JP2009292656A - Method for manufacturing silicon ingot - Google Patents

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JP2009292656A JP2008144818A JP2008144818A JP2009292656A JP 2009292656 A JP2009292656 A JP 2009292656A JP 2008144818 A JP2008144818 A JP 2008144818A JP 2008144818 A JP2008144818 A JP 2008144818A JP 2009292656 A JP2009292656 A JP 2009292656A
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Yoshiyuki Hojo
義之 北條
Kimihiko Kajimoto
公彦 梶本
Kenji Fujita
健治 藤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a silicon ingot by which a high-purity silicon ingot can be manufactured from a powdery silicon material at a relatively low temperature. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the silicon ingot includes: a step of forming molten silicon by melting a powdery silicon material in the presence of a melting aid; a step of forming a silicon ingot by solidifying the molten silicon; and a step of removing the impurities in the molten silicon before solidifying the molten silicon. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、粉末状シリコン材料からシリコン塊を得るためのシリコン塊の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a silicon mass for obtaining a silicon mass from a powdered silicon material.

ICチップや太陽電池用として広く用いられるシリコン単結晶又は多結晶からなる薄板(以下、「シリコンウエハ」と呼ぶ。)の製造工程において、原料シリコンの約60%が切断、面取り又は研磨等により廃液中に廃棄されており、製品に対するコスト負荷ならびに廃棄処分(この廃液は濃縮処理や一部材料の回収の後、埋め立て処分されるのが一般的である)に伴う環境への負荷が大きな問題となっている。   In the manufacturing process of a thin plate made of silicon single crystal or polycrystal (hereinafter referred to as “silicon wafer”) widely used for IC chips and solar cells, about 60% of the raw material silicon is drained by cutting, chamfering or polishing. The cost to the product and the environmental impact associated with disposal (this waste liquid is generally disposed of in landfill after concentrating and collecting some materials) is a major problem. It has become.

また、特に近年、太陽電池の生産量は増加の一途をたどっており、原料シリコンの需要も急激な伸びが見られる。このため太陽電池用シリコンの不足が顕在化している。
そこで従来、上記の切断又は研磨といったシリコンウエハの製造時に発生する廃液からシリコンを回収する方法が提案されてきた。
In particular, in recent years, the production of solar cells has been steadily increasing, and the demand for raw material silicon has been increasing rapidly. For this reason, a shortage of silicon for solar cells has become apparent.
Therefore, conventionally, a method for recovering silicon from waste liquid generated during the production of a silicon wafer such as cutting or polishing has been proposed.

例えば特許文献1においては、砥粒をクーラントに分散させたスラリーを用いてシリコン単結晶又は多結晶のインゴットを切断又は研磨する処理から排出される廃スラリーから固形分を回収し、回収した固形分に対して、クーラント等を除去するための有機溶剤洗浄、有機溶剤を洗い流すための水洗浄、廃スラリーに含まれていた金属(鉄、銅など)を酸水溶液(フッ酸水溶液など)に溶解させて除去するための酸洗浄、酸水溶液を洗い流すための水洗浄等が行われている。
また、特許文献2においては、シリコンを加工する際に発生するシリコン粉を回収、シリコン原料として再利用する方法について述べられている。
また、特許文献3においては、シリコンを最大粒径1〜5mmに粉砕した後、弗酸と硝酸等の酸で洗浄することにより、不純物を除去し、シリコン原料として再利用する方法について述べられている。
また粉末状シリコンを再利用する際の問題点として、粉末状シリコンを溶融シリコンに追加投入しながら溶融を進めると、シリコンは融液よりも固体の密度が小さいので、追加投入したシリコンが溶融シリコン表面に浮遊して溶融しにくいということが知られている(たとえば特許文献4)。
特開2001−278612号公報 特開2002−176016号広報 特開平10−324514号広報 特開2001−48697号広報
For example, in Patent Document 1, solid content is recovered from waste slurry discharged from a process of cutting or polishing a silicon single crystal or polycrystalline ingot using a slurry in which abrasive grains are dispersed in a coolant, and the recovered solid content In contrast, organic solvent cleaning to remove coolant, water cleaning to wash away organic solvent, metals (iron, copper, etc.) contained in waste slurry are dissolved in acid aqueous solution (hydrofluoric acid aqueous solution, etc.) Acid cleaning for removing the water and water cleaning for washing away the acid aqueous solution are performed.
Patent Document 2 describes a method for recovering silicon powder generated when silicon is processed and reusing it as a silicon raw material.
Patent Document 3 describes a method of removing impurities by pulverizing silicon to a maximum particle size of 1 to 5 mm and then washing with an acid such as hydrofluoric acid and nitric acid and reusing it as a silicon raw material. Yes.
In addition, as a problem when reusing powdered silicon, if melting proceeds while adding powdered silicon to molten silicon, silicon has a lower solid density than the melt. It is known that it floats on the surface and hardly melts (for example, Patent Document 4).
JP 2001-278612 A JP 2002-176016 PR JP 10-324514 A JP 2001-48697 A

本発明者らは、廃スラリーから回収した固形分から得られるような細かい平均粒径を持つ粉末状シリコンにおいて、シリコンの融点(1412℃)よりも有意に高い温度にならなければ完全には溶融しない場合があるという問題を見出した。たとえば平均粒径1μmの粉末状シリコンを速やかに溶融するためには、1800℃以上の温度に加熱する必要があった。
このような高い温度にまでシリコン材料を加熱すると、溶融のための電力消費量が大きくなるという問題や、溶融したシリコンの蒸発が加速されるので歩留まりが低下するという問題が生じる。
In the powdered silicon having a fine average particle size as obtained from the solid content recovered from the waste slurry, the present inventors do not completely melt unless the temperature is significantly higher than the melting point of silicon (1412 ° C.). I found a problem. For example, in order to quickly melt powdered silicon having an average particle diameter of 1 μm, it was necessary to heat to a temperature of 1800 ° C. or higher.
When the silicon material is heated to such a high temperature, there arises a problem that a power consumption for melting increases, and a problem that yield decreases because evaporation of molten silicon is accelerated.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、比較的低い温度で粉末状シリコン材料から高純度のシリコン塊を製造することができるシリコン塊の製造方法を提供するものである。
また本発明は、粉末状シリコン材料を溶融シリコンに追加投入しながら溶融を進める際において、従来以上に良好な溶融スピードを得ることができるシリコン塊の製造方法を提供するものである。
This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the manufacturing method of the silicon lump which can manufacture a high purity silicon lump from a powdery silicon material at comparatively low temperature.
In addition, the present invention provides a method for producing a silicon lump that can obtain a better melting speed than before when the melting is advanced while adding a powdered silicon material to the molten silicon.

本発明は、粉末状シリコン材料を溶融補助剤の存在下で溶融させて溶湯を形成する工程と、前記溶湯を固化させてシリコン塊を形成する工程と、前記溶湯を固化させる前に不純物を除去する工程とを備えるシリコン塊の製造方法である。   The present invention includes a step of melting a powdered silicon material in the presence of a melting aid to form a molten metal, a step of solidifying the molten metal to form a silicon lump, and removing impurities before solidifying the molten metal A process for producing a silicon lump.

前記溶融補助剤は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩又は酸化物の無水物若しくは水和物又はこれらの混合物からなってもよい。
前記溶融補助剤は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩又は酸化物の水和物を含んでもよい。
前記溶融補助剤は、炭酸塩の無水物若しくは水和物又はこれらの混合物からなってもよい。
前記粉末状シリコン材料に対する前記溶融補助剤の混合比率は、20wt%以上30wt%以下であってもよい。
前記粉末状シリコン材料を溶融させる温度は、1410℃以上1600℃以下であってもよい。
前記除去は、前記溶湯から前記不純物を物理的に除去すること、前記溶湯を収容している坩堝を傾けて前記溶湯中の溶融シリコンを出湯すること、及び前記坩堝の側面または下面に設置された開閉可能な穴を開くことにより前記溶湯中の溶融シリコンを出湯することの1つ以上によって行ってもよい。
前記粉末状シリコン材料は、金属シリコン塊の粉砕物から得てもよい。
前記粉末状シリコン材料は、シリコン加工時に発生するシリコン粉を含む廃液から得てもよい。
前記粉末状シリコン材料は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離して得てもよい。
前記粉末状シリコン材料は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン粉を含有するシリコン回収用固形分を取得する固液分離工程と、有機溶媒を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程からの前記シリコン回収用固形分に対して分級を行って分級前よりも砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高める分級工程とを備える方法によって得てもよい。
前記粉末状シリコン材料の平均粒径は、0.1μm以上1mm以下であってもよい。
ここで例示した種々の実施形態は、互いに組み合わせることができる。
The melting aid may comprise an alkali metal or alkaline earth metal salt or oxide anhydride or hydrate or a mixture thereof.
The melting aid may include an alkali metal or alkaline earth metal salt or oxide hydrate.
The melting aid may comprise a carbonate anhydride or hydrate or a mixture thereof.
The mixing ratio of the melting aid to the powdered silicon material may be 20 wt% or more and 30 wt% or less.
The temperature at which the powdered silicon material is melted may be 1410 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower.
The removal is performed by physically removing the impurities from the molten metal, tilting a crucible containing the molten metal to discharge molten silicon in the molten metal, and installed on a side surface or a lower surface of the crucible. It may be performed by one or more of discharging molten silicon in the molten metal by opening a hole that can be opened and closed.
The powdery silicon material may be obtained from a pulverized metal silicon lump.
The powdery silicon material may be obtained from a waste liquid containing silicon powder generated during silicon processing.
The powdered silicon material is obtained by solid-liquid separation of a waste slurry in which silicon powder is mixed in the slurry by cutting or polishing a silicon lump or a silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and a coolant, or a concentrated portion thereof. Also good.
The powdered silicon material is obtained by solid-liquid separation of a silicon slurry using a slurry containing abrasive grains and coolant or waste slurry in which silicon powder is mixed into the slurry or by concentrating the slurry by cutting or polishing the silicon wafer. A solid-liquid separation step of obtaining a solid content for silicon recovery containing, a cleaning step of washing the solid content for silicon recovery using an organic solvent, and a classification for the solid content for silicon recovery from the cleaning step May be obtained by a method including a classification step of reducing the content of abrasive grains and increasing the content of silicon than before classification.
The powdery silicon material may have an average particle size of 0.1 μm to 1 mm.
The various embodiments illustrated here can be combined with each other.

本発明によれば、粉末状のシリコン材料であっても、比較的低い温度で溶融することができる。さらに本発明においては、使用した溶融補助剤と粉末状シリコン材料の表面に形成された酸化シリコンとの反応によって生成されるガラス状の不純物を除去することにより、原料である粉末状シリコン材料よりも高純度なシリコン塊を得ることができる。   According to the present invention, even a powdery silicon material can be melted at a relatively low temperature. Furthermore, in the present invention, by removing glassy impurities generated by the reaction between the melting aid used and silicon oxide formed on the surface of the powdered silicon material, it is more effective than the raw material powdered silicon material. A high-purity silicon lump can be obtained.

本発明のシリコン塊の製造方法は、粉末状シリコン材料を溶融補助剤の存在下で溶融させて溶湯を形成する工程と、前記溶湯を固化させてシリコン塊を形成する工程と、前記溶湯を固化させる前に不純物を除去する工程とを備える。
まず、本発明者らが見出した、シリコンの粒径と溶融状態の関係について説明する。
シリコンを大気中などの酸素を含む雰囲気下に置いておくと、その表面が酸化して皮膜状の酸化シリコンを生じる。
酸化シリコンは軟化点(900℃〜1000℃)以上になると流動性が出るが、シリコンの融点以上の温度になっても、粘度が高いことが知られている。しかしながら、シリコンウエハの製造に通常使用されるサイズのシリコン材料(たとえば粒径5〜20cmの塊)においては、このような(皮膜状)酸化シリコンがシリコン材料の溶融に与える影響は無視でき、これらはシリコンの融点付近で良好に溶融できる。
The method for producing a silicon lump of the present invention includes a step of melting a powdered silicon material in the presence of a melting aid to form a molten metal, a step of solidifying the molten metal to form a silicon lump, and a solidifying of the molten metal. And a step of removing impurities before the step.
First, the relationship between the silicon particle size and the molten state, which has been found by the present inventors, will be described.
When silicon is placed in an atmosphere containing oxygen, such as in the air, the surface is oxidized to form a film-like silicon oxide.
Silicon oxide is fluid when it reaches a softening point (900 ° C. to 1000 ° C.) or higher, but is known to have a high viscosity even at a temperature higher than the melting point of silicon. However, in a silicon material of a size normally used for manufacturing a silicon wafer (for example, a lump having a particle size of 5 to 20 cm), the influence of such (film-like) silicon oxide on the melting of the silicon material is negligible. Can be melted well near the melting point of silicon.

ところが、本発明者らの検討によれば、シリコン材料の粒径が小さくなると酸化シリコンの影響が無視できないレベルとなり、実用的な溶融速度を得るためにはシリコン融点よりも有意に高い温度が必要であることがわかった。   However, according to the study by the present inventors, when the particle size of the silicon material is reduced, the influence of silicon oxide becomes a level that cannot be ignored, and a temperature significantly higher than the silicon melting point is necessary to obtain a practical melting rate. I found out that

たとえば、シリコン材料を微粉砕し、表1の通りに粒径をふるいわけした後、真空炉内で1800℃まで加熱、溶融し、溶湯上部に酸化シリコンからなる粘性流体が生成するか否かの確認を行った。表1の通り、1mm以下に微粉砕したシリコン材料を溶融すると、酸化シリコンからなる粘性流体が確認され、酸化シリコンの影響が無視できないことがわかった。   For example, after pulverizing a silicon material and sieving the particle size as shown in Table 1, it is heated and melted to 1800 ° C. in a vacuum furnace to determine whether or not a viscous fluid composed of silicon oxide is formed on the molten metal. Confirmed. As shown in Table 1, when the silicon material finely pulverized to 1 mm or less was melted, a viscous fluid composed of silicon oxide was confirmed, and it was found that the influence of silicon oxide cannot be ignored.

Figure 2009292656
Figure 2009292656

そして、本発明者らはこの知見に基づき、粉末状シリコン材料を溶融補助剤の存在下で溶融させて溶湯を形成することで、比較的低い温度で粉末状シリコン材料が溶融できるので、比較的低い温度で粉末状シリコン材料からシリコン塊を製造できることを見出し、本発明の完成に到った。   And based on this knowledge, the present inventors can melt the powdered silicon material in the presence of a melting aid to form a molten metal, so that the powdered silicon material can be melted at a relatively low temperature. The inventors found that a silicon mass can be produced from a powdered silicon material at a low temperature, and the present invention has been completed.

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

1.シリコン塊の製造方法
図1及び図2を用いて、本発明の一実施形態のシリコン塊の製造方法について説明する。図1は、本実施形態のシリコン塊の製造方法の実施に利用可能な装置の概念図である。図2は、本実施形態のシリコン塊の製造方法において、粉末状シリコン材料からシリコン塊を得るまでの過程を示す概念図である。
1. Silicon Mass Manufacturing Method A silicon mass manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus that can be used for carrying out the silicon lump manufacturing method of the present embodiment. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a process until a silicon lump is obtained from a powdered silicon material in the silicon lump manufacturing method of the present embodiment.

本実施形態のシリコン塊の製造方法は、粉末状シリコン材料3を溶融補助剤4の存在下で溶融させて溶湯2を形成する工程と、溶湯2を固化させてシリコン塊10を形成する工程と、溶湯2を固化させる前に不純物11を除去する工程とを備える。
本実施形態では、溶湯2は、坩堝1内において形成される。
以下、各構成要素について説明する。
The silicon lump manufacturing method of the present embodiment includes a step of melting the powdered silicon material 3 in the presence of the melting aid 4 to form the molten metal 2, and a step of solidifying the molten metal 2 to form the silicon lump 10. And a step of removing the impurities 11 before the molten metal 2 is solidified.
In the present embodiment, the molten metal 2 is formed in the crucible 1.
Hereinafter, each component will be described.

1−1.坩堝
坩堝1は、大気開放炉、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気内の炉、真空雰囲気の炉のいずれかに設置されるが、追装、連続溶融が容易であることから、大気開放炉が望ましい。
1-1. Crucible The crucible 1 is installed in any one of an open-air furnace, a furnace in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or a vacuum atmosphere furnace. Is desirable.

坩堝1の材質は、カーボン、ムライト、アルミナ、マグネシア等が適用可能であるが、大気開放炉を使用する場合、カーボンでは、酸化が著しいため、ムライト、アルミナが望ましい。   As the material of the crucible 1, carbon, mullite, alumina, magnesia, or the like can be applied. However, when an atmosphere open furnace is used, mullite and alumina are preferable because carbon is highly oxidized.

1−2.粉末状シリコン材料
粉末状シリコン材料3は、シリコンを含有する(好ましくは、主成分とする)粉末状の材料であり、一例では、図2(a)に示すように、シリコン粒5と、シリコン粒5を覆う酸化シリコン膜6と、不純物7とを含むものである。粉末状シリコン材料3中のシリコン含有量は、例えば、80〜99.99wt%であり、具体的には例えば80,85,90,95,99,99.9,99.99wt%である。シリコン含有量は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
1-2. Powdered silicon material The powdered silicon material 3 is a powdery material containing silicon (preferably having a main component). In one example, as shown in FIG. A silicon oxide film 6 covering the grains 5 and impurities 7 are included. The silicon content in the powdery silicon material 3 is, for example, 80 to 99.99 wt%, specifically, for example, 80, 85, 90, 95, 99, 99.9, 99.99 wt%. The silicon content may be within a range between any two of the numerical values exemplified herein.

粉末状シリコン材料3の平均粒径は、例えば、0.1μm〜1mm程度であり、体積に比べて表面積の割合が大きく、表面酸化膜の影響が無視できない程大きい。本発明において、「平均粒径」とは、コールターカウンター式の粒度分布計を用い、水、アルコール中に粉末状シリコン材料3を分散させ、また必要に応じてヘキサメタリン酸ナトリウム等の分散媒を用いて分散させて測定された粒度のD50(粒径分布の大きいまたは小さい方から50%が存在する粒径)を意味する。この定義に従うと、例えば、直径0.1μmの多数の粒子が凝集し見た目が10mmの塊となっている粉末状シリコン材料の場合、その平均粒径は約0.1μmになる。
粉末状シリコン材料3の平均粒径は、具体的には例えば、0.1μm,0.5μm,1μm,5μm,10μm,50μm,100μm,500μm,1mmである。この平均粒径は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
The average particle diameter of the powdered silicon material 3 is, for example, about 0.1 μm to 1 mm, and the ratio of the surface area is larger than the volume, and the influence of the surface oxide film cannot be ignored. In the present invention, the “average particle size” means a Coulter counter type particle size distribution meter, in which the powdered silicon material 3 is dispersed in water or alcohol, and if necessary, a dispersion medium such as sodium hexametaphosphate is used. The particle size D50 (particle size in which 50% is present from the larger or smaller particle size distribution) is measured. According to this definition, for example, in the case of a powdered silicon material in which a large number of particles having a diameter of 0.1 μm are aggregated to form a lump having a size of 10 mm, the average particle diameter is about 0.1 μm.
Specifically, the average particle diameter of the powdered silicon material 3 is, for example, 0.1 μm, 0.5 μm, 1 μm, 5 μm, 10 μm, 50 μm, 100 μm, 500 μm, and 1 mm. This average particle diameter may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.

粉末状シリコン材料3を得る方法は、特に限定されないが、粉末状シリコン材料3は、例えば、以下の方法で得ることができる   The method for obtaining the powdered silicon material 3 is not particularly limited, but the powdered silicon material 3 can be obtained, for example, by the following method.

(1)金属シリコン塊の粉砕物から粉末状シリコン材料を得る場合
粉末状シリコン材料3は、金属シリコン塊の粉砕物から得ることができる。金属シリコン塊とは、珪石や珪砂等の酸化珪素原料を還元して得られる精製前のシリコン塊を意味する。金属シリコン塊中のシリコン含有量は、特に限定されないが、一般に、98〜99wt%程度である。金属シリコン塊を粉砕する方法は、特に限定されないが、一例では、金属シリコン塊の粉砕物は、金属シリコン塊をジョークラッシャーで粗粉砕した後、ハンマーミル、ジェットミル等で微粉砕することにより得られる。金属シリコン塊の粉砕物をそのまま粉末状シリコン材料3としてもよく、金属シリコン塊の粉砕物に別の処理(例:酸又はアルカリ等での洗浄)を施したものを粉末状シリコン材料3としてもよい。
(1) When obtaining a powdery silicon material from a pulverized product of a metal silicon lump The powdered silicon material 3 can be obtained from a pulverized product of a metal silicon lump. A metal silicon lump means a silicon lump prior to purification obtained by reducing a silicon oxide raw material such as silica stone or quartz sand. The silicon content in the metal silicon mass is not particularly limited, but is generally about 98 to 99 wt%. The method of pulverizing the metal silicon lump is not particularly limited. In one example, the pulverized metal silicon lump is obtained by coarsely crushing the metal silicon lump with a jaw crusher and then finely crushing with a hammer mill, jet mill, or the like. It is done. The pulverized product of the metal silicon lump may be used as it is as the powdered silicon material 3, or the pulverized product of the metal silicon lump may be subjected to another treatment (eg, washing with acid or alkali) as the powdered silicon material 3. Good.

(2)シリコン加工時に発生する廃液から粉末状シリコン材料を得る場合
粉末状シリコン材料3は、シリコン加工(例:シリコンの円筒研削、シリコン切断、裏面研磨、ウエハスライス、つまり、シリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨)時に発生するシリコン粉を含む廃液から得ることができる。廃液は、シリコン粉と潤滑剤を含み、砥粒をさらに含む場合がある。潤滑剤は、例えば、水又は水溶性油である。従って、廃液から潤滑剤を除去し、さらに必要に応じて砥粒を除去することによって粉末状シリコン材料3が得られる。
(2) When obtaining powdered silicon material from waste liquid generated during silicon processing The powdered silicon material 3 is processed by silicon processing (for example, silicon cylindrical grinding, silicon cutting, back surface polishing, wafer slicing, that is, silicon lump or silicon wafer) It can be obtained from a waste liquid containing silicon powder generated at the time of cutting or polishing. The waste liquid contains silicon powder and a lubricant, and may further contain abrasive grains. The lubricant is, for example, water or a water-soluble oil. Therefore, the powdered silicon material 3 is obtained by removing the lubricant from the waste liquid and further removing the abrasive grains as necessary.

潤滑剤が水からなる場合、シリコン粉と水を含む廃液を回収し、フィルタープレスをかけることによりシリコン粉を多く含むケーキを回収し、これを更に乾燥機で加熱して水分を除去することにより潤滑剤を除去することができる。   When the lubricant consists of water, recover the waste liquid containing silicon powder and water, apply a filter press to recover the cake containing a lot of silicon powder, and then heat it with a dryer to remove moisture. Lubricant can be removed.

潤滑剤が水溶性油、例えばプロピレングリコールと水を主成分とする水溶性油からなる場合、シリコン粉と水溶性油を含む廃液を回収し、これをプロピレングリコールの沸点(187℃)以上の温度で真空蒸留する。真空度は10Torr以下が望ましい。真空蒸留することにより、液体分と固体分の分離を行い、固体分を回収する。固体分にはシリコンを多く含むが、油分が数%程度残留しており、これを除去するために、例えば、特開2007−246366のようにメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールのような有機溶剤で洗浄を行う。これによって、水溶性油からなる潤滑剤が除去される。   When the lubricant is composed of a water-soluble oil, for example, a water-soluble oil mainly composed of propylene glycol and water, a waste liquid containing silicon powder and water-soluble oil is recovered, and the temperature is equal to or higher than the boiling point (187 ° C.) of propylene glycol. Distill in vacuo. The degree of vacuum is preferably 10 Torr or less. By vacuum distillation, the liquid and solid components are separated and the solid component is recovered. The solid content contains a large amount of silicon, but the oil content remains on the order of several percent. In order to remove this, for example, it is washed with an organic solvent such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol as disclosed in JP2007-246366. I do. Thereby, the lubricant composed of water-soluble oil is removed.

また、廃液が砥粒を含む場合は、分級により、シリコン粉と砥粒の粒度の違いを利用して砥粒を分離して砥粒を除去する。分級には例えば、ホソカワミクロン(株)製ミクロンセパレーターが使用可能である。   Further, when the waste liquid contains abrasive grains, the abrasive grains are separated and separated by classification using the difference in particle size between the silicon powder and the abrasive grains. For classification, for example, a micron separator manufactured by Hosokawa Micron Corporation can be used.

また、廃液は、例えば、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分であり、廃スラリー又はその濃縮分から粉末状シリコン材料3を得る方法については、後で詳細に説明する。   The waste liquid is, for example, a waste slurry in which silicon powder is mixed into the slurry by cutting or polishing a silicon lump or a silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and coolant, or a concentrated portion thereof, and the waste slurry or the concentrated content thereof. The method for obtaining the powdered silicon material 3 from the minute will be described in detail later.

1−3.溶融補助剤
溶融補助剤4は、酸化シリコンの軟化点を低下させる機能を有するものであり、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩又は酸化物の無水物若しくは水和物又はこれらの混合物からなる。溶融補助剤4の存在下でシリコン材料3の溶融を行うことによって比較的低い温度でシリコン材料3からシリコン塊10を製造することができる。
1-3. Melting aid The melting aid 4 has a function of lowering the softening point of silicon oxide, for example, an alkali metal or alkaline earth metal salt, an oxide anhydride or hydrate, or a mixture thereof. Become. By melting the silicon material 3 in the presence of the melting aid 4, the silicon mass 10 can be produced from the silicon material 3 at a relatively low temperature.

アルカリ金属は、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムである。アルカリ土類金属は、例えば、マグネシウム、カルシウムである。塩は、例えば、炭酸塩である。水和物は、例えば、一水和物である。アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物は、例えば、酸化ナトリウム、酸化マグネシウムであり、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩は、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムである。   The alkali metal is, for example, lithium, sodium, or potassium. Alkaline earth metals are, for example, magnesium and calcium. The salt is, for example, carbonate. The hydrate is, for example, a monohydrate. The alkali metal or alkaline earth metal oxide is, for example, sodium oxide or magnesium oxide, and the alkali metal or alkaline earth metal salt is, for example, lithium carbonate, sodium carbonate, magnesium carbonate, potassium carbonate, or calcium carbonate. is there.

溶融補助剤4は、価格、不純物量及び入手容易性を考慮すると、炭酸塩(好ましくは、炭酸ナトリウム)の無水物若しくは水和物又はこれらの混合物からなることが好ましい。   In view of the price, the amount of impurities, and the availability, the melting aid 4 is preferably composed of an anhydride or hydrate of carbonate (preferably sodium carbonate) or a mixture thereof.

溶融補助剤4は、無水物のみからなっても、水和物のみからなっても、無水物と水和物の混合物からなってもよい。水和物は、後述するように溶融補助剤4とシリコン材料3との反応によって生成されるガラス状不純物8の粘度を低下させることによって不純物を効率的に除去し且つシリコンの回収率を向上させるという機能を有する。従って、粉末状シリコン材料3の粒径が小さい場合や粉末状シリコン材料3中の不純物の混入比率が高い場合には、水和物のみからなるか、水和物を含む溶融補助剤4を用いることが好ましい。なお、無水物は比較的安価であるという利点を有する。一例では、炭酸ナトリウム一水和物の一般的な価格は、炭酸ナトリウムの5倍程度である(炭酸ナトリウムは50〜100円/kg、炭酸ナトリウム一水和物は300〜400円/kg)。   The melting aid 4 may consist of an anhydride alone, a hydrate alone, or a mixture of an anhydride and a hydrate. As will be described later, the hydrate efficiently removes impurities by reducing the viscosity of the glassy impurities 8 generated by the reaction between the melting aid 4 and the silicon material 3, and improves the silicon recovery rate. It has the function. Therefore, when the particle size of the powdered silicon material 3 is small or when the mixing ratio of impurities in the powdered silicon material 3 is high, the melt auxiliary agent 4 consisting of hydrate or containing hydrate is used. It is preferable. Note that anhydrides have the advantage of being relatively inexpensive. In one example, the general price of sodium carbonate monohydrate is about 5 times that of sodium carbonate (sodium carbonate is 50-100 yen / kg, sodium carbonate monohydrate is 300-400 yen / kg).

シリコン材料3に対する溶融補助剤4の混合比率((溶融補助剤4の重量)/シリコン材料の重量)は、特に限定されないが、20wt%以上30wt%以下が好ましい。溶融補助剤4の混合比率が大きい方がシリコン材料3の融解を促進させるという利点がある一方、後述するガラス状不純物(例:ナトリウムガラス)の発生量が大きくなるという問題点もあるからである。この混合比率は、具体的には例えば20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30wt%である。この混合比率は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The mixing ratio of the melting aid 4 to the silicon material 3 ((weight of the melting aid 4) / weight of the silicon material) is not particularly limited, but is preferably 20 wt% or more and 30 wt% or less. This is because a larger mixing ratio of the melting aid 4 has an advantage of promoting the melting of the silicon material 3, but there is also a problem that a generation amount of glassy impurities (eg, sodium glass) described later is increased. . Specifically, the mixing ratio is, for example, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 wt%. This mixing ratio may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.

1−4.粉末状シリコンの溶融方法
粉末状シリコン材料3の溶融方法としては、坩堝1内に粉末状シリコン材料3と溶融補助剤4を投入し、その後、加熱することによって溶湯2を作製する方法(方法A)を挙げることができる。
また、坩堝1内部に初期の溶湯2を作っておき、この初期の溶湯2内に粉末状シリコン材料3と溶融補助剤4を追加投入して坩堝1を満杯にする溶融方法(方法B)が好ましい。この場合、溶湯からの伝熱により、シリコン材料3と溶融補助剤4を速やかに加熱することができるからである。
1-4. Method for Melting Powdered Silicon As a method for melting powdered silicon material 3, a method of producing molten metal 2 by charging powdered silicon material 3 and melting aid 4 into crucible 1 and then heating (method A) ).
In addition, there is a melting method (Method B) in which an initial molten metal 2 is made inside the crucible 1 and the crucible 1 is filled by adding the powdered silicon material 3 and the melting auxiliary agent 4 into the initial molten metal 2. preferable. In this case, the silicon material 3 and the melting aid 4 can be quickly heated by heat transfer from the molten metal.

初期の溶湯2の作製方法は特に限定されないが、一例では、坩堝1内部にシリコンを投入した後、常温から加熱を行うことにより作製する。加熱速度は坩堝1への熱衝撃を防ぐため低い速度、例えば、300℃/時間〜450℃/時間が望ましい。坩堝1内のシリコンの温度が1410℃に到達すれば、1410℃以上1600℃以下、好ましくは1550℃以上1600℃以下となるように制御を行う。初期の溶湯2ができた後に、坩堝1内に粉末状シリコン材料3と溶融補助剤4を追装して坩堝1が満杯になるようにする。
溶湯2の温度は、具体的には例えば、1410,1420,1430,1440,1450,1460,1470,1480,1490,1500,1510,1520,1530,1540,1550,1560,1570,1580,1590,1600℃である。溶湯2の温度は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
Although the manufacturing method of the initial molten metal 2 is not particularly limited, in one example, the silicon melt is introduced into the crucible 1 and then heated from room temperature. The heating rate is preferably a low rate, for example, 300 ° C./hour to 450 ° C./hour, in order to prevent thermal shock to the crucible 1. When the temperature of silicon in the crucible 1 reaches 1410 ° C., control is performed so that the temperature is 1410 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower, preferably 1550 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. After the initial molten metal 2 is formed, the crucible 1 is filled with the powdered silicon material 3 and the melting aid 4 in the crucible 1.
Specifically, the temperature of the molten metal 2 is, for example, 1410, 1420, 1430, 1440, 1450, 1460, 1470, 1480, 1490, 1500, 1510, 1520, 1530, 1540, 1550, 1560, 1570, 1580, 1590, 1600 ° C. The temperature of the molten metal 2 may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.

上記方法Aおよび方法Bにおいて、シリコン材料3と溶融補助剤4は、あらかじめ混合した後に坩堝1内に投入してもよく、両者をそれぞれ独立に、かつ同時に投入してもよい。また、どちらか一方を先に投入し、あとから他方を投入することを1回以上繰り返してもよい。   In the above method A and method B, the silicon material 3 and the melting aid 4 may be mixed in advance and then charged into the crucible 1, or both may be charged independently and simultaneously. Moreover, it is possible to repeat one or more times that either one is input first and the other is input later.

1−5.比較的低い温度で純度の高いシリコン塊が得られるメカニズムの説明
図2(a)〜(d)を用いて溶融補助剤4の存在下でシリコン材料3を加熱することによって比較的低い温度で純度の高いシリコン塊10が得られるメカニズムについて説明する。
以下、溶融補助剤4が炭酸ナトリウム又は炭酸ナトリウム一水和物からなる場合を例にとって説明を進めるが、溶融補助剤4がこれ以外の組成を有する場合も基本的に同様である。
1-5. Description of mechanism for obtaining high-purity silicon mass at relatively low temperature Purity at relatively low temperature by heating silicon material 3 in the presence of melting aid 4 using FIGS. 2 (a) to 2 (d) A mechanism for obtaining a high silicon mass 10 will be described.
Hereinafter, the description will be given by taking as an example the case where the melting aid 4 is made of sodium carbonate or sodium carbonate monohydrate, but the same is basically true when the melting aid 4 has a composition other than this.

粉末状シリコン材料3中のシリコン粒5を覆う酸化シリコン膜6(図2(a)を参照)は、溶融補助剤4と反応してガラス状不純物8を生成する(図2(b)を参照)。ガラス状不純物8の主成分は、溶融補助剤4が炭酸ナトリウムの場合は、ナトリウムガラスである。
ナトリウムガラスの生成は、以下の反応式で表される。
SiO2+Na2CO3→ Na2SiO3+CO2
これにより、酸化シリコン膜6の軟化点が低下する。軟化点は粉末状シリコン材料3と溶融補助剤4との投入比などにより異なるが、場合によっては1000℃付近まで低下する。
この際、ガラス状不純物8は酸化シリコンに比べて粘度が低いため、ガラス状不純物同士で固着、浮上してくる。粉末状シリコン材料3の内部5はSiO2等を含まない高純度のシリコンであり、シリコンの融点以上の温度に加熱されれば、液体状になり、溶融シリコン9が得られる。(図2(c)を参照)。
図2(a)〜図2(c)における各構成要素の性状は、表2に示す通りである。
The silicon oxide film 6 (see FIG. 2A) covering the silicon grains 5 in the powdered silicon material 3 reacts with the melting aid 4 to generate glassy impurities 8 (see FIG. 2B). ). The main component of the glassy impurity 8 is sodium glass when the melting aid 4 is sodium carbonate.
Formation of sodium glass is represented by the following reaction formula.
SiO 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SiO 3 + CO 2
Thereby, the softening point of the silicon oxide film 6 is lowered. The softening point varies depending on the charging ratio of the powdered silicon material 3 and the melting aid 4 and the like, but decreases to around 1000 ° C. depending on the case.
At this time, since the glassy impurities 8 have a lower viscosity than silicon oxide, the glassy impurities 8 are fixed and floated with each other. The inside 5 of the powdery silicon material 3 is high-purity silicon that does not contain SiO 2 or the like, and when heated to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon, it becomes liquid and a molten silicon 9 is obtained. (See FIG. 2 (c)).
Properties of each component in FIGS. 2A to 2C are as shown in Table 2.

Figure 2009292656
Figure 2009292656

ここで、溶融シリコン9の粘度は0.6mPa・sであるが、ガラス状不純物8の粘度
は例えば104〜106mPa・s程度と酸化シリコンの粘度より低いが、溶融シリコン9に比べて非常に大きい。また、ガラス状不純物8の密度は液体のシリコンに比べて小さいため、時間の経過とともに浮上してくる。
この時点において、粉体のシリコン材料3中に最初から含まれている不純物(例:ダイヤモンド、二酸化珪素、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、または、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Ru,Rh、Pd、In、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt)7は、一般に、固形物または粘度の高い液体であるため、ガラス状不純物8に取り込まれる状態となる。
さらに、ここで示した不純物7は、例えば、砥粒として使用していたもの(シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、アルミナ、ジルコニア、ダイヤモンド等)、ワイヤーや切断刃に含まれていたもの(FeやNi等の金属不純物)、金属シリコンに含まれていたもの(FeやNi等の金属不純物)を含んでいる
このように、酸化シリコン膜6と溶融補助剤4の反応によって生成したガラス状不純物8が、各種の不純物7を取り込み、かつ、溶融シリコン9との密度差により溶融シリコン9上に浮上するので、溶融シリコン9は粉末状シリコン材料3に比べて精製されたことになる。
Here, the viscosity of the molten silicon 9 is 0.6 mPa · s, but the viscosity of the glassy impurity 8 is, for example, about 10 4 to 10 6 mPa · s, which is lower than the viscosity of silicon oxide, but compared to the molten silicon 9. Very big. Further, since the density of the glassy impurities 8 is smaller than that of liquid silicon, the glassy impurities 8 emerge with the passage of time.
At this point, impurities (eg diamond, silicon dioxide, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, or Sc, Ti, V, Cr, Fe, etc. contained in the powder silicon material 3 from the beginning. (Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, In, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt) 7 is generally a solid or a liquid having a high viscosity. The impurity 8 is taken in.
Furthermore, the impurities 7 shown here are, for example, those used as abrasive grains (silicon carbide, silicon nitride, alumina, zirconia, diamond, etc.), and those contained in wires and cutting blades (Fe and Metal impurities such as Ni) and those contained in metal silicon (metal impurities such as Fe and Ni). Thus, glassy impurities 8 generated by the reaction of the silicon oxide film 6 and the melting aid 4 are contained. However, since various impurities 7 are taken in and float on the molten silicon 9 due to the density difference from the molten silicon 9, the molten silicon 9 is refined as compared with the powdered silicon material 3.

具体的な精製方法としては、不純物7とガラス状不純物8とからなる不純物11を除去すればよい。不純物11の除去は、溶湯2を固化させる前に不純物11を除去することによって行う。不純物11と溶融シリコン9との除去は、(1)浮上してきた不純物11を物理的に除去する(例:カーボン棒など耐熱性の高い材料でできた棒を用いて不純物11をかき出す)ことによって行ってもよく、(2)坩堝2を傾けて溶湯2中の溶融シリコン9を例えば鋳型に出湯することによって行ってもよく、(3)坩堝2の側面または下面に開閉可能な穴を設けておき、その穴を開くことにより溶湯2中の溶融シリコン9を例えば鋳型に出湯することによって行ってもよい。これらの2つ以上を組み合わせた方法によって行ってもよい。不純物11と溶融シリコン9とを分離した後、溶融シリコン9を固化させることによってシリコン塊10を得ることができる(図2(d)を参照))。   As a specific purification method, the impurity 11 composed of the impurity 7 and the glassy impurity 8 may be removed. The removal of the impurities 11 is performed by removing the impurities 11 before the molten metal 2 is solidified. The removal of the impurity 11 and the molten silicon 9 is performed by (1) physically removing the surfaced impurity 11 (for example, scraping out the impurity 11 using a rod made of a material having high heat resistance such as a carbon rod). (2) The crucible 2 may be tilted and the molten silicon 9 in the molten metal 2 may be discharged, for example, into a mold, and (3) an openable / closable hole is provided on the side surface or the lower surface of the crucible 2. Alternatively, the molten silicon 9 in the molten metal 2 may be discharged into a mold, for example, by opening the hole. You may carry out by the method of combining two or more of these. After separating the impurity 11 and the molten silicon 9, the molten silicon 9 can be solidified to obtain the silicon lump 10 (see FIG. 2 (d)).

また、溶融補助剤4として炭酸ナトリウムの代わりに炭酸ナトリウム一水和物を用いると、ガラス状不純物8の粘度をさらに低下させることができ、これによって、ガラス状不純物8中にシリコンが取り込まれることを防ぐことができ、これによってシリコンの回収率を向上させることができる。ガラス状不純物8の粘度が低下する作用は、必ずしも明らかではないが、水和物中の水が蒸発して水蒸気が発生することに起因していると推測される。   Further, when sodium carbonate monohydrate is used as the melting auxiliary agent 4 instead of sodium carbonate, the viscosity of the glassy impurity 8 can be further reduced, whereby silicon is taken into the glassy impurity 8. Thus, the silicon recovery rate can be improved. The action of reducing the viscosity of the glassy impurity 8 is not necessarily clear, but it is assumed that it is caused by the evaporation of water in the hydrate to generate water vapor.

なお、この「1−5」の項における説明は、上記方法Aについてのものであるが、上記方法Bにおいても、初期の溶湯2表面において同様の反応および溶融が進むことは明らかである。   The description in the section “1-5” is about the method A, but it is obvious that the same reaction and melting proceed on the surface of the initial molten metal 2 in the method B as well.

また、上記方法Bでは溶融シリコン上に粉末状シリコン材料を投入した際に粉末状シリコン材料が溶融シリコンに浮かぶために融けにくいという問題が存在しているが、本発明によれば、粉末状シリコン材料が速やかに溶融されるので、このような問題の発生が抑制される。   Further, in the above method B, there is a problem that the powdered silicon material floats on the molten silicon when the powdered silicon material is put on the molten silicon, but it is difficult to melt. Since the material is rapidly melted, the occurrence of such a problem is suppressed.

2.廃スラリー又はその濃縮分から粉末状シリコン材料を得る方法
ここで、廃スラリー又はその濃縮分から粉末状シリコン材料3を得る方法(以下、「シリコン材料取得方法」と呼ぶ。)について詳細に説明する。
2. Method for Obtaining Powdered Silicon Material from Waste Slurry or Concentrated Content Here, a method for obtaining powdered silicon material 3 from waste slurry or the concentrated content thereof (hereinafter referred to as “silicon material obtaining method”) will be described in detail.

このシリコン材料取得方法は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン粉を含有するシリコン回収用固形分を取得する固液分離工程と、有機溶媒を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程からの前記シリコン回収用固形分に対して分級を行って分級前よりも砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高める分級工程とを備える。   In this silicon material acquisition method, a silicon lump using a slurry containing abrasive grains and a coolant or a silicon slurry is cut or polished, and the waste slurry in which silicon powder is mixed into the slurry or its concentrated component is solid-liquid separated to obtain a silicon powder. A solid-liquid separation step of obtaining a solid content for silicon recovery containing, a cleaning step of washing the solid content for silicon recovery using an organic solvent, and a classification for the solid content for silicon recovery from the cleaning step And a classification step of reducing the content of abrasive grains and increasing the content of silicon than before classification.

また、このシリコン材料取得方法は、図3に示すように、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン粉を含有するシリコン回収用固形分を取得する固液分離部12と、有機溶媒を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄部13と、洗浄部13からの前記シリコン回収用固形分に対して分級を行って分級前よりも砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高める分級部14とを備えるシリコン材料取得装置を用いて実施することができる。
このシリコン材料取得装置は、乾燥及び粉砕部15、金属屑除去部17及び成形部18のうちの1つ以上を必要に応じて備える。
以下、各構成要素について説明する。
In addition, as shown in FIG. 3, the silicon material acquisition method includes a waste slurry in which silicon powder is mixed into the slurry by cutting or polishing a silicon lump or a silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and coolant, or concentration thereof. From the solid-liquid separation part 12 which solid-liquid-separates a part and acquires the solid content for silicon | silicone collection containing a silicon powder, the washing | cleaning part 13 which wash | cleans the said solid part for silicon | silicone collection | recovery using an organic solvent, Classifying the solid content for recovering silicon, and using a silicon material acquisition device including a classification unit 14 that reduces the content of abrasive grains and increases the content of silicon than before classification. it can.
This silicon material acquisition device includes one or more of a drying and pulverizing unit 15, a metal scrap removing unit 17, and a forming unit 18 as necessary.
Hereinafter, each component will be described.

2−1.固液分離部
固液分離部12は、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン回収用固形分を取得する。
2-1. Solid-Liquid Separation Unit The solid-liquid separation unit 12 performs solid-liquid separation on the waste slurry or its concentrated component to obtain a solid content for silicon recovery.

(1)廃スラリー、廃スラリーの濃縮分
まず、廃スラリーについて説明する。
廃スラリーとは、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入されたものである。廃スラリーの濃縮分とは、廃スラリーを濃縮したものである。
シリコン材料取得装置は、廃スラリーに混入されたシリコン粉を回収し、シリコン材料3とするためのものである。シリコン塊は、シリコンの塊であり、例えば、シリコンインゴットである。シリコン塊の形状は、特に限定されないが、一例では、円柱状や四角柱状である。
(1) Waste slurry, concentration of waste slurry First, the waste slurry will be described.
The waste slurry is a slurry in which silicon powder is mixed by cutting or polishing a silicon lump or a silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and coolant. The concentrated portion of the waste slurry is a concentrate of the waste slurry.
The silicon material acquisition device is for recovering silicon powder mixed in the waste slurry to obtain the silicon material 3. The silicon lump is a lump of silicon, for example, a silicon ingot. The shape of the silicon lump is not particularly limited, but in an example, it is a columnar shape or a quadrangular prism shape.

シリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨は、切断装置又は研磨装置を用いて行われ、この切断装置又は研磨装置から排出される使用済みのスラリーが廃スラリーである。
切断装置の一例は、シリコンインゴットの切断装置として広く用いられているマルチワイヤソー装置(以下、「MWS」と呼ぶ。)である。MWSとは一般に、複数のローラ間にワイヤを架け渡して巻き付け、砥粒とクーラントを含むスラリーをワイヤに供給しつつ走行させ、このワイヤに被切断物を押し付けて切断する切断装置のことである。このようなMWSを用いてシリコンインゴットを切断すると、スラリー中にシリコンの切断屑、破砕された砥粒及び破砕されなかった砥粒、さらにはワイヤの摩耗片である金属屑などが混入することになる。
The silicon lump or the silicon wafer is cut or polished using a cutting device or a polishing device, and the used slurry discharged from the cutting device or the polishing device is a waste slurry.
An example of the cutting device is a multi-wire saw device (hereinafter referred to as “MWS”) that is widely used as a silicon ingot cutting device. In general, MWS is a cutting device that wraps and winds a wire between a plurality of rollers, runs slurry while supplying slurry containing abrasive grains and coolant, and presses an object to be cut against the wire for cutting. . When a silicon ingot is cut using such MWS, silicon scraps, crushed abrasive grains and non-crushed abrasive grains, and metal scraps that are wear pieces of wires are mixed in the slurry. Become.

MWSでは、スラリーは、通常、繰り返し使用されるが、使用につれてスラリーに含まれるシリコンなどの比率が高くなる。これらの比率が高くなると(例えばスラリー中のシリコン比率が5wt%以上になると)、シリコンウエハに厚みムラ(TTVと表記されることが多い)や反りなどの不良が起こったり、ワイヤの断線が発生したりするなど、種々の問題が起きることが知られている。このため、適宜、スラリーの一部又は全部が廃スラリーとしてMWSの外に排出され、新しいスラリーがMWSに供給される。このMWSの外に排出された廃スラリーが、シリコン材料取得装置によって処理される。   In MWS, a slurry is usually used repeatedly, but the proportion of silicon or the like contained in the slurry increases with use. When these ratios become high (for example, when the silicon ratio in the slurry becomes 5 wt% or more), defects such as thickness unevenness (often expressed as TTV) and warpage occur in the silicon wafer, and wire breakage occurs. It is known that various problems occur. For this reason, part or all of the slurry is appropriately discharged out of the MWS as a waste slurry, and a new slurry is supplied to the MWS. The waste slurry discharged out of the MWS is processed by the silicon material acquisition device.

ここでスラリーの構成及び組成について説明する。スラリーは,砥粒とそれを分散するクーラントとからなる。砥粒は,その種類は限定されず,例えば,SiC,ダイヤモンド,CBN,アルミナなどからなる。クーラントは、その種類は限定されず、例えば、油性クーラント(鉱油をベースとしたオイル)や、水性クーラント(水をベースとしてグリコール系溶媒(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール又はポリエチレングリコール)、界面活性剤、有機酸などが添加されたもの)であってもよい。クーラントは、エチレングリコール、プロピレングリコール又はポリエチレングリコールなどの有機溶媒(水溶性有機溶媒)を主成分とし、ここに有機酸、ベントナイトなどの添加物を10wt%以下(好ましくは3wt%以下)添加したものであってもよい。なお、ここでいう「有機溶媒を主成分とする」とは、例えばクーラント中に20wt%以下(好ましくは15wt%以下)の水分が含まれていても良いことを意味している。   Here, the composition and composition of the slurry will be described. The slurry consists of abrasive grains and coolant that disperses them. The type of abrasive grains is not limited, and is made of, for example, SiC, diamond, CBN, alumina, or the like. The type of the coolant is not limited. For example, an oil-based coolant (oil based on mineral oil), an aqueous coolant (a glycol solvent based on water (for example, ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol), surfactant) Or an organic acid added thereto). The coolant is mainly composed of an organic solvent (water-soluble organic solvent) such as ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol, and an additive such as organic acid or bentonite is added thereto at 10 wt% or less (preferably 3 wt% or less). It may be. Note that the phrase “having the organic solvent as a main component” here means that, for example, the coolant may contain 20 wt% or less (preferably 15 wt% or less) of water.

(2)固液分離部の構成と、固液分離部による固液分離方法
次に、固液分離部12の構成と、固液分離部12による固液分離方法について説明する。
固液分離部12の構成は、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン回収用固形分を取得することが可能な構成であれば特に限定されず、固液分離部12は、例えば、遠心分離機、濾過装置又は蒸留装置などの固液分離装置を単独で又はこれらを2つ以上直列に組み合わせて構成される。組合せの具体例としては、(1)遠心分離機と蒸留装置、(2)遠心分離機と濾過装置又は(3)濾過装置と蒸留装置などである。(1)〜(3)において、遠心分離機、濾過装置又は蒸留装置は、それぞれ2つ以上含まれていてもよい。各固液分離部は、分離後の液分と固形分の何れを次の固液分離装置に送ってもよく、液分の一部と固形分の混合物又は固形分の一部と液分の混合物を次の固液分離装置に送ってもよい。
(2) Configuration of Solid-Liquid Separation Unit and Solid-Liquid Separation Method by Solid-Liquid Separation Unit Next, the configuration of the solid-liquid separation unit 12 and the solid-liquid separation method by the solid-liquid separation unit 12 will be described.
The configuration of the solid-liquid separation unit 12 is not particularly limited as long as it is a configuration capable of solid-liquid separation of the waste slurry or its concentrated component to obtain a solid content for silicon recovery. The solid-liquid separation device such as a centrifuge, a filtration device or a distillation device is used alone or in combination of two or more thereof in series. Specific examples of the combination are (1) a centrifuge and a distillation device, (2) a centrifuge and a filtration device, or (3) a filtration device and a distillation device. In (1) to (3), two or more centrifuges, filtration devices, or distillation devices may be included. Each solid-liquid separation unit may send either the separated liquid or solid content to the next solid-liquid separation device, and a part of the liquid and a mixture of solids or a part of the solids and liquid. The mixture may be sent to the next solid-liquid separator.

ここで、図4及び図5を用いて、固液分離部12の構成例について説明する。図4及び図5は、それぞれ、固液分離部12の構成を示すブロック図である。   Here, the structural example of the solid-liquid separation part 12 is demonstrated using FIG.4 and FIG.5. 4 and 5 are block diagrams showing the configuration of the solid-liquid separation unit 12, respectively.

(a)第1構成例
図3を用いて固液分離部12の第1構成例について説明する。本構成例の固液分離部12は、一次遠心分離機19と、二次遠心分離機21と、蒸留装置23とを備えている。
(A) First Configuration Example A first configuration example of the solid-liquid separation unit 12 will be described with reference to FIG. The solid-liquid separation unit 12 of this configuration example includes a primary centrifuge 19, a secondary centrifuge 21, and a distillation device 23.

一次遠心分離機19は、一次遠心分離により廃スラリー又はその濃縮分を一次液分と一次固形分に分離する。一次遠心分離は、比較的低速で行われ、例えば100G以上1000G以下で行われる。一次固形分は、砥粒が主成分となるので、洗浄、乾燥などの後、再生砥粒としてMWS等にて再利用できる。一次液分は、二次遠心分離機21に送られる。なお、一次液分は、二次遠心分離機21に送る代わりに、蒸留装置23に直接送ってもよい。この場合、二次遠心分離機21は、省略可能である。   The primary centrifuge 19 separates the waste slurry or its concentrated component into a primary liquid component and a primary solid component by primary centrifugation. The primary centrifugation is performed at a relatively low speed, for example, 100 G or more and 1000 G or less. Since the primary solid content is mainly composed of abrasive grains, it can be reused as recycled abrasive grains in MWS or the like after washing, drying and the like. The primary liquid is sent to the secondary centrifuge 21. The primary liquid may be sent directly to the distillation apparatus 23 instead of being sent to the secondary centrifuge 21. In this case, the secondary centrifuge 21 can be omitted.

二次遠心分離機21は、二次遠心分離により一次液分を二次液分と二次固形分に分離する。二次遠心分離は、比較的高速で行われ、例えば2000G以上5000G以下で行われる。二次固形分には、主にシリコンが含まれ、一次遠心分離で分離できなかった砥粒も含まれている。二次固形分は、廃棄してもよく、後述する第2構成例のように一部又は全部をシリコン再生のために使用してもよい。二次液分中には、シリコンが多く含まれているので、二次液分を蒸留することによりシリコンを多く含むシリコン回収用固形分を得ることができる。二次液分は、蒸留装置23に送られる。なお、二次液分の代わりに二次固形分を蒸留装置23に送ってもよい。また、二次液分の一部と二次固形分を混合したものや、二次固形分の一部と二次液分とを混合したものを蒸留装置23に送ってもよい。   The secondary centrifuge 21 separates the primary liquid component into a secondary liquid component and a secondary solid content by secondary centrifugation. The secondary centrifugation is performed at a relatively high speed, for example, 2000 G or more and 5000 G or less. Secondary solids mainly contain silicon and also contain abrasive grains that could not be separated by primary centrifugation. The secondary solid content may be discarded, or a part or all of the secondary solid content may be used for silicon regeneration as in a second configuration example described later. Since the secondary liquid contains a large amount of silicon, a solid content for silicon recovery containing a large amount of silicon can be obtained by distilling the secondary liquid. The secondary liquid is sent to the distillation device 23. In addition, you may send a secondary solid content to the distillation apparatus 23 instead of a secondary liquid component. Moreover, you may send to the distillation apparatus 23 what mixed a part of secondary liquid part and secondary solid content, and what mixed a part of secondary solid part and secondary liquid part.

蒸留装置23は、蒸留により二次液分を蒸留液分と蒸留固形分とに分離する。蒸留は、減圧下(例えば、5Torr以上20Torr以下)で行うことが好ましい。減圧により液体の沸点が下がるため、比較的低温及び/又は高速での蒸留が可能になるからである。なお、蒸留液分は、そのまま(蒸留クーラント)又は別途再生処理を施して再生クーラントとしてMWS等にて再利用できる。蒸留固形分は、シリコン回収用固形分として、洗浄部13に送られる。   The distillation apparatus 23 separates the secondary liquid component into a distillate liquid component and a distilled solid content by distillation. The distillation is preferably performed under reduced pressure (for example, 5 Torr to 20 Torr). This is because distillation at a relatively low temperature and / or high speed becomes possible because the boiling point of the liquid is lowered by the reduced pressure. The distillate can be reused as it is (distilled coolant) or separately as a regenerated coolant by MWS or the like. The distilled solid content is sent to the cleaning unit 13 as a solid content for silicon recovery.

(b)第2構成例
図5を用いて固液分離部12の第2構成例について説明する。本構成例の固液分離部12は、一次遠心分離機19と、二次遠心分離機21と、第1蒸留装置23aと、第2蒸留装置23bとを備えている。
(B) Second Configuration Example A second configuration example of the solid-liquid separation unit 12 will be described with reference to FIG. The solid-liquid separator 12 of this configuration example includes a primary centrifuge 19, a secondary centrifuge 21, a first distillation device 23a, and a second distillation device 23b.

一次遠心分離機19については、第1構成例での説明がそのまま当てはまる。   Regarding the primary centrifuge 19, the description in the first configuration example applies as it is.

二次遠心分離機21についても、第1構成例と類似しているが、本構成例では、二次固形分の一部又は全部が、後述する第1蒸留装置23aからの蒸留固形分と共に、第2蒸留装置23bに送られる点が異なっている。   The secondary centrifuge 21 is also similar to the first configuration example, but in this configuration example, a part or all of the secondary solids, together with the distilled solid content from the first distillation apparatus 23a described later, The point which is sent to the 2nd distillation apparatus 23b differs.

第1蒸留装置23aは、第1構成例の蒸留装置23と類似しているが、第1蒸留装置23aからの蒸留固形分は、シリコン回収用固形分として取り出される代わりに、第2蒸留装置23bに送られる。二次固形分の一部又は全部と第1蒸留装置23aからの蒸留固形分は、混合された後に第2蒸留装置23bに送られるか、第2蒸留装置23b内において混合される。   The first distillation apparatus 23a is similar to the distillation apparatus 23 of the first configuration example, but instead of taking the distilled solid content from the first distillation apparatus 23a as the solid content for silicon recovery, the second distillation apparatus 23b is used. Sent to. Part or all of the secondary solids and the distilled solids from the first distillation apparatus 23a are mixed and then sent to the second distillation apparatus 23b or mixed in the second distillation apparatus 23b.

第2蒸留装置23bは、蒸留の対象が異なる点を除いては、第1構成例の蒸留装置23と同じである。なお、ここでは、2つの蒸留装置を用いて2度の蒸留を行う例を示したが、1つの蒸留装置を用いて2度の蒸留を行ってもよい。この場合、第2蒸留装置23bは、省略され、二次固形分の一部又は全部と第1蒸留装置23aからの蒸留固形分は、再度、第1蒸留装置23aに送られて再度蒸留される。   The second distillation apparatus 23b is the same as the distillation apparatus 23 of the first configuration example except that the subject of distillation is different. In addition, although the example which distills twice using two distillation apparatuses was shown here, you may distill twice using one distilling apparatus. In this case, the second distillation apparatus 23b is omitted, and a part or all of the secondary solid content and the distilled solid content from the first distillation apparatus 23a are sent again to the first distillation apparatus 23a and distilled again. .

2−2.洗浄部
次に、洗浄部13について説明する。洗浄部13は、有機溶媒を用いてシリコン回収用固形分を洗浄する。シリコン回収用固形分には、通常、グリコール系溶媒や添加物などの、クーラント由来の残留有機物(以下、「残留クーラント」と呼ぶ。)が5wt%〜20wt%程度含まれており、そのままではシリコン材料3の純度を下げる原因となる。また、残留有機物は、シリコン材料3が溶融される際にSiCを形成し、溶融シリコンが固化されて形成されるシリコンインゴット中に不要なSiCを発生させる原因になる。そこで、残留クーラント濃度を低下させるために、シリコン回収用固形分の洗浄が行われる。
使用する有機溶媒は、クーラントに対し相溶性を有するものが好ましい。この場合、残留クーラントが有機溶媒中に抽出されやすいからである。有機溶媒は、例えば,炭素数が1〜6(好ましくは,1,2,3,4,5及び6の何れか2つの間の範囲)のアルコール又は炭素数が1〜3(好ましくは,3,4,5及び6の何れか2つの間の範囲)のケトンである。このようなアルコールの具体例としては,メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどが挙げられる。このようなケトンの具体例としては,アセトンやメチルエチルケトンが挙げられる。有機溶媒は,複数種類の有機溶媒の混合物であってもよい。また、有機溶媒は、クーラントよりも沸点が低いものが好ましい。具体的には、有機溶媒は,クーラントよりも,沸点が50℃以上(好ましくは,60℃,70℃,80℃,90℃又は100℃以上)低いものが好ましい。有機溶媒は、通常、後工程で蒸発させて除去するが、沸点が低いものであれば、蒸発され易いからである。
2-2. Next, the cleaning unit 13 will be described. The cleaning unit 13 cleans the solid content for silicon recovery using an organic solvent. The solid content for silicon recovery usually contains about 5 wt% to 20 wt% of residual organic substances derived from coolant (hereinafter referred to as “residual coolant”) such as glycol solvents and additives. This causes a decrease in the purity of the material 3. Further, the residual organic matter forms SiC when the silicon material 3 is melted, and causes unnecessary SiC to be generated in the silicon ingot formed by solidifying the molten silicon. Therefore, in order to reduce the residual coolant concentration, the silicon recovery solids are washed.
The organic solvent used is preferably compatible with the coolant. In this case, the residual coolant is easily extracted into the organic solvent. The organic solvent is, for example, an alcohol having 1 to 6 carbon atoms (preferably, a range between any two of 1, 2, 3, 4, 5, and 6) or 1 to 3 carbon atoms (preferably 3 , 4, 5, and 6). Specific examples of such alcohol include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol and the like. Specific examples of such ketones include acetone and methyl ethyl ketone. The organic solvent may be a mixture of a plurality of types of organic solvents. Further, the organic solvent preferably has a lower boiling point than the coolant. Specifically, the organic solvent preferably has a boiling point lower by 50 ° C. or more (preferably 60 ° C., 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C. or 100 ° C. or more) than the coolant. This is because the organic solvent is usually removed by evaporation in a later step, but if it has a low boiling point, it is easily evaporated.

洗浄部13に用いる装置は、シリコン回収用固形分中の残留クーラントを有機溶媒に抽出して除去できるものであれば、その構成は限定されず、例えば、シリコン回収用固形分と有機溶媒とを混合し、振動、回転又は攪拌などによりシリコン回収用固形分中の残留有機物の少なくとも一部を有機溶媒中に抽出し、この有機溶媒を除去する機能を有する装置が採用可能である。有機溶媒の除去は、例えば遠心分離や濾過によって行うことができる。従って、洗浄部13は、例えば、容器中に投入したシリコン回収用固形分と有機溶媒との混合物を攪拌する攪拌羽根などを有する攪拌装置と、攪拌された混合物から有機溶媒を除去する遠心分離機又は濾過装置とで構成される。   The configuration of the apparatus used for the cleaning unit 13 is not limited as long as the residual coolant in the solid content for silicon recovery can be extracted and removed into an organic solvent. For example, the solid content for silicon recovery and the organic solvent can be removed. A device having a function of mixing, extracting at least a part of the residual organic matter in the solid content for silicon recovery into an organic solvent by vibration, rotation or stirring and removing the organic solvent can be employed. The removal of the organic solvent can be performed, for example, by centrifugation or filtration. Accordingly, the cleaning unit 13 includes, for example, a stirrer having a stirring blade that stirs a mixture of the solids for collecting silicon and the organic solvent charged in the container, and a centrifuge that removes the organic solvent from the stirred mixture. Or it is comprised with a filtration apparatus.

2−3.乾燥及び粉砕部
次に、乾燥及び粉砕部15について説明する。乾燥及び粉砕部15は、洗浄後のシリコン回収用固形分に残留している有機溶媒を除去すると共に、シリコン回収用固形分を粉砕する機能を有する。乾燥と粉砕は、同時に行ってもよく、乾燥を行ってから粉砕を行ってもよく、その逆であってもよい。シリコン回収用固形分の乾燥は、例えば、シリコン回収用固形分を加熱するか、シリコン回収用固形分の周囲雰囲気を減圧することによって行うことができる。シリコン回収用固形分の粉砕は、粉砕羽根を用いた粉砕装置、ボールミル、ジェットミル、振動真空乾燥機などの公知の装置を用いて行うことができる。
2-3. Next, the drying and pulverizing unit 15 will be described. The drying and pulverizing unit 15 has a function of removing the organic solvent remaining in the silicon recovery solid content after washing and pulverizing the silicon recovery solid content. Drying and pulverization may be performed at the same time, pulverization may be performed after drying, or vice versa. The silicon recovery solid content can be dried by, for example, heating the silicon recovery solid content or reducing the ambient atmosphere of the silicon recovery solid content. The pulverization of the solid content for silicon recovery can be performed using a known device such as a pulverizer using a pulverizing blade, a ball mill, a jet mill, or a vibration vacuum dryer.

シリコン回収用固形分は、自然乾燥させてもよく、また、後述する分級装置による分級の際に乾燥させてもよいので、シリコン回収用固形分の乾燥は、省略することができる。また、シリコン回収用固形分は、例えばサイクロン装置のような分級装置による分級の際に粉砕してもよいので、シリコン回収用固形分の粉砕は、省略することができる。従って、乾燥及び粉砕部15は、乾燥部であってもよく、粉砕部であってもよく、省略することもできる。   The solid content for silicon recovery may be naturally dried, or may be dried at the time of classification by a classifier described later, so that drying of the solid content for silicon recovery can be omitted. Further, since the solid content for silicon recovery may be pulverized during classification by a classification device such as a cyclone device, the pulverization of the solid content for silicon recovery can be omitted. Accordingly, the drying and pulverizing unit 15 may be a drying unit, a pulverizing unit, or may be omitted.

2−4.分級部
次に、分級部14について説明する。分級部14は、洗浄後のシリコン回収用固形分に対して分級を行う。分級の目的の1つは、分級前のよりも、砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高めることである。分級とは、粒径や密度などの粒子パラメータに基づいて粒子を分別する方法である。分級部14は、篩、慣性分級装置又は遠心分級装置などで構成することができる。
2-4. Next, the classifying unit 14 will be described. The classifying unit 14 classifies the solid content for silicon recovery after washing. One of the purposes of classification is to reduce the content of abrasive grains and increase the content of silicon than before classification. Classification is a method of classifying particles based on particle parameters such as particle size and density. The classifying unit 14 can be configured by a sieve, an inertia classifier, a centrifugal classifier, or the like.

シリコン回収用固形分に対して分級を行うと、シリコン、砥粒及び金属の含有率は、それぞれ、粒子パラメータの値に依存して変化する。
例えば、粒子パラメータが粒径である場合、シリコン含有率は、粒径に依存して変化する(一例では、粒径5μmまでは粒径が大きくなるに伴ってシリコン含有率も大きくなり、粒径5μmでシリコン含有率が最大になって、それ以降は、粒径が大きくなるにつれてシリコン含有率が小さくなる。)。粒径がある所定範囲(例えば、1μm以上10μm未満)である粒子のグループのシリコン含有率は、粒径がこれ以外(例えば、1μm未満又は10μm以上)である粒子のグループよりも高くなり、また、分級前のシリコン回収用固形分よりも高くなる。この場合、前者のグループでは、通常、砥粒の含有率は、後者のグループよりも低くなり、また、分級前のシリコン回収用固形分よりも低くなる。従って、前者のグループを分級部14から取り出すことによって、分級前よりも砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高めることができる。
When classification is performed on the solid content for silicon recovery, the contents of silicon, abrasive grains, and metal change depending on the value of the particle parameter.
For example, when the particle parameter is the particle size, the silicon content varies depending on the particle size (in one example, the silicon content increases as the particle size increases up to a particle size of 5 μm, and the particle size The silicon content becomes maximum at 5 μm, and thereafter, the silicon content decreases as the particle size increases.) The silicon content of a group of particles having a particle size within a certain range (for example, 1 μm or more and less than 10 μm) is higher than the group of particles having a particle size other than this (for example, less than 1 μm or 10 μm or more), and It becomes higher than the solid content for silicon recovery before classification. In this case, in the former group, the abrasive grain content is usually lower than in the latter group, and lower than the solid content for silicon recovery before classification. Therefore, by removing the former group from the classification unit 14, it is possible to reduce the content of abrasive grains and increase the content of silicon compared to before classification.

また、粒径がある所定範囲(例えば、1μm未満、又は0.1μm以上1μm未満)である粒子のグループの金属の含有率は、粒径がこれ以外(例えば、1μm以上)である粒子のグループよりも高くなり、また、分級前のシリコン回収用固形分よりも高くなる。従って、金属の含有率が高いグループを取り除くことによって、シリコン回収用固形分の金属の含有率を分級前よりも低くすることができる。   In addition, the metal content of a group of particles having a particle size within a predetermined range (for example, less than 1 μm, or 0.1 μm or more and less than 1 μm) is a group of particles having a particle size other than this (for example, 1 μm or more). Higher than the solid content for silicon recovery before classification. Therefore, by removing the group having a high metal content, the metal content of the solids for silicon recovery can be made lower than that before classification.

なお、分級に関する説明において、「粒径」とは、JIS R1629に準拠した方法で測定したものを意味する。「粒径Xμm未満の粉体」とは、その粉体中の98%の粒子の粒径がXμm未満であるような粉体を意味する。「粒径Yμm以上Zμm未満の粉体」とは、「粒径Zμm未満の粉体」の中から「粒径Yμm未満の粉体」を除いて残った粉体を意味する。
粒子パラメータが粒径以外のものであっても上記説明は同様に当てはまり、分級によって、分級前よりも砥粒の含有率を低減させかつシリコンの含有率を高めることができる。
In the description of classification, “particle size” means that measured by a method in accordance with JIS R1629. The “powder having a particle size of less than X μm” means a powder having a particle size of 98% of particles in the powder of less than X μm. The “powder having a particle size of Y μm or more and less than Z μm” means a powder remaining after removing “a powder having a particle size of less than Y μm” from the “powder of a particle size of less than Z μm”.
Even if the particle parameter is other than the particle size, the above description is similarly applied, and by classification, the content of abrasive grains can be reduced and the content of silicon can be increased as compared to before classification.

分級後のシリコン回収用固形分は、そのまま粉末状シリコン材料3として回収してもよく、成形部18に送って造粒させてもよい。   The solid content for silicon recovery after classification may be recovered as it is as the powdered silicon material 3 or may be sent to the molding unit 18 for granulation.

ここで、分級の具体例について説明する。
(1)2種類の粉体に分離
この例では、シリコン回収用固形分を第1粒径範囲を有しシリコンを主成分とする第1粉体と第2粒径範囲を有し第1粉体よりも砥粒の含有率が高い第2粉体とに分離する。
例えば、砥粒として粒径10μm以上30μm以下のSiCを用いた場合、分級により得られる0.1μm以上10μm未満の粒径範囲をもつ第1粉体はシリコンを主成分とし、10μm以上30μm以下の粒径範囲をもつ第2粉体は、第1粉体よりも砥粒の含有率が高くなることが分かる。第2粉体は、砥粒の再生に利用することができる。
Here, a specific example of classification will be described.
(1) Separation into two types of powders In this example, the solid content for silicon recovery is a first powder having a first particle size range and silicon as a main component, and a first powder having a second particle size range. It isolate | separates into the 2nd powder whose content rate of an abrasive grain is higher than a body.
For example, when SiC having a particle size of 10 μm or more and 30 μm or less is used as the abrasive grain, the first powder having a particle size range of 0.1 μm or more and less than 10 μm obtained by classification is mainly composed of silicon and has a particle size of 10 μm or more and 30 μm or less. It can be seen that the second powder having a particle size range has a higher abrasive content than the first powder. The second powder can be used for regeneration of abrasive grains.

(2)3種類の粉体に分離
この例では、シリコン回収用固形分を第3粒径範囲を有しシリコンを主成分とする第3粉体と、第4の粒径範囲を有し第3粉体よりも砥粒の含有率が高い第4粉体と、第5の粒径範囲を持ち第3粉体よりも金属の含有率が高い第5粉体とに分離する。
ワイヤに由来する金属屑(鉄を主成分として含む)の多くは、1μmより小さな粒径を持つ。よって分級によって得られる、例えば1μm以上10μm未満の粒径範囲をもつ第3粉体はシリコンを主成分とし、10μm以上30μm未満の粒径範囲をもつ第4粉体は、第3粉体よりも砥粒の含有率が高くなり、0.1μm以上1μm未満の粒径を持つ第5粉体は、第3粉体よりも金属の含有率が高くなることが分かる。第4粉体は、砥粒の再生に利用することができる。
(2) Separation into three types of powders In this example, the solid content for silicon recovery is a third powder having a third particle size range and containing silicon as a main component, and a fourth particle size range having a fourth particle size range. The powder is separated into a fourth powder having a higher abrasive content than the third powder and a fifth powder having a fifth particle size range and a higher metal content than the third powder.
Many metal scraps (including iron as a main component) derived from wires have a particle size smaller than 1 μm. Therefore, for example, the third powder having a particle size range of 1 μm or more and less than 10 μm obtained by classification is composed mainly of silicon, and the fourth powder having a particle size range of 10 μm or more and less than 30 μm is more than the third powder. It turns out that the content rate of an abrasive grain becomes high and the content rate of a metal is higher than the 3rd powder in the 5th powder with a particle size of 0.1 micrometer or more and less than 1 micrometer. The fourth powder can be used for regenerating abrasive grains.

このように3種類以上の粉体への分級を行い、金属の含有率が多い粉体(上記例では第5粉体)を取り除くことにより、従来のように硫酸、硝酸などの酸水溶液を用いて金属を除去することなく、ワイヤ由来の金属の混入を抑制したシリコン材料3を得ることができる。   In this way, by classifying into three or more types of powder and removing the powder having a high metal content (the fifth powder in the above example), an acid aqueous solution such as sulfuric acid or nitric acid is used as in the past. Thus, it is possible to obtain the silicon material 3 in which mixing of the metal derived from the wire is suppressed without removing the metal.

2−5.金属屑除去部
次に、金属屑除去部17について説明する。金属屑除去部17は、磁場を用いて、シリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨時に廃スラリーに混入する(例えば、シリコン切断用ワイヤに由来する)強磁性体の金属(例えば、鉄)屑を除去する機能を有する。金属屑は、シリコン又はSiCが付着した状態で除去されることもある。金属屑除去部17は、例えば、磁石により構成される。
2-5. Metal Waste Removal Part Next, the metal waste removal part 17 will be described. The metal debris removal unit 17 uses a magnetic field to remove ferromagnetic metal (for example, iron) debris mixed in waste slurry (for example, derived from a silicon cutting wire) when cutting or polishing a silicon lump or silicon wafer. Has the function of removing. Metal debris may be removed with silicon or SiC attached. The metal waste removing unit 17 is configured by, for example, a magnet.

金属屑の除去は、洗浄用の有機溶媒中に分散された状態のシリコン回収用固形分、又は粉末状態のシリコン回収用固形分(例えば洗浄部による洗浄後のシリコン回収用固形分、これを粉砕したシリコン回収用固形分)、分級時に気流によって搬送されている粉体、分級後のシリコン回収用固形分の何れか1つ又は2つ以上に対して行うことができる。従って、金属屑除去部17は、例えば、洗浄部13、乾燥及び粉砕部15及び分級部14のうちの何れか1つ以上に設けることができる。シリコン回収用固形分から金属屑を除去することによって、シリコン材料3中の金属濃度を低下させることができる。また、MWSに用いられるワイヤにはリンが含まれることが多く、この場合、廃スラリーに混入する金属屑にもリンが含まれることになる。リンは、P型太陽電池作製には不要な成分であるために溶融前に取り除くことが好ましいが、金属屑除去部17を設けることによって、金属屑の除去と共にリンも除去することができる。   The removal of metal debris is performed by pulverizing silicon recovery solids dispersed in a cleaning organic solvent, or powdered silicon recovery solids (for example, silicon recovery solids after cleaning by a cleaning unit). The solid content for silicon recovery), the powder conveyed by the air flow during classification, and the solid content for silicon recovery after classification can be applied to any one or two or more. Therefore, the metal scrap removing unit 17 can be provided in any one or more of the cleaning unit 13, the drying and pulverizing unit 15, and the classifying unit 14, for example. The metal concentration in the silicon material 3 can be reduced by removing the metal scrap from the solid content for silicon recovery. Moreover, the wire used for MWS often contains phosphorus, and in this case, the metal waste mixed in the waste slurry also contains phosphorus. Phosphorus is a component unnecessary for the production of a P-type solar cell, and therefore it is preferable to remove it before melting. However, by providing the metal waste removal unit 17, phosphorus can be removed together with removal of metal waste.

2−6.成形部
次に、成形部18について説明する。成形部18は、シリコン回収用固形分を加圧して板状、ブロック状、ペレット状などに造粒する機能を有する装置であれば、その構成は、特に限定されない。成形部18には、例えば、プレス加圧型の造粒装置、ローラー加圧式の造粒装置が使用可能である。成型条件は、例えば、室温で、加圧圧力3〜60ton/cm2で行うことができる。また、加圧時に加熱を行っても良い。シリコン回収用固形分は、造粒によって、その取り扱いが容易になり、かつ熱伝導がスムーズになって溶融されやすくなる。
2-6. Molding Part Next, the molding part 18 will be described. If the shaping | molding part 18 is an apparatus which pressurizes solid content for silicon | silicone collection | recovery and granulates in plate shape, block shape, pellet shape etc., the structure will not be specifically limited. For the molding unit 18, for example, a press-press type granulator or a roller press-type granulator can be used. The molding conditions can be performed, for example, at room temperature and a pressure of 3 to 60 ton / cm 2 . Moreover, you may heat at the time of pressurization. The solid content for silicon recovery is easily handled by granulation, and heat conduction becomes smooth and is easily melted.

成形部18によって造粒されたシリコン回収用固形分は、粉末状シリコン材料3として回収することができる。   The solid content for silicon recovery granulated by the molding unit 18 can be recovered as the powdered silicon material 3.

ここまでは、シリコン材料取得装置を例にとって説明を進めたが、シリコン材料取得装置についての説明は、基本的に、シリコン材料取得方法についても当てはまる。   The description so far has been made by taking the silicon material acquisition apparatus as an example, but the description of the silicon material acquisition apparatus basically applies to the silicon material acquisition method.

3.効果検証試験
以下の方法に従って本発明の効果検証実験を行った。
3. Effect verification test The effect verification experiment of the present invention was performed according to the following method.

3−1.実施例1
実施例1では、以下の方法に従って、初期溶湯作製、材料投入、不純物除去、傾動出湯を行った。
3-1. Example 1
In Example 1, initial molten metal preparation, material charging, impurity removal, and tilting hot water were performed according to the following method.

3−1−1.初期溶湯作製工程
以下の方法により坩堝内に初期の溶湯を作製した。
まず、傾動可能な大気開放型の誘導加熱炉の炉体内部にアルミナ製の坩堝をセッティングした。坩堝には、直径500mm、高さ700mm、肉厚40mmのものを用いた。その内部に純度7Nの粒状の金属シリコンを50kg投入した。
粒状の金属シリコンは、例えば、金属シリコンをジョークラッシャーで粗粉砕した後、カッターミルで粉砕し、平均粒径を2mmとしたものを用いた。前記のように粒径を2mm程度とすることにより、溶融が早くなる。
次に、導電率が高いカーボン棒を坩堝中心に挿入しカーボン棒を加熱してカーボン棒からの熱を伝えることにより、金属シリコンを溶融した(なお、カーボン棒を挿入したのは、金属シリコンは固体状態では導電率が低いため誘導加熱による加熱の影響を受けないからである)。
3-1-1. Initial molten metal production process The initial molten metal was produced in the crucible by the following method.
First, an alumina crucible was set inside the tiltable open-air induction heating furnace. A crucible having a diameter of 500 mm, a height of 700 mm, and a wall thickness of 40 mm was used. 50 kg of granular metal silicon having a purity of 7N was introduced therein.
As the granular metal silicon, for example, metal silicon was roughly pulverized with a jaw crusher and then pulverized with a cutter mill to have an average particle diameter of 2 mm. As described above, by setting the particle size to about 2 mm, melting is accelerated.
Next, by inserting a carbon rod with high conductivity into the crucible center and heating the carbon rod to transmit heat from the carbon rod, the metal silicon was melted. This is because the electrical conductivity is low in the solid state and is not affected by the heating by induction heating).

誘導加熱の出力は、加熱初期は20kWとし、その後1kW/分ずつ上昇させていき、140kWで保持した。このように、出力をゆっくりと上昇させることによってアルミナ坩堝に対して過剰な熱衝撃が加わらないようにした。誘導加熱の周波数は1kHzとした。
金属シリコンの溶融が始まったところでカーボン棒を取り出し、溶湯温度が1450℃となるように誘導加熱の出力を60〜90kWの範囲で制御し、金属シリコンを完全に溶融させて初期の溶湯を作製した。なお、カーボン棒を取り出したのは、シリコン溶湯は導電率が高く誘導加熱による加熱の影響を著しく受けるので、カーボン棒がもはや不要であるからである。
The output of induction heating was set to 20 kW at the initial stage of heating, then increased by 1 kW / min, and held at 140 kW. As described above, the output was slowly increased to prevent an excessive thermal shock from being applied to the alumina crucible. The induction heating frequency was 1 kHz.
When the melting of metallic silicon began, the carbon rod was taken out, and the output of induction heating was controlled in the range of 60 to 90 kW so that the molten metal temperature was 1450 ° C., and the metallic silicon was completely melted to prepare the initial molten metal. . The carbon rod was taken out because the molten silicon has a high electrical conductivity and is significantly affected by the heating by induction heating, so that the carbon rod is no longer necessary.

3−1−2.材料投入工程
次に、「2.廃スラリー又はその濃縮分から粉末状シリコン材料を得る方法」の項で説明した方法で得られた粉末状シリコン材料と、炭酸ナトリウム一水和物からなる溶融補助剤を溶湯内に投入した。1回の投入で10kgの粉末状シリコン材料と2.5kgの溶融補助剤を混合して投入した(この場合、粉末状シリコン材料に対する溶融補助剤の混合比率は25wt%である)。投入は10〜20分で行った。
投入完了後、10〜30分保持し、粉末状シリコン材料の溶融を確認した後で、粉末状シリコン材料と溶融補助剤を同様の混合比率で追装し、溶融させた。
誘導加熱の出力は、溶湯温度が1600℃になるように調節した。
3-1-2. Material charging step Next, a melting aid comprising a powdered silicon material obtained by the method described in the section of “2. Method for obtaining powdered silicon material from waste slurry or concentrated content thereof” and sodium carbonate monohydrate Was put into the molten metal. In a single charge, 10 kg of powdered silicon material and 2.5 kg of melting aid were mixed and charged (in this case, the mixing ratio of the melting aid to the powdered silicon material was 25 wt%). The charging was performed in 10 to 20 minutes.
After completion of the charging, the mixture was held for 10 to 30 minutes, and after confirming the melting of the powdered silicon material, the powdered silicon material and the melting aid were added at the same mixing ratio and melted.
The output of induction heating was adjusted so that the molten metal temperature was 1600 ° C.

3−1−3.不純物除去工程
3〜5回上記の追装を行えば、上部に酸化シリコンを多く含むスラグが浮上してきた。坩堝を適切な角度(50〜70度)で傾動させた後、カーボン製のヘラ形状のものを用いてスラグを排出することによって溶湯中の不純物を除去した。スラグは溶融シリコンに比べて粘度が大きく、触感で判別可能であった。
3-1-3. Impurity removing step If the above-mentioned replenishment is carried out 3 to 5 times, a slag containing a large amount of silicon oxide has been surfaced. After the crucible was tilted at an appropriate angle (50 to 70 degrees), impurities in the molten metal were removed by discharging the slag using a carbon spatula-shaped one. The slag was higher in viscosity than molten silicon and could be distinguished by touch.

3−1−4.傾動出湯工程
その後、粉末状シリコン材料及び溶融補助剤投入の投入と不純物の除去を繰り返し、坩堝内の8分目以上にまで溶湯が溜まった後で、溶融シリコンの傾動出湯を行い、この溶融シリコンを固化させてシリコン塊を得た。傾動出湯の角度は70〜80度程度とし、溶湯を30〜50kg程度坩堝内に残した。
この後は、必要量のシリコン塊が得られるまで、上記の「3−1−2.材料投入工程」〜「3−1−4.傾動出湯工程」までを繰り返した。
3-1-4. Tilted hot water step After that, the charging of the powdered silicon material and the melting auxiliary agent and the removal of impurities are repeated, and after the molten metal has accumulated up to the eighth minute in the crucible, the molten silicon is subjected to the tilted hot water, and this molten silicon Was solidified to obtain a silicon lump. The angle of the tilted hot water was about 70 to 80 degrees, and the molten metal was left in the crucible about 30 to 50 kg.
Thereafter, the above-described “3-1-2. Material charging step” to “3-1-4. Tilt hot water step” were repeated until a necessary amount of silicon lump was obtained.

なお、生産計画上最後の傾動出湯工程となる場合、坩堝内に著しいスラグの堆積が見られた場合、又は坩堝にクラックなどが発生し継続が困難な場合には、傾動角度を90度以上とし、坩堝内に存在する溶湯シリコンを全て出湯した後、誘導加熱への出力を停止した。   In addition, when it is the last tilting hot water process in the production plan, when significant accumulation of slag is observed in the crucible, or when cracks occur in the crucible and it is difficult to continue, the tilt angle is set to 90 degrees or more. After all the molten silicon present in the crucible was discharged, the output to induction heating was stopped.

3−2.実施例2
実施例2では、1回の投入で10kgの粉末状シリコン材料と5kgの溶融補助剤を混合して投入した。この場合、粉末状シリコン材料に対する溶融補助剤の混合比率は50wt%である)。これ以外の点については、実施例1と同じ条件にした。
3-2. Example 2
In Example 2, 10 kg of powdered silicon material and 5 kg of a melting auxiliary agent were mixed and added in a single charge. In this case, the mixing ratio of the melting aid to the powdered silicon material is 50 wt%). About the point other than this, it was set as the same conditions as Example 1. FIG.

3−3.比較例1
比較例1では、1回の投入で10kgの粉末状シリコン材料のみを投入した。これ以外の点については、実施例1と同じ条件にした。
以上の条件で実施例1と同様の工程を実施したところ、比較例1では、投入した材料の溶融速度が遅く、粉末状シリコン材料の粘度が著しく高く、スラグ排出作業が困難であり、ついには、坩堝内が未溶融の粉末状シリコンに覆われた。
3-3. Comparative Example 1
In Comparative Example 1, only 10 kg of powdered silicon material was charged in a single charge. About the point other than this, it was set as the same conditions as Example 1. FIG.
When the same steps as in Example 1 were performed under the above conditions, in Comparative Example 1, the melting rate of the charged material was slow, the viscosity of the powdered silicon material was extremely high, and the slag discharge operation was difficult. The crucible was covered with unmelted powdered silicon.

3−4.比較例2
比較例2では、溶湯温度が1650℃になるように誘導加熱の出力を調節した。これ以外の点については、比較例1と同じ条件にした。
以上の条件で実施例1と同様の工程を実施したところ、投入した材料の溶融中に坩堝のひび割れが確認されたため、途中で溶融を中止した。
3-4. Comparative Example 2
In Comparative Example 2, the output of induction heating was adjusted so that the molten metal temperature was 1650 ° C. About the point other than this, it was set as the same conditions as the comparative example 1. FIG.
When the same process as Example 1 was implemented on the above conditions, since the crack of the crucible was confirmed during melting | fusing of the thrown-in material, melting | fusing was stopped on the way.

3−5.まとめ
表3に、実施例1,実施例2,比較例1及び比較例2の粉末状シリコン材料の投入量、溶融補助剤の投入量、傾動出湯によるシリコン回収量、スラグ排出量、全ての工程を終了した後に坩堝内に残留していたシリコン及びスラグなどの量、回収率(=傾動出湯によるシリコン回収量÷粉末状シリコン材料の投入量)を示す。回収率は高いほどよい。投入量に対し、回収量と排出量と残留量の和が小さいが、両者の差は、蒸発や飛散など計測困難な量に起因していると考えられる。
3-5. Summary Table 3 shows the amount of powdered silicon material input in Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the amount of melting auxiliary agent, the amount of silicon recovered by tilting hot water, the amount of slag discharged, all the steps. The amount of silicon, slag, etc. remaining in the crucible after completion of the process, and the recovery rate (= the amount of silicon recovered by tilting hot water ÷ the amount of powdered silicon material charged) are shown. The higher the recovery rate, the better. The sum of the recovered amount, the discharged amount, and the residual amount is smaller than the input amount, but the difference between the two is considered to be caused by an amount that is difficult to measure such as evaporation or scattering.

Figure 2009292656
Figure 2009292656

表3を参照すると、実施例では、比較例よりも回収率がはるかに大きく、溶融補助剤を添加することによってシリコン回収率が向上することが実証され、本発明の効果が実証された。なお、実施例1においてシリコン回収率が100%でなく48%であったのは、大気開放型の溶融炉を使用したことによってシリコンと空気とが接触してシリコンが酸化されたことと、シリコンと溶融補助剤(炭酸ナトリウム一水和物)とが接触してシリコンが酸化されたことが主な原因であると考えられる。   Referring to Table 3, in the example, the recovery rate was much larger than that of the comparative example, and it was demonstrated that the silicon recovery rate was improved by adding a melting aid, and the effect of the present invention was verified. In Example 1, the silicon recovery rate was 48% instead of 100% because silicon was oxidized due to contact between silicon and air by using an open-air melting furnace, and silicon It is considered that the main cause is that silicon was oxidized by contact between the slag and a melting aid (sodium carbonate monohydrate).

実施例2の回収率が実施例1よりも小さいのは、実施例では溶融補助剤の混合比率が大きくシリコンと溶融補助剤との反応によるシリコンの酸化が著しかったためであると考えられる。この結果は、溶融補助剤の混合比率が高すぎるとシリコン回収率が却って低下することを示している。また、溶融補助剤の混合比率が低すぎると酸化シリコンの粘度が十分に低下せずシリコン回収率が低下することは比較例1の結果からも明らかである。従って、溶融補助剤の混合比率は、20〜30wt%程度が好ましいことが分かる。   The reason why the recovery rate of Example 2 is smaller than that of Example 1 is considered to be that in the example, the mixing ratio of the melting aid was large and the oxidation of silicon due to the reaction between silicon and the melting aid was remarkable. This result shows that when the mixing ratio of the melting aid is too high, the silicon recovery rate is decreased. Further, it is clear from the results of Comparative Example 1 that when the mixing ratio of the melting aid is too low, the viscosity of silicon oxide is not sufficiently lowered and the silicon recovery rate is lowered. Therefore, it can be seen that the mixing ratio of the melting aid is preferably about 20 to 30 wt%.

また、実施例1において、坩堝内に投入する粉末状シリコン材料の不純物含有率は5.0wt%であった。一方、坩堝から出湯した溶融シリコンから作製したシリコン塊の不純物含有率は1.0wt%以下であった。従って、本発明によれば、不純物含有率を大幅に
低下させることができることが実証された。
Moreover, in Example 1, the impurity content rate of the powdery silicon material thrown in in a crucible was 5.0 wt%. On the other hand, the impurity content of the silicon lump prepared from the molten silicon discharged from the crucible was 1.0 wt% or less. Therefore, according to the present invention, it has been demonstrated that the impurity content can be significantly reduced.

本発明の一実施形態のシリコン塊の製造方法の実施に利用可能な装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the apparatus which can be utilized for implementation of the manufacturing method of the silicon lump of one Embodiment of this invention. 図2(a)〜(d)は、本発明の一実施形態のシリコン塊の製造方法において、粉末状シリコン材料からシリコン塊を得るまでの過程を示す概念図である。FIGS. 2A to 2D are conceptual diagrams showing a process until a silicon lump is obtained from a powdered silicon material in the method for manufacturing a silicon lump according to an embodiment of the present invention. 本発明のシリコン塊の製造方法に用いる粉末状シリコン材料を取得可能なシリコン材料取得装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the silicon material acquisition apparatus which can acquire the powdery silicon material used for the manufacturing method of the silicon lump of this invention. 図3の固液分離部の第1構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 1st structural example of the solid-liquid separation part of FIG. 図3の固液分離部の第2構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 2nd structural example of the solid-liquid separation part of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:坩堝 2:溶湯 3:粉末状シリコン材料 4:溶融補助剤 5:シリコン粒 6:酸化シリコン膜 7:不純物 8:ガラス状不純物 9:溶融シリコン 10:シリコン塊 11:不純物
12:固液分離部 13:洗浄部 14:分級部 15:乾燥及び粉砕部 17:金属屑除去部 18:成形部 19:一次遠心分離機 21:二次遠心分離機 23:蒸留装置 23a:第1蒸留装置 23b:第2蒸留装置
1: Crucible 2: Molten metal 3: Powdered silicon material 4: Melting aid 5: Silicon grain 6: Silicon oxide film 7: Impurity 8: Glassy impurity 9: Molten silicon 10: Silicon mass 11: Impurity 12: Solid-liquid separation Part 13: Washing part 14: Classifying part 15: Drying and grinding part 17: Metal scrap removing part 18: Molding part 19: Primary centrifuge 21: Secondary centrifuge 23: Distillation apparatus 23a: First distillation apparatus 23b: Second distillation device

Claims (12)

粉末状シリコン材料を溶融補助剤の存在下で溶融させて溶湯を形成する工程と、前記溶湯を固化させてシリコン塊を形成する工程と、前記溶湯を固化させる前に不純物を除去する工程とを備えるシリコン塊の製造方法。 Melting a powdered silicon material in the presence of a melting aid to form a molten metal; solidifying the molten metal to form a silicon lump; and removing impurities before solidifying the molten metal. The manufacturing method of the silicon lump provided. 前記溶融補助剤は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩又は酸化物の無水物若しくは水和物又はこれらの混合物からなる請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the melting aid comprises an alkali metal or alkaline earth metal salt or oxide anhydride or hydrate or a mixture thereof. 前記溶融補助剤は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩又は酸化物の水和物を含む請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the melting aid comprises a hydrate of an alkali metal or alkaline earth metal salt or oxide. 前記溶融補助剤は、炭酸塩の無水物若しくは水和物又はこれらの混合物からなる請求項2又は3に記載の方法。 The method according to claim 2 or 3, wherein the melting aid comprises an anhydride or hydrate of carbonate or a mixture thereof. 前記粉末状シリコン材料に対する前記溶融補助剤の混合比率は、20wt%以上30wt%以下である請求項1〜4の何れか1つに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein a mixing ratio of the melting aid to the powdered silicon material is 20 wt% or more and 30 wt% or less. 前記粉末状シリコン材料を溶融させる温度は、1410℃以上1600℃以下である請求項1〜5の何れか1つに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a temperature at which the powdered silicon material is melted is 1410 ° C or higher and 1600 ° C or lower. 前記除去は、前記溶湯から前記不純物を物理的に除去すること、前記溶湯を収容している坩堝を傾けて前記溶湯中の溶融シリコンを出湯すること、及び前記坩堝の側面または下面に設置された開閉可能な穴を開くことにより前記溶湯中の溶融シリコンを出湯することの1つ以上によって行われる請求項1〜6の何れか1つに記載の方法。 The removal is performed by physically removing the impurities from the molten metal, tilting a crucible containing the molten metal to discharge molten silicon in the molten metal, and installed on a side surface or a lower surface of the crucible. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is performed by one or more of discharging molten silicon in the molten metal by opening an openable / closable hole. 前記粉末状シリコン材料は、金属シリコン塊の粉砕物から得られる請求項1〜7の何れか1つに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the powdery silicon material is obtained from a pulverized metal silicon lump. 前記粉末状シリコン材料は、シリコン加工時に発生するシリコン粉を含む廃液から得られる請求項1〜7の何れか1つに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the powdered silicon material is obtained from a waste liquid containing silicon powder generated during silicon processing. 前記粉末状シリコン材料は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離して取得した粉末状シリコン材料である請求項1〜7の何れか1つに記載の方法。 The powdered silicon material was obtained by solid-liquid separation of a waste slurry in which silicon powder was mixed in the slurry by cutting or polishing a silicon lump or silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and a coolant, or a concentrated portion thereof. The method according to claim 1, which is a powdered silicon material. 前記粉末状シリコン材料は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン粉が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン粉を含有するシリコン回収用固形分を取得する固液分離工程と、有機溶媒を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程からの前記シリコン回収用固形分に対して分級を行って分級前よりも砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高める分級工程とを備える方法によって得られる請求項1〜7の何れか1つに記載の方法。 The powdered silicon material is obtained by solid-liquid separation of a silicon slurry using a slurry containing abrasive grains and coolant or waste slurry in which silicon powder is mixed into the slurry or by concentrating the slurry by cutting or polishing the silicon wafer. A solid-liquid separation step of obtaining a solid content for silicon recovery containing, a cleaning step of washing the solid content for silicon recovery using an organic solvent, and a classification for the solid content for silicon recovery from the cleaning step A method according to any one of claims 1 to 7, which is obtained by a method comprising: performing a classification step of reducing the content of abrasive grains and increasing the content of silicon more than before classification. 前記粉末状シリコン材料の平均粒径は、0.1μm以上1mm以下である請求項1〜11の何れか1つに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11, wherein an average particle size of the powdery silicon material is 0.1 µm or more and 1 mm or less.
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JP2013144623A (en) * 2012-01-16 2013-07-25 Panasonic Corp Method for refining silicon

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