diameter portion 3b to be 200 ° C. or higher. When the temperature inside the reduced diameter portion 3b is lower than 200 ° C., AlCl 3 tends to be precipitated in the reduced diameter portion 3b and easily mixed into silicon particles.

ガス排出口3dから排出されるガスは固気分離器5に供給される。固気分離器5は、第2段目の固気分離器として機能する。固気分離器5は、ガス排出口3dから排出されるガス中に存在するシリコン粒子を分離するためのものである。この固気分離器5の内部の温度も200℃以上となるように調整することが好ましい。固気分離器5の好適な例として、保温サイクロン式固気分離器などを例示できる。   The gas discharged from the gas discharge port 3d is supplied to the solid-gas separator 5. The solid gas separator 5 functions as a second stage solid gas separator. The solid-gas separator 5 is for separating silicon particles present in the gas discharged from the gas discharge port 3d. It is preferable to adjust the temperature inside the solid-gas separator 5 to be 200 ° C. or higher. As a suitable example of the solid gas separator 5, a heat insulation cyclone type solid gas separator can be exemplified.

固気分離器5から排出されるガスは固気分離器8に供給される。固気分離器8は、第3段目の固気分離器として機能する。固気分離器8は、固気分離器5からのガスに含まれるAlClを除去するためのものである。固気分離器8内の温度を、AlClは析出するがSiCl(沸点:57℃)は凝縮しない温度に保持することで、析出したAlCl(固体)を除去する。具体的には、固気分離器8の内部の温度を60〜170℃(より好ましくは70〜100℃)に維持することが好ましい。固気分離器8の内部の温度を60℃よりも低くした場合、固気分離器8内においてSiClが凝縮し、リサイクルされるSiClガスの量が不十分となる傾向がある。他方、固気分離器8の内部の温度を170℃よりも高くした場合、AlClの析出が不十分となり、リサイクルされるSiClガス中のAlClの含有量が高くなる傾向がある。 The gas discharged from the solid gas separator 5 is supplied to the solid gas separator 8. The solid gas separator 8 functions as a third-stage solid gas separator. The solid gas separator 8 is for removing AlCl 3 contained in the gas from the solid gas separator 5. By maintaining the temperature in the solid-gas separator 8 at a temperature at which AlCl 3 is precipitated but SiCl 4 (boiling point: 57 ° C.) is not condensed, the deposited AlCl 3 (solid) is removed. Specifically, it is preferable to maintain the internal temperature of the solid-gas separator 8 at 60 to 170 ° C. (more preferably 70 to 100 ° C.). When the temperature inside the solid-gas separator 8 is lower than 60 ° C., the SiCl 4 is condensed in the solid-gas separator 8 and the amount of SiCl 4 gas to be recycled tends to be insufficient. On the other hand, if it is higher than 170 ° C. The internal temperature of the solid-gas separator 8, precipitation of AlCl 3 becomes insufficient, there is a tendency that the content is increased in the AlCl 3 of SiCl 4 gas to be recycled.

固気分離器8は、その内部にバッフル板(図示せず)を備えるものであることが好ましい。バッフル板を内部に設けることで、固気分離器8の内表面積が増大してAlClが効率的に析出し、ガス中のAlCl含有量を十分に低減できる。固気分離器8の内表面積は、固気分離器8の装置表面積の5倍以上であることが好ましい。 It is preferable that the solid-gas separator 8 includes a baffle plate (not shown) therein. By providing the baffle plate inside, the inner surface area of the solid-gas separator 8 is increased, AlCl 3 is efficiently precipitated, and the content of AlCl 3 in the gas can be sufficiently reduced. The internal surface area of the solid-gas separator 8 is preferably 5 times or more the device surface area of the solid-gas separator 8.

固気分離器8においてAlClの除去処理がなされたガスは、ラインL7を通じて固気分離器8から排出される。当該ガス中に未反応のテトラクロロシランガスと不活性ガスとが共存する場合には、不活性ガスを分離し、必要に応じて精製を行うことで、テトラクロロシランガスを回収できる。このテトラクロロシランガスを反応性ガスとしてリサイクルしてもよい。また、分離された不活性ガスもリサイクルしてもよい。 The gas from which AlCl 3 is removed in the solid-gas separator 8 is discharged from the solid-gas separator 8 through the line L7. When the unreacted tetrachlorosilane gas and the inert gas coexist in the gas, the tetrachlorosilane gas can be recovered by separating the inert gas and performing purification as necessary. This tetrachlorosilane gas may be recycled as a reactive gas. The separated inert gas may also be recycled.

このように、本実施形態に係る反応装置10は、第1段目の固気分離器として縮径部3bを備え、第2段目の固気分離器として固気分離器5を備え、更に、第3段目の固気分離器として固気分離器8を備える。かかる構成を採用することにより、未反応のテトラクロロシランガスを効率的に回収し再利用することができる。例えば、アトマイズガスの一部として再利用することができる。なお、固気分離器の段数は特に制限はなく、例えば、固気分離器5を採用することなく、縮径部3bと固気分離器8とを連結してもよく、あるいは、固気分離器を4段以上設けてもよい。また、ガス排出口3dを具備しない反応器を使用する場合などにあっては、Si粒子排出口3cの後段に固気分離器5等を設置してもよい。   Thus, the reaction apparatus 10 according to the present embodiment includes the reduced diameter portion 3b as the first-stage solid-gas separator, the solid-gas separator 5 as the second-stage solid-gas separator, The solid-gas separator 8 is provided as a third-stage solid-gas separator. By adopting such a configuration, unreacted tetrachlorosilane gas can be efficiently recovered and reused. For example, it can be reused as part of the atomized gas. The number of stages of the solid-gas separator is not particularly limited. For example, the reduced diameter portion 3b and the solid-gas separator 8 may be connected without using the solid-gas separator 5, or the solid-gas separator may be connected. Four or more stages may be provided. In addition, when using a reactor that does not include the gas discharge port 3d, a solid-gas separator 5 or the like may be installed downstream of the Si particle discharge port 3c.

本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法によれば、以下のような効果が奏される。すなわち、テトラクロロシランを含有するアトマイズガスを使用するため、不活性ガスからなるアトマイズガスを使用する場合と比較し、反応場に残存する不活性ガスの量を削減できる。また、溶融アルミニウムの微小液滴Pの形成と同時に、この微小液滴Pとアトマイズガスに含まれるテトラクロロシランとが効率的に接触し、微小液滴Pによるテトラクロロシランの還元反応が進行する。その結果、微小液滴Pによるテトラクロロシランの還元反応において、十分に高い反応率を達成できる。   According to the method for manufacturing silicon particles according to the present embodiment, the following effects are exhibited. That is, since an atomized gas containing tetrachlorosilane is used, the amount of the inert gas remaining in the reaction field can be reduced as compared with the case where an atomized gas made of an inert gas is used. Simultaneously with the formation of the molten aluminum microdroplet P, the microdroplet P and the tetrachlorosilane contained in the atomizing gas efficiently come into contact, and the reduction reaction of tetrachlorosilane by the microdroplet P proceeds. As a result, a sufficiently high reaction rate can be achieved in the reduction reaction of tetrachlorosilane by the fine droplets P.

また、本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法を採用することにより、比較的簡易な構成の反応装置でシリコン粒子を製造できるという利点がある。すなわち、ガスアトマイズ法を利用した従来のシリコン粒子の製造方法にあっては、微小液滴を形成するための不活性ガス(アトマイズガス)の供給手段、及び、形成された微小液滴と接触させるテトラクロロシランガスの供給手段の両方を備える反応装置が必要である。これに対し、本実施形態に係るシリコン粒子の製造方法によれば、アトマイズガスを噴射することでシリコン粒子を製造できるため、図1に示す反応装置10のように、別途テトラクロロシランガスを反応器3へと供給する機構を具備しない反応装置を使用できる。ただし、別途テトラクロロシランガスを反応器3へと供給する機構を具備する反応装置を使用してもよい。   Further, by employing the silicon particle production method according to the present embodiment, there is an advantage that the silicon particles can be produced by a reaction apparatus having a relatively simple configuration. That is, in the conventional silicon particle manufacturing method using the gas atomization method, an inert gas (atomizing gas) supply means for forming microdroplets, and a tetra contacted with the formed microdroplets are used. A reactor equipped with both means for supplying chlorosilane gas is required. On the other hand, according to the method for producing silicon particles according to the present embodiment, since silicon particles can be produced by injecting atomized gas, tetrachlorosilane gas is separately added to the reactor as in the reactor 10 shown in FIG. The reaction apparatus which does not comprise the mechanism supplied to 3 can be used. However, you may use the reaction apparatus which comprises the mechanism which supplies tetrachlorosilane gas to the reactor 3 separately.

なお、本実施形態においては、テトラクロロシラン流体と不活性ガスとを混合して事前に調製したアトマイズガスを使用する場合を例示したが、不活性ガスにテトラクロロシラン流体を添加し、反応装置10においてアトマイズガスを調製してもよい。より具体的には、ラインL1を不活性ガスの供給源に接続し、ラインL1内を流れる不活性ガスにテトラクロロシラン流体を連続的に添加することでアトマイズガスを調製し、これをアトマイズガス噴射部2に供給してもよい。かかる構成を採用することにより、アトマイズガスのテトラクロロシラン濃度を反応条件等に応じて適宜変更できるという利点がある。   In the present embodiment, the case where the atomized gas prepared in advance by mixing the tetrachlorosilane fluid and the inert gas is used as an example. However, the tetrachlorosilane fluid is added to the inert gas and the reactor 10 is used. An atomized gas may be prepared. More specifically, the line L1 is connected to an inert gas supply source, and an atomized gas is prepared by continuously adding a tetrachlorosilane fluid to the inert gas flowing in the line L1, and this is injected into the atomized gas. You may supply to the part 2. By adopting such a configuration, there is an advantage that the tetrachlorosilane concentration of the atomizing gas can be appropriately changed according to the reaction conditions and the like.

また、アトマイズガスは必ずしもテトラクロロシランガスと不活性ガスとの混合ガスでなくてもよく、テトラクロロシラン流体単独であってもよい。かかる構成を採用することにより、反応場におけるテトラクロロシランの分圧を更に高くすることができ、より一層高い反応率を達成できる。   Further, the atomizing gas is not necessarily a mixed gas of tetrachlorosilane gas and inert gas, and may be a tetrachlorosilane fluid alone. By adopting such a configuration, the partial pressure of tetrachlorosilane in the reaction field can be further increased, and a higher reaction rate can be achieved.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、溶融金属としてアルミニウムを使用する場合を例示したが、これに限定されず、Na、K、Mg、Ca及びZnからなる群より選択された1種を単独で使用してもよく、あるいは、Na、K、Mg、Ca、Zn及びAlからなる群より選択された2種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。また、溶融金属として、アルミニウムとシリコンとの合金を使用してもよい。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where aluminum is used as the molten metal is illustrated, but the present invention is not limited to this, and one type selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca and Zn is used alone. Alternatively, two or more selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca, Zn and Al may be used in appropriate combination. Moreover, you may use the alloy of aluminum and silicon as a molten metal.

更に、上記実施形態では、図2に示すように、アトマイズ工程において溶融アルミニウムの細流Fがノズル1aから流下した後に、ノズル2aから噴射されるアトマイズガスGが吹き付けられる、いわゆるフリーフォール法を採用する場合を例示したが、これ以外のガスアトマイズ法を採用してもよい。例えば、図3に示すように、ノズル1aの溶融アルミニウムの出口とノズル2aのアトマイズガスの出口とが近接して設けられたアトマイズ機構を有する装置を用いた、いわゆるコンファインド法(Close−Coupled法)を採用してもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, a so-called free fall method is adopted in which after a trickle F of molten aluminum flows down from the nozzle 1 a in the atomizing step, atomized gas G sprayed from the nozzle 2 a is blown. Although cases have been illustrated, other gas atomization methods may be employed. For example, as shown in FIG. 3, a so-called confined method (Close-Coupled method) using an apparatus having an atomizing mechanism in which an outlet of molten aluminum of the nozzle 1a and an outlet of atomized gas of the nozzle 2a are provided close to each other is used. ) May be adopted.

また、上記実施形態においては、ノズル1aから下方に向けて溶融アルミニウムを吐出する場合を例示したが、いわゆるUpdraughtアトマイザ装置を使用し、溶融アルミニウムを上方に吐出させてもよい。   Moreover, although the case where molten aluminum was discharged downward from the nozzle 1a was illustrated in the said embodiment, what is called an updraft atomizer apparatus may be used and molten aluminum may be discharged upwards.

また、溶融金属が上方又は下方に向けて吐出される場合、溶融金属が移動する方向と同じ方向に、ハロゲン化シランガスを流してもよく(並流)、溶融金属が移動する方向に対向してハロゲン化シランガスを流してもよい(向流)。   Further, when the molten metal is discharged upward or downward, the halogenated silane gas may flow in the same direction as the direction of movement of the molten metal (cocurrent flow), facing the direction of movement of the molten metal. Halogenated silane gas may be flowed (counterflow).

シリコン粒子の製造方法の好適な実施形態に係る反応装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the reaction apparatus which concerns on suitable embodiment of the manufacturing method of a silicon particle. 図1に示す反応装置が備えるアトマイズ機構の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the atomizing mechanism with which the reaction apparatus shown in FIG. 1 is provided. 本発明に係るシリコン粒子の製造方法において適用可能なアトマイズ機構の他の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other form of the atomizing mechanism applicable in the manufacturing method of the silicon particle which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…溶融金属収容部、1a…溶融金属用のノズル(第2のノズル)、2…アトマイズガス噴射部、2a…アトマイズガス用のノズル(第1のノズル)、3…反応器、3a…円筒部、3b…縮径部(固気分離器)、3c…Si粒子排出口、3d…ガス排出口、5,8…固気分離器、10…反応装置、F…溶融金属の細流、P…溶融金属の微小液滴、G…アトマイズガス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Molten metal accommodating part, 1a ... Nozzle for molten metal (2nd nozzle), 2 ... Atomizing gas injection part, 2a ... Nozzle for atomizing gas (1st nozzle), 3 ... Reactor, 3a ... Cylindrical Part, 3b ... reduced diameter part (solid gas separator), 3c ... Si particle outlet, 3d ... gas outlet, 5, 8 ... solid gas separator, 10 ... reactor, F ... trickle of molten metal, P ... Molten metal microdroplet, G ... atomized gas.

Claims (10)

液化テトラクロロシランを加圧する加圧工程と、
前記加圧工程で加圧された液化テトラクロロシランを加熱して気体又は超臨界流体にする加熱工程と、
を備えることを特徴とするテトラクロロシラン流体の製造方法。
A pressurizing step of pressurizing the liquefied tetrachlorosilane;
A heating step of heating the liquefied tetrachlorosilane pressurized in the pressurizing step into a gas or a supercritical fluid;
A process for producing a tetrachlorosilane fluid, comprising:
前記加熱工程を経て得られるテトラクロロシラン流体は、圧力が0.1〜15MPaであり且つ温度が200〜1200℃であることを特徴とする、請求項1に記載のテトラクロロシラン流体の製造方法。   The method for producing a tetrachlorosilane fluid according to claim 1, wherein the tetrachlorosilane fluid obtained through the heating step has a pressure of 0.1 to 15 MPa and a temperature of 200 to 1200 ° C. 請求項1又は2に記載の方法で製造されたテトラクロロシラン流体を第1のノズルに供給するとともに、第2のノズルから吐出された溶融金属に向け、前記第1のノズルからテトラクロロシランを含むアトマイズガスを噴射することによって前記溶融金属の微小液滴を形成するアトマイズ工程を備え、
前記アトマイズ工程において、前記微小液滴とテトラクロロシランとを接触させることにより、テトラクロロシランを還元してシリコン粒子を得ることを特徴とするシリコン粒子の製造方法。
An atomizing process comprising supplying a tetrachlorosilane fluid produced by the method according to claim 1 or 2 to a first nozzle and directing the tetrachlorosilane from the first nozzle toward a molten metal discharged from the second nozzle. Comprising an atomizing step of forming fine droplets of the molten metal by injecting a gas;
In the atomizing step, silicon particles are obtained by reducing tetrachlorosilane to obtain silicon particles by bringing the microdroplets into contact with tetrachlorosilane.
前記アトマイズガスは、テトラクロロシランの濃度が10体積%以上であることを特徴とする、請求項3に記載のシリコン粒子の製造方法。   The method for producing silicon particles according to claim 3, wherein the atomized gas has a tetrachlorosilane concentration of 10% by volume or more. 前記アトマイズガスが、前記テトラクロロシラン流体のみからなるものであることを特徴とする、請求項3に記載のシリコン粒子の製造方法。   The said atomizing gas consists only of the said tetrachlorosilane fluid, The manufacturing method of the silicon particle of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 前記アトマイズガスが、前記テトラクロロシラン流体と不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする、請求項3又は4に記載のシリコン粒子の製造方法。   The method for producing silicon particles according to claim 3, wherein the atomizing gas is a mixed gas of the tetrachlorosilane fluid and an inert gas. 前記不活性ガスが、アルゴン及び/又はヘリウムであることを特徴とする、請求項6に記載のシリコン粒子の製造方法。   The method for producing silicon particles according to claim 6, wherein the inert gas is argon and / or helium. 前記溶融金属がNa、K、Mg、Ca、Zn及びAlからなる群より選択された1種を単独で又は2種以上を含むことを特徴とする、請求項3〜7のいずれか一項に記載のシリコン粒子の製造方法。   The molten metal contains one or more kinds selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca, Zn, and Al alone or in combination of two or more kinds. The manufacturing method of the silicon particle of description. 前記溶融金属がAlであることを特徴とする、請求項3〜7のいずれか一項に記載のシリコン粒子の製造方法。   The said molten metal is Al, The manufacturing method of the silicon particle as described in any one of Claims 3-7 characterized by the above-mentioned. 前記アトマイズ工程において、前記溶融金属に向けて前記アトマイズガスを0.1〜15MPaの圧力で噴射させることを特徴とする、請求項3〜9のいずれか一項に記載のシリコン粒子の製造方法。   10. The method for producing silicon particles according to claim 3, wherein in the atomizing step, the atomizing gas is injected toward the molten metal at a pressure of 0.1 to 15 MPa.
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KR101238674B1 (en) * 2009-12-28 2013-03-04 주식회사 엘지화학 Method for storing chlorosilane

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