JP2010095433A - Method of manufacturing silicon - Google Patents

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Toshiharu Yamabayashi
稔治 山林
Hiroshi Okamoto
弘 岡本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing silicon having higher productivity than that of a conventional method. <P>SOLUTION: The method of manufacturing silicon includes: a process which heats an aluminum particle whose surface is oxidized so that a mass fraction of oxygen of the whole particle may be 0.005% or more and 0.5% or less; and a process in which the heated aluminum particle and a halogenated silane shown by the following formula (1) are contacted together, thereby the halogenated silane is reduced: SiH<SB>n</SB>X<SB>4-n</SB>(1). In the formula, n is an integer of 0-3; X respectively show an atom chosen from a group consisting of F, Cl, Br and I. When n is 0-2, X may mutually be the same or different. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ハロゲン化シランを金属と還元反応させることによるシリコンの製造方法に関する。特に太陽電池の製造に適した高純度のシリコンの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing silicon by reducing a halogenated silane with a metal. In particular, the present invention relates to a method for producing high-purity silicon suitable for the production of solar cells.

半導体グレードシリコンの製造方法として、トリクロロシランと水素とを高温で反応させるジーメンス法が主に採用されている。しかしながら、この方法においては、極めて高純度のシリコンが得られるが、高コストであり、さらなるコストダウンは困難であると言われている。   As a method for producing semiconductor grade silicon, the Siemens method in which trichlorosilane and hydrogen are reacted at a high temperature is mainly employed. However, in this method, extremely high-purity silicon can be obtained, but the cost is high and it is said that further cost reduction is difficult.

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。太陽電池用シリコンは、半導体グレードシリコンの規格外品を主な原料としている。そこで、発電コストをさらに低減させるためには、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. Solar cell silicon is mainly made of non-standard semiconductor grade silicon. Thus, in order to further reduce the power generation cost, it is desired to secure a low-cost silicon raw material.

ジーメンス法に替わるシリコンの製造方法としては、例えば下記特許文献1〜3に、還元剤(例えば溶融金属)でハロゲン化シランを還元して、シリコンを製造する方法が開示されている。   As a silicon production method replacing the Siemens method, for example, Patent Documents 1 to 3 below disclose a method for producing silicon by reducing a halogenated silane with a reducing agent (for example, molten metal).

例えば、上記の還元反応において、テトラクロロシランとアルミニウムが接触することにより、下記式(A)で表される反応が進行し、シリコンと三塩化アルミニウムが生成される。
3SiCl+4Al → 3Si+4AlCl (A)
For example, in the above reduction reaction, when tetrachlorosilane and aluminum come into contact with each other, a reaction represented by the following formula (A) proceeds, and silicon and aluminum trichloride are generated.
3SiCl 4 + 4Al → 3Si + 4AlCl 3 (A)

ここで、金属でハロゲン化シランを還元してシリコンを得る方法にあっては、高い反応効率を達成する観点から、金属を溶融し、比表面積の大きい形状、例えば微小液滴(液状粒子)とすることが好ましいとされている(例えば特許文献1〜3参照)。そして、ガスアトマイズ法等で予め金属の固体粒子を生成した後、得られた金属の固体粒子を再加熱して反応器内に供給し、ハロゲン化シランと接触させて還元反応を行うシリコンの製造方法が知られている。
特開平2−64006号公報 特開2007−77007号公報 特開2007−284259号公報
Here, in the method of obtaining silicon by reducing a halogenated silane with a metal, from the viewpoint of achieving high reaction efficiency, the metal is melted, and a shape having a large specific surface area, for example, fine droplets (liquid particles) and It is said that it is preferable (for example, refer patent documents 1-3). And after producing | generating a metal solid particle previously by a gas atomization method etc., the manufacturing method of the silicon which reheats the obtained metal solid particle, supplies it in a reactor, and makes a halogenated silane contact, and performs a reductive reaction It has been known.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-64006 JP 2007-77007 A JP 2007-284259 A

ガスアトマイズ法等を用いて予め製造したアルミニウム粒子を、再加熱して反応器内に供給する方法においては、アルミニウム粒子の再加熱中にアルミニウム粒子同士の融着や固着がおこる場合があることが判明した。アルミニウム粒子同士の融着や固着が起こると粗大アルミニウム粒子が形成される。粗大アルミニウム粒子を用いて上記のハロゲン化シランの還元を行なうと、アルミニウムの利用率がきわめて低くなるので、生産性が悪くなりやすい。   In the method of reheating aluminum particles produced in advance using a gas atomization method or the like and supplying them into the reactor, it has been found that the aluminum particles may be fused or fixed together during reheating of the aluminum particles. did. Coarse aluminum particles are formed when fusion or fixation of aluminum particles occurs. When the above-mentioned halogenated silane is reduced using coarse aluminum particles, the utilization rate of aluminum becomes extremely low, so that productivity tends to deteriorate.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、従来に比して生産性の高いシリコン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 such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing silicon that is more productive than conventional ones.

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、所定の酸素量となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子(液体及び固体)は高温でも互いに融着や固着し難く、個々の粒子が分離して存在する状態を得やすいことを見出して、本発明に至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that aluminum particles (liquid and solid) whose surfaces have been oxidized so as to have a predetermined amount of oxygen are hardly fused or fixed to each other even at high temperatures, and individual particles are separated. The present invention was found out that it was easy to obtain the existing state.

本発明に係るシリコンの製造方法は、粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を加熱する工程と、加熱されたアルミニウム粒子と下記式(1)で示されるハロゲン化シランとを接触させることにより、ハロゲン化シランを還元する工程と、を備える。
SiH4−n (1)
[式中、nは0〜3の整数;Xは、F、Cl、Br及びIからなる群より選択された原子をそれぞれ示す。nが0〜2のとき、Xは互いに同一でも異なっていてもよい。]
The method for producing silicon according to the present invention comprises the steps of heating aluminum particles whose surfaces are oxidized so that the mass fraction of oxygen in the whole particles is 0.005% or more and 0.5% or less, and heated aluminum And a step of reducing the halogenated silane by bringing the particles into contact with the halogenated silane represented by the following formula (1).
SiH n X 4-n (1)
[Wherein n is an integer of 0 to 3; X represents an atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I, respectively. When n is 0 to 2, X may be the same or different. ]

本発明によれば、アルミニウム粒子の表面が酸化されているので、加熱状態でアルミニウム粒子同士が接触した場合における融着や固着が妨げられる。アルミニウム粒子全体の酸素の質量分率が0.005%未満であると、アルミニウム粒子の表面の酸化が不十分となり、高温状態で粒子同士が容易に互いに融着又は固着する。一方、アルミニウム粒子全体の酸素の質量分率が0.5%超であると、アルミニウム粒子の表面が酸化されすぎることとなり、高温状態における融着や固着は妨げられるものの、ハロゲン化シランとの上記式(A)で示される反応が大きく阻害される。   According to the present invention, since the surfaces of the aluminum particles are oxidized, fusion and adhesion when the aluminum particles are in contact with each other in a heated state is hindered. If the mass fraction of oxygen in the entire aluminum particles is less than 0.005%, the surface of the aluminum particles is not sufficiently oxidized, and the particles are easily fused or fixed together at a high temperature. On the other hand, if the mass fraction of oxygen in the entire aluminum particles is more than 0.5%, the surface of the aluminum particles will be excessively oxidized, and although fusion and fixation at high temperatures will be hindered, The reaction represented by the formula (A) is greatly inhibited.

ここで、アルミニウム粒子全体の酸素の質量分率は、不活性搬送ガス雰囲気中でアルミニウム粒子を黒鉛坩堝内で溶融し、酸素と黒鉛坩堝との反応で発生したCOガスとCOガスを赤外線吸収法により分析することにより測定される。 Here, the mass fraction of oxygen in the entire aluminum particles is determined by melting the aluminum particles in a graphite crucible in an inert carrier gas atmosphere and absorbing CO gas and CO 2 gas generated by the reaction between oxygen and the graphite crucible with infrared rays. It is measured by analyzing by the method.

また、アルミニウム粒子をアルミニウムの融点以上に加熱し、溶融アルミニウム粒子をハロゲン化シランと接触させることも好ましい。これにより、還元の反応を迅速に行える。 また、アルミニウム粒子の平均粒径が例えば、200μm未満と、小さい場合には、アルミニウム粒子を固体状態でハロゲン化シランと接触させることも好ましい。粒径が小さい場合には、固体でも反応表面積が広くなり、還元の反応を迅速に行える。   It is also preferable to heat the aluminum particles to a melting point of aluminum or higher and bring the molten aluminum particles into contact with the halogenated silane. Thereby, the reduction reaction can be performed quickly. In addition, when the average particle size of the aluminum particles is as small as, for example, less than 200 μm, it is also preferable to contact the aluminum particles with the halogenated silane in a solid state. When the particle size is small, the reaction surface area is large even for a solid, and the reduction reaction can be performed quickly.

また、加熱する工程の前に、加熱工程で加熱するアルミニウム粒子を、溶融アルミニウムに対して酸素及び/又は水分を含有するアトマイズガスを吹き付ける、又は、溶融アルミニウムに対してアトマイズガスを吹き付けるチャンバ内に酸素及び/又は水分を含有するガスを供給する、ことにより得る工程をさらに備えることが好ましい。これにより、容易に上述のアルミニウム粒子が得られる。   Further, before the heating step, the aluminum particles to be heated in the heating step are blown into a chamber in which atomized gas containing oxygen and / or moisture is blown to molten aluminum, or atomized gas is blown to molten aluminum. It is preferable to further include a step obtained by supplying a gas containing oxygen and / or moisture. Thereby, the above-mentioned aluminum particles can be easily obtained.

また、加熱する工程の前に、加熱工程で加熱するアルミニウム粒子を、溶融アルミニウムに対して酸素及び/又は水分を含有するアトマイズガスを吹き付ける、又は、溶融アルミニウムに対してアトマイズガスを吹き付けるチャンバ内に酸素及び/又は水分を含有するガスを供給する、ことにより得た粒子を分級することにより得る工程をさらに備えることも好ましい。   Further, before the heating step, the aluminum particles to be heated in the heating step are blown into a chamber in which atomized gas containing oxygen and / or moisture is blown to molten aluminum, or atomized gas is blown to molten aluminum. It is also preferable to further include a step of obtaining particles obtained by classifying particles obtained by supplying a gas containing oxygen and / or moisture.

分級により、例えば平均粒径が1000μm超の粗大アルミニウム粒子を確実に除去することができ、アルミニウムの利用率が高くなってハロゲン化シランの還元をより効率よく行なえて好ましい。さらには、アルミニウム粒子の表面が酸化されているため、分級工程における凝集等の問題も低減され、上記式(A)で示される反応に好適な粒径のアルミニウム粒子を効率的に分級選別することができる。   By classification, for example, coarse aluminum particles having an average particle diameter of more than 1000 μm can be reliably removed, and the utilization rate of aluminum is increased, so that the reduction of halogenated silane can be performed more efficiently. Furthermore, since the surface of the aluminum particles is oxidized, problems such as aggregation in the classification process are reduced, and the aluminum particles having a particle size suitable for the reaction represented by the above formula (A) are efficiently classified and selected. Can do.

また、上記のアルミニウム粒子を、10℃/秒以上の昇温速度で加熱することが好ましい。このように高速で昇温することにより、アルミニウム粒子を加熱する昇温過程において下記式(B)に示される反応等により進む表面の酸化のさらなる促進を抑制できるため、ハロゲン化シランとの反応が阻害されにくくなる。
4Al + 3O → 2Al (B)
The aluminum particles are preferably heated at a temperature increase rate of 10 ° C./second or more. Since the temperature is increased at a high speed in this manner, the further acceleration of the surface oxidation that proceeds by the reaction shown in the following formula (B) in the temperature increasing process for heating the aluminum particles can be suppressed. It becomes difficult to be disturbed.
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 (B)

また、上記のアルミニウム粒子を、露点が−20℃以下の不活性ガス雰囲気下で加熱することが好ましい。これにより、下記式(C)に示される反応式等により進む表面の酸化のさらなる促進を抑制できるため、ハロゲン化シランとの反応が阻害されにくくなる。
2Al + 3HO → Al+ 3H (C)
Moreover, it is preferable to heat said aluminum particle in inert gas atmosphere with a dew point of -20 degrees C or less. Thereby, since further promotion of the oxidation of the surface which progresses by the reaction formula shown by following formula (C), etc. can be suppressed, reaction with halogenated silane becomes difficult to be inhibited.
2Al + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2 (C)

また、上記のアルミニウム粒子を、少なくとも水素ガスを含む雰囲気下で加熱することが好ましい。これにより、下記式(D)に示される様に、アルミニウム粒子の酸化された表面の一部が還元され、アルミニウム粒子の表面に上記式(A)で示される還元反応が可能であるアルミニウムが露出し、ハロゲン化シランとの接触が促進される効果等が推測できるため、特に高い反応効率を保ちシリコンを製造することができるので好適である。
Al+3H → 2Al + 3HO (D)
The aluminum particles are preferably heated in an atmosphere containing at least hydrogen gas. As a result, as shown in the following formula (D), a part of the oxidized surface of the aluminum particles is reduced, and aluminum capable of the reduction reaction shown in the above formula (A) is exposed on the surface of the aluminum particles. In addition, since the effect of promoting the contact with the halogenated silane can be estimated, it is preferable because silicon can be produced while maintaining particularly high reaction efficiency.
Al 2 O 3 + 3H 2 → 2Al + 3H 2 O (D)

本発明によれば、高い生産性を達成できるシリコンの製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the silicon which can achieve high productivity can be provided.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態に係るシリコンの製造装置及びその運転条件について詳細に説明する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示された比率に限られるものではない。   Hereinafter, a silicon manufacturing apparatus and operating conditions thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、図1及び図2を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係るシリコンの製造方法は、ハロゲン化シランの一例としてテトラクロロシランを使用し、このテトラクロロシランをアルミニウムで還元してシリコン粒子を製造するものである。本実施形態では、まず、図1に示すアルミニウム粒子製造装置10にて、所望の粒径範囲のアルミニウム粒子を得て常温にて保管した後、図2に示す反応装置20を用いてこのアルミニウム粒子とテトラクロロシランとを接触させシリコン粒子を得る。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. The silicon production method according to this embodiment uses tetrachlorosilane as an example of a halogenated silane, and produces silicon particles by reducing the tetrachlorosilane with aluminum. In this embodiment, first, aluminum particles having a desired particle size range are obtained and stored at room temperature in the aluminum particle production apparatus 10 shown in FIG. 1, and then the aluminum particles are used using the reaction apparatus 20 shown in FIG. And tetrachlorosilane are contacted to obtain silicon particles.

図1は、本実施形態に係るアルミニウム粒子の製造装置の構成を示す概略構成図である。図1に示すアルミニウム粒子の製造装置10は、アトマイズ装置8a、分級機9、粒子収容部21、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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an apparatus for producing aluminum particles according to the present embodiment. An aluminum particle manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 includes an atomizing device 8a, a classifier 9, a particle container 21, and a pipe (hereinafter referred to as “line” in some cases) for connecting them.

(アトマイズ装置8a)
アトマイズ装置8aは、溶融金属収容部1、アトマイズガス噴射部2、アトマイズ容器3を主として備える。
(Atomizing device 8a)
The atomizing device 8 a mainly includes a molten metal container 1, an atomizing gas injection unit 2, and an atomizing container 3.

(溶融金属収容部)
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。溶融金属収容部1の底部にはアトマイズ容器3内にまで延在するノズル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からアトマイズ容器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アルミニウム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。
(Molten metal storage)
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. A nozzle 1a extending into the atomizing container 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. If the molten aluminum is stored in the molten metal container 1 in this way, the molten aluminum can be stably flowed from the nozzle 1a into the atomizing vessel 3, and the aluminum 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.

使用するアルミニウムは、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 aluminum to be used 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. In addition, the purity of aluminum here is content (mass%) of Fe, Cu, Ga, Ti, Ni, Na, Mg, and Zn among the elements measured by the glow discharge mass spectrometry of raw material aluminum. It means a value obtained by subtracting the total from 100% by mass.

溶融金属収容部1内の温度は、通常700〜1300℃、好ましくは700〜1200℃、更に好ましくは700〜1000℃である。   The temperature in the molten metal accommodating part 1 is 700-1300 degreeC normally, Preferably it is 700-1200 degreeC, More preferably, it is 700-1000 degreeC.

ノズル1aから溶融金属を安定して流出させるために、ノズル1aの温度は、通常700〜1300℃程度とすることが好ましい。該温度を確保するためには、ノズル1aに付帯するヒータ等のノズル保温装置(図示せず。)を設置することが、ノズルの閉塞を防止するために好適である。   In order to allow the molten metal to flow out stably from the nozzle 1a, the temperature of the nozzle 1a is preferably about 700 to 1300 ° C. In order to ensure the temperature, it is preferable to install a nozzle heat retention device (not shown) such as a heater attached to the nozzle 1a in order to prevent the nozzle from being blocked.

(アトマイズガス噴射部)
アトマイズガス噴射部2は、ラインL1を通じて供給される不活性ガス、及び必要に応じて、ラインL2から供給される酸素及び/又は水分を含むガスを、溶融金属収容部1のノズル1aから供給される溶融アルミニウムの細流Fに向けてアトマイズガスGとして噴射するものである。アトマイズガス噴射部2は、流下する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2aを備える。流下する細流FにアトマイズガスGを吹き付けることによって、アルミニウムの微小液滴Pが形成される。このように、溶融アルミニウムを下方に流出させてアトマイズする構造をダウンドラフト型とよび、液体アルミニウムを流出させるノズル1aと、アトマイズガスを噴射させるノズル2aとが互いに離れて配置された構造をフリーフォール型とよぶ。
(Atomized gas injection unit)
The atomizing gas injection unit 2 is supplied with an inert gas supplied through the line L1 and, if necessary, a gas containing oxygen and / or moisture supplied from the line L2 from the nozzle 1a of the molten metal containing unit 1. It is injected as an atomized gas G toward a trickle F of molten aluminum. The atomizing gas injection unit 2 includes a nozzle 2a that injects an atomizing gas G from its periphery toward a trickle F of molten aluminum flowing down. By spraying the atomizing gas G on the trickle F that flows down, micro droplets P of aluminum are formed. The structure in which molten aluminum is flowed downward and atomized is called a downdraft type, and the structure in which the nozzle 1a for flowing liquid aluminum and the nozzle 2a for injecting atomized gas are arranged apart from each other is free-falling. Called a type.

本実施形態において、不活性ガスとしては、アルゴン及び/またはヘリウムが好適である。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。   In the present embodiment, argon and / or helium are suitable as the inert gas. From the viewpoint of obtaining high-purity silicon particles, the inert gas preferably has a purity of 99.9% by volume or more, more preferably 99.99% by volume or more, and 99.999% by volume or more. More preferably, it is more preferably 99.9995% by volume or more.

アルミニウムの微小液滴Pの表面を好適に酸化するには、アトマイズガスGに酸素及び/又は水分を混合する、又は、アトマイズ容器3内の雰囲気ガスに例えばラインL10から酸素及び/又は水分を含有するガスを供給することが好ましい。酸素及び又は水分を含むガスは、不活性なキャリアガスを含むことができる。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。アトマイズガスに混合された酸素及び水分は、溶融アルミニウムの細流Fに吹き付けると上記式(B)及び(C)に示される様に酸化物を生成し消費され、微小液滴Pの表面が酸化される。アトマイズ容器3内の雰囲気ガスに酸素及び/又は水分が存在する場合も、同様である。   In order to suitably oxidize the surface of the aluminum microdroplet P, oxygen and / or moisture are mixed with the atomizing gas G, or oxygen and / or moisture are contained in the atmospheric gas in the atomizing vessel 3 from the line L10, for example. It is preferable to supply the gas to be used. The gas containing oxygen and / or moisture can contain an inert carrier gas. Argon and / or helium are suitable as the inert gas. Oxygen and water mixed in the atomizing gas are blown onto the molten aluminum trickle F to generate and consume oxides as shown in the above formulas (B) and (C), and the surfaces of the microdroplets P are oxidized. The The same applies when oxygen and / or moisture are present in the atmospheric gas in the atomizing container 3.

アトマイズガスGに酸素を混合する場合の酸素ガスの濃度は、0.1体積%〜3体積%であることが好適である。アトマイズガスGに水分を混合する場合には、アトマイズガスの露点が−100℃〜0℃となるように混合することが好適である。この場合、アトマイズ容器3内の雰囲気ガス中の酸素濃度を1体積%以下、水分量としての雰囲気ガスの露点を−20℃以下とすることが好ましい。
一方、アトマイズガスG中に酸素を含有させない場合には、アトマイズ容器3内に、雰囲気ガスとして酸素及び/又は水分を供給すればよい。この場合、雰囲気の酸素濃度を、0.1体積%〜3体積%、水分量としての雰囲気の露点を−60℃〜0℃とすることが好ましい。
なお、アトマイズガスG中に酸素及び/又は水分を供給し、かつ、アトマイズ容器3内の雰囲気ガスに酸素及び/又は水分を供給しても実施は可能である。
アトマイズガスや雰囲気ガス中に存在する酸素や水分の量が上述の範囲よりも低い場合には、微小液滴Pの表面が十分に酸化されにくい傾向がある。一方、酸素や水分の量が上述の範囲よりも高い場合には、表面酸化がかなり進み、後段での上記式(A)の還元反応の進行を阻害する傾向がある。
The concentration of oxygen gas when oxygen is mixed with the atomizing gas G is preferably 0.1% by volume to 3% by volume. When water is mixed in the atomizing gas G, it is preferable to mix the degassing point so that the dew point of the atomizing gas is −100 ° C. to 0 ° C. In this case, it is preferable that the oxygen concentration in the atmospheric gas in the atomizing container 3 is 1% by volume or less, and the dew point of the atmospheric gas as the moisture content is −20 ° C. or lower.
On the other hand, when oxygen is not included in the atomizing gas G, oxygen and / or moisture may be supplied into the atomizing container 3 as an atmospheric gas. In this case, it is preferable that the oxygen concentration of the atmosphere is 0.1% by volume to 3% by volume, and the dew point of the atmosphere as the amount of water is −60 ° C. to 0 ° C.
Note that the present invention can also be implemented by supplying oxygen and / or moisture to the atomizing gas G and supplying oxygen and / or moisture to the atmospheric gas in the atomizing vessel 3.
When the amount of oxygen or moisture present in the atomizing gas or atmospheric gas is lower than the above range, the surface of the microdroplet P tends not to be sufficiently oxidized. On the other hand, when the amount of oxygen or moisture is higher than the above range, the surface oxidation proceeds considerably and tends to inhibit the progress of the reduction reaction of the above formula (A) in the subsequent stage.

このようにして、粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を好適に製造することができる。なお、表面が酸化されているアルミニウム粒子は、後述するように互いに融着したり固着したりし難いので、アトマイズ時に、粒径の揃ったアルミニウム粒子を得られやすいという効果もあり、十分に微細な微小液滴Pを容易に形成することができる。本工程では、粒径範囲が3〜1000μm程度の平均粒径のアルミニウム粒子を製造することが好ましい。   In this way, aluminum particles whose surfaces are oxidized so that the mass fraction of oxygen in the entire particles is 0.005% or more and 0.5% or less can be suitably produced. In addition, since the aluminum particles whose surfaces are oxidized are difficult to be fused or fixed to each other as will be described later, there is an effect that aluminum particles having a uniform particle diameter can be easily obtained at the time of atomization. Can be easily formed. In this step, it is preferable to produce aluminum particles having an average particle diameter of about 3 to 1000 μm.

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、10〜700℃であることが好ましく、20〜500℃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、アトマイズ効率を向上、すなわち、より少量のアトマイズガスで溶融アルミニウムを微粒化できる。   The temperature of the atomizing gas sprayed on the trickle F of molten aluminum is preferably 10 to 700 ° C, and more preferably 20 to 500 ° C. By increasing the temperature of the atomizing gas, atomization efficiency can be improved, that is, molten aluminum can be atomized with a smaller amount of atomizing gas.

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、アルミニウムの微小液滴Pの形成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。   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 pressure of the atomizing gas is less than 0.1 MPa, the formation of aluminum microdroplets P tends to be insufficient. 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.

(アトマイズ容器)
アトマイズ容器3は、鉛直方向に延びアトマイズガス噴射部2を取り囲むように配置された円筒部3aを備えており、この円筒部3a内において、溶融アルミニウムのアトマイズが行なわれる。アトマイズ容器3内の温度は、通常、10〜500℃、好ましくは20〜300℃となるように調整することが好ましい。また、アトマイズ容器の内圧は、通常、大気圧程度とされ、大気圧よりも0.03MPa程度加圧された状態となるように調整することが好ましい。
(Atomized container)
The atomizing container 3 includes a cylindrical part 3a that extends in the vertical direction and is disposed so as to surround the atomizing gas injection part 2, and atomization of molten aluminum is performed in the cylindrical part 3a. It is preferable to adjust the temperature in the atomizing container 3 so that it is usually 10 to 500 ° C, preferably 20 to 300 ° C. Further, the internal pressure of the atomized container is usually set to about atmospheric pressure, and it is preferable to adjust the pressure so that the pressure is about 0.03 MPa higher than atmospheric pressure.

ガスアトマイズにより形成された微小液滴Pは、アトマイズ容器3内を落下する際に冷却されて固体となり、多量の固体のアルミニウム粒子が得られる。   The fine droplets P formed by gas atomization are cooled when falling in the atomization container 3 to become solid, and a large amount of solid aluminum particles are obtained.

アトマイズ容器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アルミニウム粒子を排出するためのアルミニウム粒子排出口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、アトマイズガスを排出するためのガス排出口3dが設けられている。   The atomizing container 3 is provided with a reduced diameter portion 3b having an aluminum particle discharge port 3c for discharging aluminum particles at the lower end and decreasing in inner diameter as it goes downward. A gas discharge port 3d for discharging the atomized gas is provided at a substantially intermediate position in the vertical direction of the reduced diameter portion 3b.

アトマイズ容器3の下部に設けられた縮径部3bは、固気分離器として機能する。   The reduced diameter portion 3b provided at the lower portion of the atomizing container 3 functions as a solid-gas separator.

(分級機9)
アルミニウム粒子排出口3cには、分級機9が接続されている。分級機9は、製造されたアルミニウム粒子を分級して、所望の平均粒径範囲のアルミニウム粒子を分離する。ここで、所望の平均粒径範囲は、例えば、3〜1000μmである。所望の平均粒径範囲のアルミニウム粒子は、その後、ホッパー等である粒子収容部21に移送され、通常は常温かつ不活性雰囲気中で保管される。好ましくない粗大粒子(例えば、粒径1000μm超)や、好ましくない微粉(例えば、粒径3μm未満)は、たとえば、必要に応じて酸素を除去するための還元をした後、溶融金属収容部に戻すことができる。
(Classifier 9)
A classifier 9 is connected to the aluminum particle discharge port 3c. The classifier 9 classifies the produced aluminum particles and separates aluminum particles having a desired average particle size range. Here, the desired average particle diameter range is, for example, 3 to 1000 μm. The aluminum particles having a desired average particle diameter range are then transferred to a particle container 21 such as a hopper and are usually stored at normal temperature and in an inert atmosphere. Unfavorable coarse particles (for example, particle size of more than 1000 μm) and undesired fine particles (for example, particle size of less than 3 μm) are returned to the molten metal container after reduction for removing oxygen as necessary, for example. be able to.

分級の手段は、特に限定されないが、振動篩別機やサイクロン等が使用できる。また、分級工程においては、必要以上のアルミニウム粒子の更なる表面の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気にて実施することが好ましく、特には、露点が−20℃以下に調整された高純度のアルゴンガスを用いた雰囲気が好適である。例えば、図1示すラインL18からアルゴンやヘリウム等の不活性ガスを供給すればよい。なお、ガスアトマイズ法等で作成したアルミニウム粒子が、十分に狭い粒径分布を有し、粗大粒子や微粉が無い場合には、特に分級選別を実施する必要はなく、そのままアルミニウム粒子収容部に収容できる。なお、本発明においては、アルミニウム粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を使用しているので、分級時のさらなる凝集等も少なく、効率的に分級選別することが可能である。   The classification means is not particularly limited, but a vibration sieving machine, a cyclone, or the like can be used. Further, in the classification step, it is preferable to carry out in an inert gas atmosphere in order to prevent further oxidation of the aluminum particles more than necessary, and in particular, high purity with a dew point adjusted to −20 ° C. or lower. An atmosphere using an argon gas is suitable. For example, an inert gas such as argon or helium may be supplied from the line L18 shown in FIG. In addition, when the aluminum particles prepared by the gas atomizing method have a sufficiently narrow particle size distribution and there are no coarse particles or fine powders, it is not necessary to perform classification and sorting, and the aluminum particles can be accommodated as they are. . In the present invention, since the aluminum particles whose surface is oxidized so that the mass fraction of oxygen in the whole aluminum particles is 0.005% or more and 0.5% or less are used, further aggregation at the time of classification is performed. It is possible to classify and sort efficiently.

(粒子収容部21)
粒子収容部21は、分級機9において予め所望の平均粒径範囲となるように分級選別されたアルミニウム粒子を不活性ガス雰囲気下で貯留するものであり、必要に応じアルミニウム粒子を予熱することができる。粒子収容部21の周囲にはヒータ21aが設けられ、収容するアルミニウム粒子の温度を調整できるようになっている。粒子収容部21には、不活性キャリアガスがラインL20を介して供給される。不活性キャリアガスとしては、アルゴンガスが好ましい。
(Particle container 21)
The particle storage unit 21 stores the aluminum particles classified and selected in advance in the classifier 9 so as to have a desired average particle size range in an inert gas atmosphere, and preheats the aluminum particles as necessary. it can. A heater 21a is provided around the particle storage portion 21 so that the temperature of the aluminum particles to be stored can be adjusted. An inert carrier gas is supplied to the particle container 21 via a line L20. As the inert carrier gas, argon gas is preferable.

続いて、図2に基づいて、反応装置20を説明する。反応装置20は、粒子収容部21に接続された粒子供給器200、粒子加熱器26、反応器23、排ガス冷却器29、固気分離器25、28、テトラクロロシラン加圧加熱部27、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。   Next, the reaction apparatus 20 will be described with reference to FIG. The reactor 20 includes a particle feeder 200, a particle heater 26, a reactor 23, an exhaust gas cooler 29, a solid-gas separator 25, 28, a tetrachlorosilane pressure heating unit 27, and these connected to the particle storage unit 21. A pipe (hereinafter referred to as “line” in some cases) is connected.

(粒子供給器200)
粒子供給器200は、粒子収容部21からアルミニウム粒子を抜き出し、粒子加熱器26を介して反応器に定量供給する。粒子供給器200としては、例えばスクリューフィーダー等が挙げられる。また、粒子供給器200としては、粒子収容部21内に不活性キャリアガスを供給してアルミニウム粒子を流動化し、粒子収容部21内に挿入した溢流管の上端から溢流させたアルミニウム粒子を粒子加熱器26へ定量供給する手段も好適である。なお、必要に応じて、ラインL23を介して、不活性キャリアガスを導入して、アルミニウム粒子を搬送する。
(Particle feeder 200)
The particle supply unit 200 extracts aluminum particles from the particle storage unit 21 and supplies them quantitatively to the reactor via the particle heater 26. Examples of the particle feeder 200 include a screw feeder. Further, as the particle feeder 200, an inert carrier gas is supplied into the particle storage unit 21 to fluidize the aluminum particles, and the aluminum particles overflowed from the upper end of the overflow pipe inserted into the particle storage unit 21 are used. A means for supplying a fixed amount to the particle heater 26 is also suitable. In addition, an inert carrier gas is introduce | transduced via the line L23 as needed, and an aluminum particle is conveyed.

(粒子加熱器26)
粒子加熱器26は、粒子供給器200から供給され、管26a内を落下するアルミニウム粒子を加熱するものである。アルミニウム粒子の加熱手段は、特に限定されないが、例えば、管26aの周りに設けられた、高周波加熱器、マイクロ波照射加熱器、アーク放電加熱器等が好適である。さらには、管26aの外に設けられた電熱式ヒータ等を用いてもよい。ここでは、アルミニウム粒子をその融点以上に加熱してもよく、融点未満の温度に加熱してもよい。落下するアルミニウム粒子の平均粒径が例えば200μm以上と比較的大きい場合には、還元反応の反応速度を高める観点からアルミニウムの融点以上に加熱して液滴とすることが好ましい。落下するアルミニウム粒子の平均粒径が例えば200μm未満と比較的小さい場合には、アルミニウムの融点未満でも十分に還元反応が進む。
(Particle heater 26)
The particle heater 26 heats the aluminum particles supplied from the particle supplier 200 and falling in the pipe 26a. The means for heating the aluminum particles is not particularly limited. For example, a high-frequency heater, a microwave irradiation heater, an arc discharge heater or the like provided around the tube 26a is preferable. Furthermore, an electric heater provided outside the pipe 26a may be used. Here, the aluminum particles may be heated to the melting point or higher, or may be heated to a temperature lower than the melting point. In the case where the average particle diameter of the falling aluminum particles is relatively large, for example, 200 μm or more, it is preferable to form droplets by heating above the melting point of aluminum from the viewpoint of increasing the reaction rate of the reduction reaction. In the case where the average particle diameter of the falling aluminum particles is relatively small, for example, less than 200 μm, the reduction reaction proceeds sufficiently even when the aluminum particles are below the melting point of aluminum.

本実施形態では、粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を加熱しているので、加熱工程において、アルミニウム粒子同士の融着や固着が抑制され、所望の粒径範囲のアルミニウム粒子(固体又は液体)を個々に分散した状態で反応器23内に供給できる。   In the present embodiment, since the aluminum particles whose surfaces are oxidized so that the mass fraction of oxygen in the whole particles is 0.005% or more and 0.5% or less, in the heating step, Fusion and adhesion are suppressed, and aluminum particles (solid or liquid) having a desired particle size range can be supplied into the reactor 23 in a state of being dispersed individually.

ここで、加熱手段の加熱能力が低い場合には、アルミニウム粒子の昇温に時間を要する。したがって、雰囲気中に酸素や水分が存在するとアルミニウム粒子に必要以上の更なる表面酸化が生じる場合があるため、後述する反応器23内での反応式(A)で示される還元反応が阻害される傾向がある。そこで、アルミニウム粒子を、10℃/秒以上の昇温速度で加熱することにより、アルミニウム粒子の加熱中の表面酸化の必要以上の促進を十分に抑制することができるので、好適である。また、必要以上のアルミニウム粒子の更なる表面酸化を抑制するため、不活性ガス雰囲気にてアルミニウム粒子を加熱することも好ましく、特には、露点が−20℃以下に調整された高純度のアルゴンガスを用いた不活性ガス雰囲気が好適である。   Here, when the heating capability of the heating means is low, it takes time to raise the temperature of the aluminum particles. Therefore, if oxygen or moisture is present in the atmosphere, the surface of the aluminum particles may be further oxidized more than necessary, so that the reduction reaction represented by the reaction formula (A) in the reactor 23 described later is hindered. Tend. Therefore, it is preferable to heat the aluminum particles at a temperature rising rate of 10 ° C./second or more because it is possible to sufficiently suppress unnecessary acceleration of surface oxidation during heating of the aluminum particles. Moreover, in order to suppress further surface oxidation of the aluminum particles more than necessary, it is also preferable to heat the aluminum particles in an inert gas atmosphere, and in particular, a high-purity argon gas whose dew point is adjusted to −20 ° C. or less. An inert gas atmosphere using is preferable.

さらには、不活性ガス雰囲気に水素ガスを混合し、アルミニウム粒子を加熱することにより、必要以上のアルミニウム粒子の更なる表面の酸化を十分に防止することができる効果等が推測できるため好適である。   Furthermore, it is preferable because an effect of sufficiently preventing oxidation of the surface of the aluminum particles more than necessary can be presumed by mixing hydrogen gas in an inert gas atmosphere and heating the aluminum particles. .

(反応器)
反応器23は、鉛直方向に延びる円筒部23aを備えており、この円筒部23a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。円筒部23aの上部中央に、管26aが差し込まれており、粒子加熱器26により加熱されたアルミニウム粒子Pが、管26aを介して反応器23内に供給され、反応器23内を落下する。反応器23内には、ラインL21で例示される供給口からテトラクロロシランが供給され、ラインL22で例示される供給口から必要に応じてアルゴン等の不活性ガスが供給される。テトラクロロシランガスや不活性ガスは、テトラクロロシラン加圧加熱部27、ガス加熱部217でそれぞれ必要に応じて予熱される。
(Reactor)
The reactor 23 includes a cylindrical portion 23a 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 23a. A tube 26a is inserted in the upper center of the cylindrical portion 23a, and the aluminum particles P heated by the particle heater 26 are supplied into the reactor 23 through the tube 26a and fall in the reactor 23. Into the reactor 23, tetrachlorosilane is supplied from the supply port exemplified by the line L21, and an inert gas such as argon is supplied from the supply port exemplified by the line L22 as necessary. Tetrachlorosilane gas and inert gas are preheated as necessary by the tetrachlorosilane pressure heating unit 27 and the gas heating unit 217, respectively.

ラインL21から導入され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 introduced from the line L21 preferably has a purity of 99.99% by mass or more, more preferably 99.999% by mass or more. More preferably, it is 9999 mass% or more.

円筒部23aの周囲にはヒータ213及び冷却手段214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。ヒータとしては、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。すなわち、アルミニウム粒子は、固体の場合と液体の場合との両方が考えられる。また、反応場の圧力は、通常、0.1MPa以上となるように調整する。   A heater 213 and a cooling means 214 are provided around the cylindrical portion 23a so that the temperature of the reaction field can be adjusted. There is no restriction | limiting in particular as a heater, For example, the system using fluids, such as gas temperature-adjusted previously, besides the direct method using high frequency heating, resistance heating, lamp heating etc. can be used. The temperature of the reaction field is usually adjusted to be 300 to 1200 ° C. (preferably 500 to 1000 ° C.). That is, the aluminum particles can be both solid and liquid. The reaction field pressure is usually adjusted to be 0.1 MPa or more.

このような反応器23内では、管26aを介して供給されるアルミニウム粒子が、ラインL21を介して供給されるテトラクロロシランガスと反応してテトラクロロシランの還元反応(上記式(A))がおこり、シリコン粒子が形成される。   In such a reactor 23, the aluminum particles supplied via the pipe 26a react with the tetrachlorosilane gas supplied via the line L21 to cause a tetrachlorosilane reduction reaction (the above formula (A)). , Silicon particles are formed.

本実施形態において、供給されるアルミニウム粒子全体の酸素の質量分率は0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたものであるため、反応器23内においてもアルミニウム粒子が互いに融着したり固着したりせず、個々のアルミニウム粒子が分散し孤立した状態を保つことができる。したがって、粗大粒子が形成せず、アルミニウムの利用率が高くなって生産性が高い。   In this embodiment, since the surface is oxidized so that the mass fraction of oxygen in the whole supplied aluminum particles is 0.005% or more and 0.5% or less, the aluminum particles are also contained in the reactor 23. Are not fused or fixed to each other, and individual aluminum particles can be dispersed and kept in an isolated state. Accordingly, coarse particles are not formed, the utilization rate of aluminum is increased, and productivity is high.

特に、分級機9において、還元反応(上記式(A))を阻害しやすい、例えば平均粒径200μm以上のアルミニウム粒子を分級除去しておくと、粒子加熱器26やヒータ313を用いて、反応器23内においてアルミニウム粒子が液体すなわち液滴となるまで加熱する必要が低くなり、固体粒子のままでも極めて高いアルミニウムの利用率を達成できる。反応器23内で、アルミニウム粒子が固体のままシリコン還元反応を行なうと、アルミニウムの液滴が反応器23内の部材、壁に付着することによるシリコンの製造を停止することが抑制できるので、より安定した生産性を達成することができる。   In particular, in the classifier 9, when aluminum particles having an average particle diameter of 200 μm or more that are likely to inhibit the reduction reaction (the above formula (A)) are classified and removed, the reaction is performed using the particle heater 26 or the heater 313. The need for heating until the aluminum particles become liquid, that is, liquid droplets in the vessel 23 is reduced, and a very high utilization rate of aluminum can be achieved even with the solid particles. If the silicon reduction reaction is performed while the aluminum particles are solid in the reactor 23, it is possible to suppress the production of silicon due to the aluminum droplets adhering to the members and walls in the reactor 23. Stable productivity can be achieved.

なお、アルミニウム粒子を液滴としても、勿論本発明の実施は可能である。この場合でも、表面が酸化されていることによりアルミニウム液滴同士の融着等が抑制されるので好適である。
また、反応器23の上部及び/または下部にはアルミニウム粒子の流動・浮遊を促進する不活性ガス及び/またはテトラクロロシランガス等を供給するラインL210を設けることも好適である。
Of course, the present invention can be implemented even when the aluminum particles are used as droplets. Even in this case, since the surface is oxidized, fusion of aluminum droplets and the like are suppressed, which is preferable.
It is also preferable to provide a line L210 for supplying an inert gas and / or a tetrachlorosilane gas that promotes the flow and suspension of aluminum particles at the upper part and / or the lower part of the reactor 23.

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とアルミニウム粒子の供給モル数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 in the above formula (A), the stoichiometric ratio of the number of moles of tetrachlorosilane and the number of moles of aluminum in the reaction is 3: 4, but from the viewpoint of productivity and the like, per unit time supplied to the reaction field The ratio (M 1 / M 2 ) of the number of moles M 1 of tetrachlorosilane and the number of moles M 2 supplied of aluminum particles is preferably 0.75-20, more preferably 0.75-10. 0.75 to 7.5 is more preferable. When the value of M 1 / M 2 is less than 0.75, there is a tendency that the progress of the reaction becomes insufficient, while when it exceeds 20, there is a tendency that the amount of tetrachlorosilane which does not contribute to the reaction increases.

本実施形態において、反応場に水素ガスを供給することができる。これにより、アルミニウム粒子の酸化された表面の一部が還元され、アルミニウム粒子の表面に上記式(A)で示される還元反応が可能となるアルミニウムが露出する効果等が推定できるため、十分に高い反応効率が期待できる。水素ガスは、ラインL210から供給される不活性ガス及び/またはテトラクロロシランに加えて供給することができる。供給する水素ガスの濃度は、特に限定されないが、数体積%が好適である。これにより、融着や固着したアルミニウム粒子においても、十分に上記式(A)の還元反応が進行するため、反応場の温度を特に高く保持する必要がないので、安価な製造装置を使用できると共にエネルギーコストをも低減できるので好適である。   In this embodiment, hydrogen gas can be supplied to the reaction field. Thereby, a part of the oxidized surface of the aluminum particle is reduced, and the effect of exposing the aluminum capable of the reduction reaction represented by the above formula (A) on the surface of the aluminum particle can be estimated. Reaction efficiency can be expected. The hydrogen gas can be supplied in addition to the inert gas and / or tetrachlorosilane supplied from the line L210. The concentration of the hydrogen gas to be supplied is not particularly limited, but is preferably several volume%. Thereby, even in the fused and fixed aluminum particles, since the reduction reaction of the above formula (A) sufficiently proceeds, it is not necessary to keep the temperature of the reaction field particularly high, so that an inexpensive manufacturing apparatus can be used. This is preferable because energy costs can be reduced.

反応器23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生成したシリコン粒子を排出するための粒子排出口23cを有する縮径部23bを備える。この縮径部23bの鉛直方向の略中間の位置には、アトマイズガスを排出するためのガス排出口23dが設けられている。粒子排出口23cから排出されたシリコン粒子は、例えば、太陽電池の原料等として好適に用いられる。   The reactor 23 includes a reduced diameter portion 23b having a particle discharge port 23c for discharging the silicon particles generated at the lower end and the inner diameter of the reactor 23 at the lower end thereof. A gas discharge port 23d for discharging the atomized gas is provided at a substantially intermediate position in the vertical direction of the reduced diameter portion 23b. The silicon particles discharged from the particle discharge port 23c are preferably used as a raw material for solar cells, for example.

反応器23の下部に設けられた縮径部23bは、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23b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23b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23bの内部の温度を200℃よりも低くした場合、縮径部23b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 part 23b provided in the lower part of the reactor 23 functions as a 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 23b 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 23b to be 200 ° C. or higher. If lower than 200 ° C. The internal temperature of the reduced diameter portion 23b, AlCl 3 is deposited in a reduced diameter portion 23b, it tends to be easily incorporated into silicon particles.

(排ガス冷却器29)
ガス排出口23dから排出されるガスはラインL23を介して排ガス冷却器29に供給される。排ガス冷却器29は、ガス排出口23dから排出されるガスを冷却するためのものである。この排ガス冷却器29の内部の温度は、縮径部23bと同様に200℃以上となるように調整することが好ましい。排ガス冷却器29の好適な例として、熱媒体を利用する多管式熱交換器、二重管式熱交換器、あるいは直接に、排出されるガスに冷却媒体を噴霧する冷却器などを例示できる。冷却媒体としては、後述する固気分離器28から排出されるテトラクロロシランなど利用することができる。また排ガス冷却器29をラインL23に配置したが、必要に応じてラインL24にも設置してもよいし、ラインL23自体に冷却手段を付与し排ガス冷却器を省略してもよい。冷却手段としては、熱媒体を利用したジャケットが例示できる。さらには、ガス排出口23dから排出されるガスを冷却するために、反応器23の内部に冷却媒体を流入させても良い。
(Exhaust gas cooler 29)
The gas discharged from the gas discharge port 23d is supplied to the exhaust gas cooler 29 via the line L23. The exhaust gas cooler 29 is for cooling the gas discharged from the gas discharge port 23d. The temperature inside the exhaust gas cooler 29 is preferably adjusted to be 200 ° C. or higher as in the reduced diameter portion 23b. Preferable examples of the exhaust gas cooler 29 include a multi-tube heat exchanger that uses a heat medium, a double-tube heat exchanger, or a cooler that directly sprays a cooling medium to exhausted gas. . As the cooling medium, tetrachlorosilane discharged from a solid-gas separator 28 described later can be used. Although the exhaust gas cooler 29 is disposed in the line L23, it may be installed in the line L24 as necessary, or a cooling means may be provided to the line L23 itself to omit the exhaust gas cooler. An example of the cooling means is a jacket using a heat medium. Further, a cooling medium may be introduced into the reactor 23 in order to cool the gas discharged from the gas discharge port 23d.

(固気分離器25)
ガス排出口23dから排出されるガスはラインL23またはラインL23の経路に配置された排ガス冷却器29を介して固気分離器25に供給される。固気分離器25は、第2段目の固気分離器として機能する。固気分離器25は、ガス排出口23dから排出されるガス中に存在する微粒のシリコン粒子(固体)を分離するためのものである。この固気分離器25の内部の温度も縮径部23bと同様に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25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。
(Solid gas separator 25)
The gas discharged from the gas discharge port 23d is supplied to the solid-gas separator 25 via the exhaust gas cooler 29 arranged in the line L23 or the path of the line L23. The solid gas separator 25 functions as a second stage solid gas separator. The solid-gas separator 25 is for separating fine silicon particles (solid) present in the gas discharged from the gas discharge port 23d. It is preferable to adjust the temperature inside the solid-gas separator 25 so as to be 200 ° C. or higher, similarly to the reduced diameter portion 23b. As a suitable example of the solid gas separator 25, a heat insulation cyclone type solid gas separator can be exemplified.

(固気分離器28)
固気分離器25から排出されるガスはラインL4を介して固気分離器28に供給される。固気分離器28は、第3段目の固気分離器として機能する。固気分離器28は、固気分離器25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28内の温度を、AlCl(AlClの昇華点:180℃)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28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28の内部の温度を60℃よりも低くした場合、固気分離器28内においてSiClも凝縮し、回収される塩化アルミニウムの取扱いが煩雑となる傾向がある。他方、固気分離器28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、リサイクルされるテトラクロロシランガス中のAlClの含有量が高くなり取扱いが煩雑となる傾向がある。
(Solid gas separator 28)
The gas discharged from the solid gas separator 25 is supplied to the solid gas separator 28 via a line L4. The solid gas separator 28 functions as a third-stage solid gas separator. The solid gas separator 28 is for removing AlCl 3 contained in the gas from the solid gas separator 25. By maintaining the temperature in the solid-gas separator 28 at a temperature at which AlCl 3 (sublimation point of AlCl 3 : 180 ° C.) precipitates but SiCl 4 (boiling point: 57 ° C.) does not condense, the precipitated AlCl 3 (solid ) Is removed. Specifically, it is preferable to maintain the temperature inside the solid-gas separator 28 at 60 to 170 ° C. (more preferably 70 to 100 ° C.). When the temperature inside the solid-gas separator 28 is lower than 60 ° C., SiCl 4 also condenses in the solid-gas separator 28 and handling of the recovered aluminum chloride tends to be complicated. On the other hand, when the temperature inside the solid-gas separator 28 is higher than 170 ° C., the precipitation of AlCl 3 becomes insufficient, the content of AlCl 3 in the recycled tetrachlorosilane gas becomes high, and the handling becomes complicated. Tend.

固気分離器28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28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28の内表面積は、固気分離器28の装置表面積の5倍以上であることが好ましい。 The solid-gas separator 28 is preferably provided with a baffle plate (not shown) therein. By providing the baffle plate inside, the inner surface area of the solid-gas separator 28 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 28 is preferably 5 times or more the device surface area of the solid-gas separator 28.

固気分離器28においてAlClの除去処理がなされたガスは、ラインL27を通じて固気分離器28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等及び微量の塩化アルミニウムとが共存する場合には、不活性ガス等を分離し、必要に応じて微量の塩化アルミニウムを分離・精製を行うことで、テトラクロロシランを回収できる。このテトラクロロシランを反応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等もリサイクルしてもよい。 The gas that has been subjected to the removal process of AlCl 3 in the solid-gas separator 28 is discharged from the solid-gas separator 28 through the line L27. When unreacted tetrachlorosilane gas, inert gas, etc. and a small amount of aluminum chloride coexist in the gas, the inert gas is separated, and a small amount of aluminum chloride is separated and purified as necessary. Thus, tetrachlorosilane can be recovered. This tetrachlorosilane may be recycled as a reaction gas. Further, the separated inert gas or the like may be recycled.

このように、本実施形態では、粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を加熱しているので、加熱工程において、アルミニウム粒子同士の融着や固着が抑制され、アルミニウム粒子(固体又は液体)を個々に分散した状態で反応器23内に供給できる。したがって、テトラクロロシランをアルミニウムで還元してシリコンを生成する際に、アルミニウムの利用率を高くできて生産性を高められる。   Thus, in the present embodiment, since the aluminum particles whose surfaces are oxidized so that the mass fraction of oxygen in the entire particles is 0.005% or more and 0.5% or less, in the heating step, Fusion and adhesion between the aluminum particles are suppressed, and the aluminum particles (solid or liquid) can be supplied into the reactor 23 in a dispersed state. Therefore, when silicon is produced by reducing tetrachlorosilane with aluminum, the utilization rate of aluminum can be increased and productivity can be increased.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について、図3を参照しながら詳細に説明する。図3は、第2実施形態に係る反応装置30の構成を示す概略構成図である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a configuration of the reaction apparatus 30 according to the second embodiment.

第2実施形態に係るシリコン粒子の製造方法は、主に、以下の(1)の点において上記第1実施形態に係るシリコン粒子の製造方法と相違する。
(1)ガスアトマイズ法等を用いてアルミニウム粒子を製造し、分級機で好適な粒径範囲のアルミニウム粒子を選別した後、貯留することなく再加熱して分級機に供給する点。
The method for producing silicon particles according to the second embodiment is mainly different from the method for producing silicon particles according to the first embodiment in the following (1).
(1) A point in which aluminum particles are produced using a gas atomizing method and the like, and aluminum particles having a suitable particle size range are selected with a classifier, and then reheated without being stored and supplied to the classifier.

以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を主に説明し、第1実施形態と共通する事項については説明を省略する。   Hereinafter, the difference between the second embodiment and the first embodiment will be mainly described, and the description of matters common to the first embodiment will be omitted.

図3に示す反応装置30は、アトマイズ装置8b、オンライン粒子分級機300、粒子加熱器26、反応器23、排ガス冷却器29、固気分離器25、28、テトラクロロシラン加熱部37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。   The reactor 30 shown in FIG. 3 connects the atomizer 8b, the online particle classifier 300, the particle heater 26, the reactor 23, the exhaust gas cooler 29, the solid-gas separators 25 and 28, the tetrachlorosilane heating unit 37, and these. Piping (hereinafter referred to as “line” in some cases).

(アトマイズ装置8b)
アトマイズ装置8bは、溶融金属収容部31、アトマイズガス噴射部32、アトマイズ容器34を主として備える。
(Atomizing device 8b)
The atomizing device 8b mainly includes a molten metal storage unit 31, an atomizing gas injection unit 32, and an atomizing container.

溶融金属収容部31は、溶融アルミニウムを流出させるノズル31aと連通する管状部材31c及び溶融アルミニウムを収容する容器31dとを備える。管状部材31c及び容器31dは、密閉容器31eに設けられている。この溶融金属収容部31の周囲には、ヒータ(図示せず)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。また、図3に示すように、ノズル31aはアトマイズ容器34内にまで延在している。   The molten metal container 31 includes a tubular member 31c that communicates with a nozzle 31a that allows molten aluminum to flow out, and a container 31d that accommodates molten aluminum. The tubular member 31c and the container 31d are provided in the sealed container 31e. A heater (not shown) is provided around the molten metal container 31 so that the temperature of the molten aluminum to be accommodated can be adjusted. As shown in FIG. 3, the nozzle 31 a extends into the atomizing container 34.

溶融金属収容部31の上には、アトマイズガス噴射部32が設けられている。アトマイズガス噴射部32は、ノズル31aの外周に沿って設けられた開口を有するノズル32aを備える。必要に応じ適宜加熱されたアトマイズガスがノズル32aから噴射される。ノズル31aから流出した溶融アルミニウムは、ノズル31aの端面において薄膜状の溶融アルミニウムの細流を形成し、この細流に近接したノズル32aからアトマイズガスが吹き付けられるため、微細な微小液滴Pを効率よく形成することができるので好適である。このように、溶融アルミニウムを上方に流出させてアトマイズする構造をアップドラフト型とよび、液体アルミニウムを流出させるノズルと、アトマイズガスを噴射させるノズルとが近接して配置された構造をコンファインド型(Confined型又はClose−Coupled型)とよぶ。   An atomized gas injection unit 32 is provided on the molten metal storage unit 31. The atomizing gas injection unit 32 includes a nozzle 32a having an opening provided along the outer periphery of the nozzle 31a. Atomized gas that is appropriately heated as needed is ejected from the nozzle 32a. The molten aluminum flowing out of the nozzle 31a forms a thin stream of molten aluminum on the end face of the nozzle 31a, and atomized gas is blown from the nozzle 32a adjacent to the narrow stream, so that fine micro droplets P are efficiently formed. This is preferable. In this way, the structure in which molten aluminum is flowed upward and atomized is called an updraft type, and a structure in which a nozzle for flowing liquid aluminum and a nozzle for injecting atomized gas are arranged close to each other is a confined type ( It is called a Confined type or a Close-Coupled type).

ノズル32aからアトマイズガスを噴射させると、ノズル31aの出口付近に負圧が生じ、この負圧によって容器31d内の溶融アルミニウムが上方に吸い上げられる。上方に吸い上げられた溶融アルミニウムがノズル31aから流出する。このように、アトマイズ容器34の底部にアトマイズガス噴射部32を設け、アトマイズガスの噴射による負圧で溶融アルミニウムを流出させるという構成を採用することにより、アトマイズガスの供給が不可避的に停止した場合に、アトマイズ容器34内への溶融アルミニウムの供給も同時に中断する。したがって、このような事態が生じた場合であっても、溶融アルミニウム塊によって汚染されることなく、アルミニウム粒子を収容できる。なお、安定して溶融アルミニウムを流出させるため、密閉容器31e内の不活性ガス雰囲気の圧力を調整することができる。   When atomizing gas is injected from the nozzle 32a, a negative pressure is generated in the vicinity of the outlet of the nozzle 31a, and the molten aluminum in the container 31d is sucked upward by this negative pressure. Molten aluminum sucked upward flows out of the nozzle 31a. In this way, by providing the atomizing gas injection unit 32 at the bottom of the atomizing container 34 and adopting a configuration in which molten aluminum flows out with a negative pressure by atomizing gas injection, the supply of the atomizing gas is inevitably stopped. In addition, the supply of molten aluminum into the atomizing vessel 34 is also interrupted at the same time. Therefore, even when such a situation occurs, aluminum particles can be accommodated without being contaminated by the molten aluminum lump. In addition, in order to make molten aluminum flow out stably, the pressure of the inert gas atmosphere in the airtight container 31e can be adjusted.

アトマイズ容器34は、鉛直方向に延びアトマイズガス噴射部2を取り囲むように配置された円筒部34aと、円筒部34aの上端に設けられ上方に行くに従って内径が小さくなると共に最上端にアルミニウム粒子を含有する流体を排出するための固気混合流体排出口34bを有する縮径部34cを備えている。なお、固気混合流体排出口34bに入る際には、通常アルミニウム粒子は固体となっている。ガスアトマイズされたアルミニウム粒子は、アトマイズガス及び/又はキャリアガス等と共に、排出ラインL320を流通してオンライン粒子分級機300へ供給される。   The atomizing vessel 34 extends vertically and surrounds the atomizing gas injection unit 2. The atomizing vessel 34 is provided at the upper end of the cylindrical portion 34 a. A reduced diameter portion 34c having a solid-gas mixed fluid discharge port 34b for discharging the fluid to be discharged. In addition, when entering the solid-gas mixed fluid discharge port 34b, the aluminum particles are usually solid. The gas-atomized aluminum particles are supplied to the online particle classifier 300 through the discharge line L320 together with the atomized gas and / or carrier gas.

アトマイズ容器34には、固気混合流体排出口34bから排出するアルミニウム粒子量やアトマイズ容器34内の雰囲気を調整するため、キャリアガス供給口34dから不活性ガスを主成分とするキャリアガスを導入することができる。   A carrier gas containing an inert gas as a main component is introduced into the atomizing vessel 34 from the carrier gas supply port 34d in order to adjust the amount of aluminum particles discharged from the solid-gas mixed fluid discharge port 34b and the atmosphere in the atomizing vessel 34. be able to.

アトマイズ容器34の周囲には、図3に示すようにヒータ343または必要に応じ冷却手段344を備えることが好適である。溶融アルミニウムのガスアトマイズを連続することにより、アトマイズ容器34内の雰囲気温度が上昇する場合には、冷却手段344を用いて雰囲気温度を調整する必要がある。これにより、必要以上のアルミニウム粒子の表面の酸化を抑制すると共に、アトマイズ容器34を構成する部材の高温損傷を防止することができるので好適である。また、適宜加熱するアトマイズガス温度が低い場合には、ヒータ343を用いてアトマイズ容器34内の雰囲気およびアルミニウム粒子の温度を100℃以上となるように調整することが好適である。   As shown in FIG. 3, it is preferable to provide a heater 343 or, if necessary, cooling means 344 around the atomizing container 34. When the atmospheric temperature in the atomizing vessel 34 rises due to continuous gas atomization of molten aluminum, it is necessary to adjust the atmospheric temperature using the cooling means 344. Thereby, while suppressing the oxidation of the surface of the aluminum particle more than necessary, the high temperature damage of the member which comprises the atomization container 34 can be prevented, and it is suitable. In addition, when the atomizing gas temperature to be appropriately heated is low, it is preferable to adjust the temperature in the atomizing vessel 34 and the temperature of the aluminum particles to 100 ° C. or higher using the heater 343.

そして、第2実施形態において、ノズル32aから噴射するアトマイズガス、及び/又は、キャリアガス供給口34d等から供給するキャリアガスを、第1実施形態と同様に、酸素及び/又は水分を含む不活性ガスとすることにより、アルミニウム粒子全体に含まれる酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を容易に得ることができる。なお、アトマイズガスやアトマイズ容器34内の諸条件は、第1実施形態と同様とすることができる。   In the second embodiment, the atomizing gas injected from the nozzle 32a and / or the carrier gas supplied from the carrier gas supply port 34d or the like is inert containing oxygen and / or moisture as in the first embodiment. By using the gas, it is possible to easily obtain aluminum particles whose surfaces are oxidized so that the mass fraction of oxygen contained in the entire aluminum particles is 0.005% or more and 0.5% or less. Various conditions in the atomizing gas and the atomizing container 34 can be the same as those in the first embodiment.

(オンライン粒子分級機300)
オンライン粒子分級機300は、アトマイズ容器34の固気混合流体排出口34bから排出される、ガスアトマイズにより形成されたアルミニウム粒子に含まれる粗大なアルミニウム粒子を分級除去し、反応器23に供給する。オンライン粒子分級機300は、特に限定されないが、サイクロン式の固気分離器が例示できる。ガスアトマイズ時に不可避的に発生する粗大なアルミニウム粒子が、反応器23に混入供給されることを防止することにより、反応器23内において均一な還元反応(上記式(A))が安定して進行し好適である。オンライン粒子分級機300内の雰囲気ガスの温度は、100℃以上とすることが好適である。これにより雰囲気に含まれる水分がアルミニウム粒子に付着することが十分に抑制できる。加熱手段としては、オンライン粒子分級機300を外部からヒータ等(図示しない)により加熱する手段、キャリアガス供給口34dから供給するキャリアガスを適宜加熱する手段等が例示できる。
(Online particle classifier 300)
The online particle classifier 300 classifies and removes coarse aluminum particles contained in the aluminum particles formed by gas atomization, which are discharged from the solid-gas mixed fluid discharge port 34 b of the atomization vessel 34, and supplies them to the reactor 23. Although the online particle classifier 300 is not particularly limited, a cyclone solid-gas separator can be exemplified. By preventing coarse aluminum particles inevitably generated during gas atomization from being mixed and supplied to the reactor 23, a uniform reduction reaction (the above formula (A)) proceeds stably in the reactor 23. Is preferred. The temperature of the atmospheric gas in the online particle classifier 300 is preferably 100 ° C. or higher. Thereby, it can fully suppress that the moisture contained in atmosphere adheres to aluminum particles. Examples of the heating means include a means for heating the online particle classifier 300 from the outside by a heater or the like (not shown), a means for appropriately heating the carrier gas supplied from the carrier gas supply port 34d, and the like.

なお、ラインL320、オンライン粒子分級機300、ラインL330では、アルミニウム粒子の温度は例えば、比較的低い100〜300℃程度であるので、アルミニウム粒子の衝突頻度は高いものの、アルミニウム粒子同士の融着や固着は殆ど問題とならない。   Note that, in the line L320, the online particle classifier 300, and the line L330, the temperature of the aluminum particles is, for example, about 100 to 300 ° C., which is relatively low, so although the collision frequency of the aluminum particles is high, Sticking is hardly a problem.

第2実施形態においては、オンライン粒子分級機300により、還元反応(上記式(A))を阻害しやすい平均粒径1000μmを超えるアルミニウム粒子をオンラインで分級除去することができる。例えば、オンライン粒子分級機300に流入するアトマイズガスに加えキャリアガス供給量を調整することによりサイクロンへの流入ガス速度を変えることができ、所望の粒径のアルミニウム粒子を分級除去することができる。第2実施形態においては、オンライン粒子分級機300を1段設置し、平均粒径1000μmを超えるアルミニウム粒子を分級除去する場合を例示したが、多数段のオンライン粒子分級機を設置し、細粒のアルミニウム粒子を分級除外することも容易である。   In the second embodiment, the on-line particle classifier 300 can classify and remove aluminum particles having an average particle diameter exceeding 1000 μm, which easily inhibit the reduction reaction (the above formula (A)), on-line. For example, by adjusting the supply amount of the carrier gas in addition to the atomizing gas flowing into the online particle classifier 300, the inflow gas speed to the cyclone can be changed, and aluminum particles having a desired particle diameter can be classified and removed. In the second embodiment, the case where the online particle classifier 300 is installed in one stage and the aluminum particles exceeding the average particle size of 1000 μm are classified and removed is exemplified. It is easy to exclude the classification of aluminum particles.

オンライン粒子分級機300によりテトラクロロシランとの反応に好適な粒径範囲に予め分級選別されたアルミニウム粒子は、ラインL330に配置された粒子加熱器26を経由して反応器23に供給される。粒子加熱器26は、第1実施形態に示した粒子加熱器26と同様に機能する。また、ラインL320及び/又はラインL330にラインヒータ(図示しない)を巻きつけて、ラインL320及び/又はL330内を流通する固気混合流体を加熱してもよい。また、必要に応じて、ラインL31を介してラインL330に不活性キャリアガスを供給してもよい。   Aluminum particles that have been classified and sorted in advance to a particle size range suitable for reaction with tetrachlorosilane by the online particle classifier 300 are supplied to the reactor 23 via the particle heater 26 arranged in the line L330. The particle heater 26 functions in the same manner as the particle heater 26 shown in the first embodiment. Further, a line heater (not shown) may be wound around the line L320 and / or the line L330 to heat the solid-gas mixed fluid flowing through the line L320 and / or L330. Moreover, you may supply an inert carrier gas to the line L330 via the line L31 as needed.

(反応器23)
反応器23は、第1実施形態に示した反応器23と同様である。本発明において、アルミニウム粒子は、粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されているため、第1実施形態と同様の作用効果を奏する
(Reactor 23)
The reactor 23 is the same as the reactor 23 shown in the first embodiment. In the present invention, since the surface of the aluminum particles is oxidized so that the mass fraction of oxygen in the whole particles is 0.005% or more and 0.5% or less, the same effects as those of the first embodiment are exhibited.

第2実施形態に係るシリコン製造方法によれば、第1実施形態の作用効果に加えて、以下のような効果が奏される。すなわち、アルミニウム粒子を製造するアトマイズ装置8bとアルミニウム粒子を分級選別するオンライン粒子分級機300、及び反応器23をオンラインで接続する構成とすることにより、アルミニウムの粒子の温度を一度室温付近にまで下げなくてすむため、粒子加熱器26で与えるべき熱量を低く抑えることができるので、エネルギーコストの低減が可能となると共に、アトマイズガス、不活性キャリアガス等に大量に使用される高純度アルゴンガスの加熱に使用する熱量が削減できるので好適である。また、特に図示しないが高純度アルゴンガス等は分離精製し再利用することが好適である。   According to the silicon manufacturing method according to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the functions and effects of the first embodiment. That is, the temperature of the aluminum particles is once lowered to near room temperature by connecting the atomizer 8b for producing aluminum particles, the online particle classifier 300 for classifying and sorting the aluminum particles, and the reactor 23 online. Since it is not necessary, the amount of heat to be given by the particle heater 26 can be kept low, so that the energy cost can be reduced and high purity argon gas used in large quantities for atomizing gas, inert carrier gas, etc. This is preferable because the amount of heat used for heating can be reduced. Although not particularly shown, it is preferable to separate and purify high purity argon gas and the like.

上記に開示された上記第1及び第2実施形態は例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。   The first and second embodiments disclosed above are examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

例えば、第1、2実施形態において、テトラクロロシランを使用したが、テトラクロロシラン以外のハロゲン化シランを用いてもよい。ここで、ハロゲン化シランは上記の(1)式により定義されるものである。さらには、ハロゲン化シランを1種単独又は2種以上を組み合わせたハロゲン化シランを用いても良い。2種以上のハロゲン化シランの組み合わせにおいて、特には、その組成は限定されないが、少なくともテトラクロロシランの比率が別種のハロゲン化シランより多く含まれることが好適である。   For example, although tetrachlorosilane is used in the first and second embodiments, a halogenated silane other than tetrachlorosilane may be used. Here, the halogenated silane is defined by the above formula (1). Furthermore, you may use the halogenated silane which combined the halogenated silane individually by 1 type or 2 types or more. In the combination of two or more kinds of halogenated silanes, the composition is not particularly limited, but it is preferable that at least the ratio of tetrachlorosilane is contained more than that of another kind of halogenated silane.

また、第1実施形態のアルミニウム粒子の製造装置10(例えば、アトマイズガス噴射部2)及び反応器23、第2実施形態の反応装置30の詳細な形状等も特に限定されない。例えば、第1実施形態のフリーフォール−ダウンドラフト型のアトマイズ装置8aと、第2実施形態のコンファインド−アップドラフト型のアトマイズ装置8bとを入れ替えても実施は可能である。また、第1実施形態のアトマイズ装置8aにおいて、第2実施形態のようなコンファインド型のアトマイズガス噴射部を採用してもよい。   Further, the detailed shape and the like of the aluminum particle production apparatus 10 (for example, the atomized gas injection unit 2) and the reactor 23 of the first embodiment and the reaction apparatus 30 of the second embodiment are not particularly limited. For example, the present invention can be implemented by replacing the free fall-down draft type atomizing device 8a of the first embodiment with the confined-up draft type atomizing device 8b of the second embodiment. Further, in the atomizing device 8a of the first embodiment, a confined atomizing gas injection unit as in the second embodiment may be employed.

また、第1、2実施形態において、反応器23の下部にシリコンを排出する粒子排出口23cを例示したが、粒子排出口23cを設けずに、反応器23の内部に後述する第2の構造物としてのシリコンを汚染させにくい基材を設置し、その表面にシリコンを析出させて回収しても良く、あるいは後述する第2の構造物としてシリコンを捕集する内部容器を設置しシリコンを融液として回収しても良い。また、ガス排出口23dから排出されるガスにシリコン粒子を全て同伴させて固気分離器25を利用して回収することもできる。さらには、固気分離器25を多段に設置することで、シリコン粒子の回収率を向上させることができる。   In the first and second embodiments, the particle discharge port 23c for discharging silicon is illustrated in the lower portion of the reactor 23. However, the second structure described later is provided inside the reactor 23 without providing the particle discharge port 23c. A substrate that does not easily contaminate silicon as an object may be installed, and silicon may be deposited and recovered on the surface, or an internal container for collecting silicon may be installed as a second structure to be described later to melt the silicon. You may collect | recover as a liquid. Further, all of the silicon particles can be entrained in the gas discharged from the gas discharge port 23d and recovered using the solid-gas separator 25. Furthermore, the recovery rate of silicon particles can be improved by installing the solid-gas separator 25 in multiple stages.

また、第1、2実施形態において、反応器23内に、加熱されたアルミニウム粒子が上方に向けて供給されてもよく、水平方向に向けて供給されてもよい。アルミニウム粒子が反応器23内で上方または下方に向けて移動する場合、アルミニウム粒子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)、アルミニウム粒子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)。   In the first and second embodiments, the heated aluminum particles may be supplied upward in the reactor 23 or may be supplied in the horizontal direction. When the aluminum particles move upward or downward in the reactor 23, the halogenated silane gas may be flowed in the same direction as the aluminum particles move (cocurrent flow), facing the direction in which the aluminum particles move. Then, a halogenated silane gas may be flowed (counterflow).

また、第1及び第2実施形態では、反応器23の外部にヒータ213及び冷却手段214を設置しているが、反応器23内に設置することも好適である。   In the first and second embodiments, the heater 213 and the cooling means 214 are installed outside the reactor 23. However, it is also preferable to install them in the reactor 23.

さらに、表面が酸化されたアルミニウム粒子の製造方法も上記に限定されず、アトマイズガス及びアトマイズ容器内の雰囲気ガスには酸素及び水分を混入せずに、アトマイズ容器から排出した後に空気中に放置する等によって上述の表面が酸化されたアルミニウム粒子を製造してもよい。   Further, the method for producing the aluminum particles whose surfaces are oxidized is not limited to the above, and oxygen and moisture are not mixed in the atomizing gas and the atmospheric gas in the atomizing container, and then left in the air after being discharged from the atomizing container. The above-described aluminum particles whose surface has been oxidized may be manufactured.

また、第1及び第2実施形態では、アルミニウム粒子が反応器23内を落下しつつテトラクロロシランと接触させる態様が開示されているが、アルミニウム粒子を融点未満の温度に粒子加熱器26で加熱する場合には、反応器23として公知の流動層形式の反応器も使用でき、この場合にも反応場の圧力は、例えば、0.1MPa以上とすることができる。   In the first and second embodiments, a mode is disclosed in which the aluminum particles are brought into contact with tetrachlorosilane while falling in the reactor 23. The aluminum particles are heated by the particle heater 26 to a temperature lower than the melting point. In this case, a known fluidized bed type reactor can also be used as the reactor 23. In this case as well, the pressure in the reaction field can be, for example, 0.1 MPa or more.

また、第1、2実施形態において、テトラクロロシランが存在する空間を形成する構造物(例えば、反応器23)の内側にさらに第2の構造物を設けることができる。このような第2の構造物としては、具体的には、例えば、上述の反応器等の構造物内に突出するノズル(例えば、テトラクロロシランガスを反応器23内に供給するノズル等)、反応器23内でシリコンをその表面に析出、付着させる基材、シリコン粒子を捕集する内部容器、内部ヒータ等が挙げられる。これらの第2の構造物は、例えば、反応器23の円筒部23aや2縮径部3bの内側や固気分離器5の内側等の、前述の構造物の内側に設けることができる(例えば、第2の構造物23e)。第2の構造物の材料として、アルミナ、シリカ、窒化珪素、炭化珪素、炭素及びシリコンからなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。炭素としては、黒鉛が好ましい。特に第2の構造物として、黒鉛からなる本体の表面を窒化珪素または炭化珪素で被覆した構造物であることができる。これらの第2の構造物に上述の材料を用いることにより、更に高純度のシリコンを得ることができる。   In the first and second embodiments, a second structure can be further provided inside the structure (for example, the reactor 23) that forms a space in which tetrachlorosilane exists. As such a second structure, specifically, for example, a nozzle (for example, a nozzle for supplying tetrachlorosilane gas into the reactor 23) protruding into the structure such as the reactor described above, a reaction, etc. Examples include a base material for depositing and adhering silicon to the surface in the vessel 23, an internal container for collecting silicon particles, an internal heater, and the like. These second structures can be provided inside the above-described structure, such as the inside of the cylindrical portion 23a or the 2 reduced diameter portion 3b of the reactor 23 or the inside of the solid-gas separator 5 (for example, , Second structure 23e). Examples of the material of the second structure include at least one selected from the group consisting of alumina, silica, silicon nitride, silicon carbide, carbon, and silicon. As carbon, graphite is preferable. In particular, the second structure can be a structure in which the surface of the main body made of graphite is coated with silicon nitride or silicon carbide. By using the above-described materials for these second structures, silicon with higher purity can be obtained.

また、第2実施形態においては、テトラクロロシラン加熱部27からのテトラクロロシランガス及び/または不活性ガス等を、図3に示すラインL21から反応器23内に供給しているが、アトマイズ容器34のキャリアガス供給口34dから供給するキャリアガスにテトラクロロシランガス等を混合しても良い。これにより、ラインL320及び/またはラインL330内を流通するアルミニウム粒子が還元反応(上記式(A))を生じ発熱するため、アルミニウム粒子を再加熱するための粒子加熱器26を省略または加熱能力を低減することができるため好適である。   Further, in the second embodiment, tetrachlorosilane gas and / or inert gas from the tetrachlorosilane heating unit 27 is supplied into the reactor 23 from the line L21 shown in FIG. Tetrachlorosilane gas or the like may be mixed with the carrier gas supplied from the carrier gas supply port 34d. As a result, the aluminum particles flowing through the line L320 and / or the line L330 generate heat by generating a reduction reaction (the above formula (A)), so the particle heater 26 for reheating the aluminum particles is omitted or the heating capacity is increased. Since it can reduce, it is suitable.

第2実施形態においては、ラインL330に連結する1器の反応器23を例示しているが、L330に分岐を設け複数の反応器23を設置することも好適である。これにより、反応器23内で還元反応(上記式(A))が十分に完結する期間を適宜確保することが容易となり、高純度のシリコンを連続的に製造することができるので好適である。   In the second embodiment, one reactor 23 connected to the line L330 is illustrated, but it is also preferable to install a plurality of reactors 23 by providing a branch in the L330. Accordingly, it is easy to appropriately ensure a period during which the reduction reaction (the above formula (A)) is sufficiently completed in the reactor 23, which is preferable because high-purity silicon can be continuously produced.

さらに、第2実施形態の固気混合流体排出口34bは、必ずしもアトマイズ容器34の頭頂部に設ける必要はなく、例えば、アトマイズ容器34の側面に設けてもよい。   Furthermore, the solid-gas mixed fluid discharge port 34b of the second embodiment is not necessarily provided at the top of the atomizing container 34, and may be provided on the side surface of the atomizing container 34, for example.

本発明の第1実施形態に係るアルミニウム粒子の製造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 manufacturing apparatus of the aluminum particle which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1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 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2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 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,31…溶融金属収容部、
2,32…アトマイズガス噴射部、
20,30…反応装置、
200…粒子供給器、
21…アルミニウム粒子収容部、
23,33…反応器、
25…固気分離器、
26…粒子加熱器、
27…テトラクロロシラン加圧加熱部、
28…固気分離器、
29…排ガス冷却器、
300…オンライン粒子分級機、
34…アトマイズ容器,
F…溶融アルミニウムの細流、
P…アルミニウム粒子(固体又は液体)、
G…アトマイズガス。
1, 31 ... Molten metal container,
2, 32 ... atomized gas injection part,
20, 30 ... reactor,
200 ... Particle feeder,
21 ... Aluminum particle container,
23, 33 ... reactor,
25. Solid-gas separator,
26 ... Particle heater,
27 ... Tetrachlorosilane pressure heating section,
28 ... Solid-gas separator,
29 ... Exhaust gas cooler,
300 ... Online particle classifier,
34 ... Atomized container,
F ... trickle of molten aluminum,
P: Aluminum particles (solid or liquid),
G ... Atomized gas.

Claims (5)

粒子全体の酸素の質量分率が0.005%以上0.5%以下となるように表面が酸化されたアルミニウム粒子を加熱する工程と、
前記加熱されたアルミニウム粒子と下記式(1)で示されるハロゲン化シランとを接触させることにより、前記ハロゲン化シランを還元する工程と、を備えるシリコンの製造方法。
SiH4−n (1)
[式中、nは0〜3の整数;Xは、F、Cl、Br及びIからなる群より選択された原子をそれぞれ示す。nが0〜2のとき、Xは互いに同一でも異なっていてもよい。]
Heating the aluminum particles whose surfaces are oxidized so that the mass fraction of oxygen in the whole particles is 0.005% or more and 0.5% or less;
A step of reducing the halogenated silane by bringing the heated aluminum particles into contact with the halogenated silane represented by the following formula (1).
SiH n X 4-n (1)
[Wherein n is an integer of 0 to 3; X represents an atom selected from the group consisting of F, Cl, Br and I, respectively. When n is 0 to 2, X may be the same or different. ]
前記加熱する工程において、前記アルミニウム粒子を露点が−20℃以下の不活性ガス雰囲気下で加熱する請求項1記載のシリコンの製造方法。   The method for producing silicon according to claim 1, wherein in the heating step, the aluminum particles are heated in an inert gas atmosphere having a dew point of −20 ° C. or less. 前記加熱する工程において、前記アルミニウム粒子をアルミニウムの融点以上に加熱して溶融アルミニウムとし、前記還元する工程において、前記溶融アルミニウム粒子を前記ハロゲン化シランと接触させる請求項1又は2に記載のシリコンの製造方法。   3. The silicon according to claim 1, wherein in the heating step, the aluminum particles are heated to a melting point of aluminum or higher to form molten aluminum, and in the reduction step, the molten aluminum particles are brought into contact with the halogenated silane. Production method. 前記加熱する工程の前に、前記加熱する工程で加熱する前記アルミニウム粒子を、
溶融アルミニウムに対して酸素及び/又は水分を含有するアトマイズガスを吹き付ける、又は、溶融アルミニウムに対してアトマイズガスを吹き付けるチャンバ内に酸素及び/又は水分を含有するガスを供給する、ことにより得る工程をさらに備える請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
Before the heating step, the aluminum particles to be heated in the heating step,
A process obtained by blowing an atomized gas containing oxygen and / or moisture to molten aluminum or supplying a gas containing oxygen and / or moisture into a chamber for blowing atomized gas to molten aluminum. Furthermore, the manufacturing method of the silicon | silicone as described in any one of Claims 1-3 provided.
前記加熱する工程の前に、前記加熱する工程で加熱する前記アルミニウム粒子を、
溶融アルミニウムに対して酸素及び/又は水分を含有するアトマイズガスを吹き付ける、又は、溶融アルミニウムに対してアトマイズガスを吹き付けるチャンバ内に酸素及び/又は水分を含有するガスを供給する、ことにより得た粒子を分級することにより得る工程をさらに備える請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリコンの製造方法。
Before the heating step, the aluminum particles to be heated in the heating step,
Particles obtained by blowing an atomized gas containing oxygen and / or moisture to molten aluminum, or supplying a gas containing oxygen and / or moisture into a chamber in which atomized gas is blown to molten aluminum The manufacturing method of the silicon | silicone as described in any one of Claims 1-3 further provided with the process obtained by classifying.
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