JP2011042523A - Refining method for silicon for solar cell - Google Patents

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Ryozo Ushio
亮三 牛尾
Junichi Takahashi
純一 高橋
Hitoshi Ishida
人士 石田
Kazuya Maeba
和也 前場
Toshiro Tan
敏郎 丹
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zinc reduction method for refining crude metal silicon to produce silicon for solar cells, wherein the silicon for solar cells is produced in high productivity and a low cost by efficiently treating zinc chloride obtained as a by-product. <P>SOLUTION: In the refining method for silicon for solar cells, silicon tetrachloride purified by removing impurities from crude silicon tetrachloride prepared by chlorinating metal silicon is reduced by being contacted with metal zinc to produce silicon. The zinc chloride obtained as a by-product when the silicon tetrachloride is reduced by the metal zinc is sorted by a level of oxygen contained in the zinc chloride and subjected to processing for obtaining the metal zinc and chlorine by electrolysis or processing for obtaining crude zinc oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は太陽電池用シリコンを亜鉛還元法により精製する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for purifying silicon for solar cells by a zinc reduction method.

太陽電池の需要が高まるに伴って、その原料となる金属シリコンの需要も増加しつつある。
太陽電池の原料に用いるシリコンは、鉱山で採掘したシリカを還元した純度99%前後の低品位の粗金属シリコンから精製されるが、半導体に用いられる純度99.99999999%にも達する超高純度な半導体用シリコンに比べると、純度99.9999%前後までの精製にとどめた低グレードの品でも充分に使用することができるものである。
As the demand for solar cells increases, the demand for metallic silicon as a raw material is also increasing.
Silicon used as a raw material for solar cells is refined from low-grade crude metal silicon having a purity of around 99%, which is obtained by reducing silica mined in a mine, but it has an ultra-high purity reaching 99.99999999% used in semiconductors. Compared with silicon for semiconductors, even a low-grade product that has been purified to a purity of around 99.9999% can be used sufficiently.

しかしながら、従来はこのような純度のシリコンを容易に得る方法がなく、高価な半導体用シリコンの規格外品やスクラップを充当することが多かった。この半導体用シリコンを利用する場合、高コストであると共に半導体市場との競合により供給が不安定となる問題があった。そこで、太陽電池に使用する場合には半導体ほどの品質は必要でないため、大量かつ安価に生産される粗金属シリコンから直接太陽電池に必要な純度の太陽電池用シリコンを得る方法が検討されてきた。   Conventionally, however, there is no method for easily obtaining silicon of such purity, and expensive non-standard silicon for semiconductors and scrap are often used. When this silicon for semiconductors is used, there is a problem that supply is unstable due to high cost and competition with the semiconductor market. Therefore, when used for solar cells, quality as high as that of semiconductors is not necessary, so a method for obtaining silicon for solar cells having the purity required for solar cells directly from crude metal silicon produced in large quantities at low cost has been studied. .

その中で、亜鉛還元法と呼ばれる方法が見直されてきた。
この亜鉛還元法は、上述の粗金属シリコンを原料とし、これを塩素ガスと反応させて四塩化シリコンを生成させ、その四塩化シリコンを蒸留して不純物を分離し、次いで亜鉛と接触させて四塩化シリコンを還元して塩化亜鉛とシリコンを得る方法である。
この亜鉛還元法を用いた場合、半導体用の超高純度なシリコンを得るのは難しいが、安価に太陽電池に利用できる品位のシリコンを精製することができるものである。
Among them, a method called a zinc reduction method has been reviewed.
In this zinc reduction method, the above-mentioned crude metal silicon is used as a raw material, and this is reacted with chlorine gas to produce silicon tetrachloride. The silicon tetrachloride is distilled to separate impurities, and then contacted with zinc to form a tetrachlorosilane. In this method, silicon chloride is reduced to obtain zinc chloride and silicon.
When this zinc reduction method is used, it is difficult to obtain ultra-high purity silicon for semiconductors, but it is possible to purify silicon of quality that can be used for solar cells at low cost.

さらに亜鉛還元法では、四塩化シリコンが還元され金属シリコンが生成する際に副生物として塩化亜鉛が生じるが、この塩化亜鉛を電解すれば亜鉛と塩素ガスに分離できる。分離した亜鉛は再び四塩化シリコンの還元に用い、一方の塩素ガスは上流工程の粗金属シリコンの塩素化の工程に送って利用することができ、クローズド化された取り扱い易いプロセスが構築できる。   Further, in the zinc reduction method, zinc chloride is produced as a by-product when silicon tetrachloride is reduced and metal silicon is produced. If this zinc chloride is electrolyzed, it can be separated into zinc and chlorine gas. The separated zinc can be used again for the reduction of silicon tetrachloride, and the chlorine gas on one side can be sent to the upstream chlorination step of the crude metal silicon for use, and a closed and easy-to-handle process can be constructed.

また、亜鉛と接触させて四塩化シリコンを還元する際、約700℃〜1200℃の温度で反応させるが、副生した塩化亜鉛は沸点(732℃)および融点(365℃)の関係から最初にガス状もしくは液状として生成し、反応場所から離れた場所で運ばれて冷却され液体もしくは固体として析出する。この液体もしくは固体の塩化亜鉛は回収されて電解される。   In addition, when silicon tetrachloride is reduced in contact with zinc, the reaction is performed at a temperature of about 700 ° C. to 1200 ° C., but the by-product zinc chloride is the first because of the relationship between boiling point (732 ° C.) and melting point (365 ° C.). It is produced as a gas or liquid and is transported away from the reaction site to be cooled and deposited as a liquid or solid. This liquid or solid zinc chloride is recovered and electrolyzed.

その回収した塩化亜鉛を電解する方法には、塩化亜鉛を溶解し水溶液として湿式電解する方法と、塩化亜鉛を高温で熔融して溶融塩電解する方法が主に使用されるが、副生した塩化亜鉛や塩化亜鉛を電解して分離した亜鉛および塩素ガスには、様々な不純物が混入する可能性があり、混入程度によっては電解できなかったり、次のシリコンの精製工程に回せない場合もある。この不純物の多くは、混入しても亜鉛と四塩化シリコンが反応する際に揮発したり、反応時の温度や亜鉛の蒸気圧との相違などにより揮発するなどして塩素ガスや亜鉛との挙動が異なるものが多い。   The method of electrolyzing the recovered zinc chloride is mainly used by dissolving zinc chloride and performing wet electrolysis as an aqueous solution, and by melting zinc chloride at a high temperature and performing molten salt electrolysis. Various impurities may be mixed in the zinc and chlorine gas separated by electrolysis of zinc or zinc chloride, and depending on the degree of mixing, it may not be electrolyzed or may not be transferred to the next silicon purification process. Most of these impurities volatilize when zinc and silicon tetrachloride react even if they are mixed, or volatilize due to differences in temperature during reaction and vapor pressure of zinc. There are many things that are different.

しかしながら、不純物のうち酸素は、亜鉛や塩素ガスなどとの分離が難しく、しかも混入した場合の影響が大きいことが知られている。例えば、原料中に数十ppmレベルで含有される酸素は、短期間のうちに電解質の組成や性状に波及し、その結果、電解処理で支障が生じて亜鉛回収の効率を低下させ電解質の寿命も損ねてしまう恐れがある。そのため副生する塩化亜鉛の酸素濃度は100ppm未満に抑制する必要が生じている。   However, it is known that oxygen, among impurities, is difficult to separate from zinc, chlorine gas, and the like and has a great influence when mixed. For example, oxygen contained in raw materials at a level of several tens of ppm will spread to the composition and properties of the electrolyte within a short period of time, resulting in problems in electrolytic treatment, reducing the efficiency of zinc recovery, and reducing the lifetime of the electrolyte. May be damaged. Therefore, it is necessary to suppress the oxygen concentration of by-product zinc chloride to less than 100 ppm.

具体的には、熔融電解を用いた場合、融解した塩化亜鉛の電解浴に酸素が存在すると、負極から塩素ガスと共に酸素ガスが発生することがある。この酸素ガスが四塩化シリコンの還元工程に混入すると、酸素がシリコンの還元を妨害し、シリカが生成して、ロスとなる。また酸素品位の高いシリコンは太陽電池の品質低下の原因にもなる。
したがって、このように副生した塩化亜鉛に含有される酸素品位の管理が、一層重要となってきている。
Specifically, when melt electrolysis is used, if oxygen is present in the molten zinc chloride electrolytic bath, oxygen gas may be generated together with chlorine gas from the negative electrode. When this oxygen gas is mixed in the reduction process of silicon tetrachloride, oxygen interferes with the reduction of silicon, and silica is generated, resulting in a loss. In addition, silicon with high oxygen quality can cause deterioration in the quality of solar cells.
Therefore, management of the oxygen quality contained in zinc chloride by-produced in this way has become more important.

このような塩化亜鉛法による金属シリコンの製造方法には、例えば、特許文献1で開示される方法がある。
この方法は、反応容器内で液体または気体状態の四塩化珪素を溶融亜鉛で還元し、生成した多結晶シリコンと塩化亜鉛とを含有する混合物を反応容器外に取り出し、その混合物を分離容器に収容し、混合物中の塩化亜鉛を分離してのち、多結晶シリコンを分離容器から回収する多結晶シリコンの製造方法である。
As a method for producing metal silicon by such a zinc chloride method, for example, there is a method disclosed in Patent Document 1.
In this method, silicon tetrachloride in a liquid or gaseous state is reduced with molten zinc in a reaction vessel, a mixture containing the produced polycrystalline silicon and zinc chloride is taken out of the reaction vessel, and the mixture is stored in a separation vessel. Then, after the zinc chloride in the mixture is separated, the polycrystalline silicon is recovered from the separation container.

特許文献2には、反応容器内で液体または気体状態の四塩化珪素を溶融亜鉛で還元し、生成した多結晶シリコンと塩化亜鉛とを含有する混合物を反応容器外に取り出してのち、その混合物中の塩化亜鉛を分離して、多結晶シリコンを回収する高純度シリコンの製造方法において、分離された塩化亜鉛を電気分解して金属亜鉛と塩素を回収し、回収された金属亜鉛を再び四塩化珪素の還元剤として用いるとともに、回収された塩素を水素と合成させて塩化水素とし、四塩化珪素を生成するための金属シリコンの塩化処理に用いる高純度シリコンの製造方法が開示されている。   In Patent Document 2, silicon tetrachloride in a liquid or gaseous state is reduced with molten zinc in a reaction vessel, and a mixture containing the produced polycrystalline silicon and zinc chloride is taken out of the reaction vessel, and then the mixture is contained in the mixture. In a method for producing high purity silicon in which zinc chloride is separated and polycrystalline silicon is recovered, the separated zinc chloride is electrolyzed to recover metallic zinc and chlorine, and the recovered metallic zinc is again recovered into silicon tetrachloride. In addition, a method for producing high-purity silicon used for chlorination of metallic silicon to produce silicon tetrachloride by synthesizing recovered chlorine with hydrogen to produce hydrogen chloride is disclosed.

また、特許文献3は、金属珪素を原料とし、塩素ガスを作用させて四塩化珪素を生成させ更に精留により高純度化し、その高純度四塩化珪素と、高温により気化させた金属亜鉛を900〜1100℃の反応炉内においてガス・ガス接触させて高純度シリコンを製造する気相法亜鉛還元法プロセスにおいて、反応炉内で副生する塩化亜鉛を電気分解により塩素ガス及び高純度金属電解亜鉛として分離回収し、塩素ガスは精製後主原料の金属珪素と反応させて四塩化珪素とし、電解亜鉛は再度気化させ四塩化珪素と反応させて循環使用する、副生物の少ない高純度シリコンの製造方法が示されている。   Patent Document 3 uses metal silicon as a raw material, generates chlorine tetrachloride by acting chlorine gas, and further purifies it by rectification, and the high purity silicon tetrachloride and metal zinc vaporized at a high temperature are 900. In gas phase zinc reduction process in which high purity silicon is produced by contacting gas and gas in a reactor at ˜1100 ° C., zinc chloride by-produced in the reactor is electrolyzed with chlorine gas and high purity metal electrolytic zinc The chlorine gas is reacted with the main silicon metal after purification to form silicon tetrachloride, and the electrolytic zinc is vaporized again and reacted with silicon tetrachloride to circulate and produce high-purity silicon with few by-products. The method is shown.

さらに、特許文献4に開示されている方法は、四塩化珪素と亜鉛とを温度910〜1200℃の反応炉内において気相反応を行わせしめ高純度多結晶シリコンを得るにあたり、反応炉内に予めシリコン種結晶を投入し、その種結晶上にシリコンを析出せしめ、更に副生塩化亜鉛の一部を原料ガスに混合して循環ガスとする多結晶シリコンの製造方法である。   Furthermore, in the method disclosed in Patent Document 4, silicon tetrachloride and zinc are subjected to a gas phase reaction in a reaction furnace at a temperature of 910 to 1200 ° C. to obtain high-purity polycrystalline silicon. This is a method for producing polycrystalline silicon in which a silicon seed crystal is charged, silicon is deposited on the seed crystal, and a part of by-product zinc chloride is mixed with a raw material gas to form a circulating gas.

一方、特許文献5では、亜鉛含有鉱石と酸素を反応させて亜鉛酸化物を生成して、この亜鉛酸化物を炭素で還元し亜鉛ガスを発生させ、発生した亜鉛ガスを蒸留・凝縮して溶融亜鉛を採取する亜鉛製錬工程と、シリコン原料である四塩化珪素を亜鉛還元する工程とを連結する高純度シリコンの製造方法において、亜鉛還元に際して反応容器内で四塩化珪素を溶融亜鉛で還元し、多結晶シリコンを回収する高純度シリコンの製造方法が示されている。   On the other hand, in Patent Document 5, zinc oxide is produced by reacting zinc-containing ore with oxygen, this zinc oxide is reduced with carbon to generate zinc gas, and the generated zinc gas is distilled and condensed to melt. In a method for producing high-purity silicon in which a zinc smelting process for collecting zinc and a process for reducing silicon tetrachloride, which is a silicon raw material, are reduced to zinc, silicon tetrachloride is reduced with molten zinc in a reaction vessel during zinc reduction. A method for producing high-purity silicon for recovering polycrystalline silicon is shown.

特開平11−11925号公報JP 11-11925 A 特開平11−92130号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-92130 特開2003−34519号公報JP 2003-34519 A 特開2003−342016号公報JP 2003-342016 A 特開平11−60228号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-60228

しかしながら、このような従来の各方法では、副生した塩化亜鉛の取り扱いに関して、一部に副生した塩化亜鉛の採集後に、一部を原料ガスに混合して反応速度制御に利用する手法が開示されているが、塩化亜鉛の品質を維持しプロセスを円滑に操業するための副生した塩化亜鉛の取り扱いに関する示唆は見られなかった。   However, in each of these conventional methods, regarding the handling of by-produced zinc chloride, after collecting the partially produced zinc chloride, a method is disclosed in which a part is mixed with the raw material gas and used for reaction rate control. However, there was no suggestion regarding the handling of by-produced zinc chloride to maintain the quality of zinc chloride and to operate the process smoothly.

そこで、このような状況を鑑み、本発明は太陽電池用シリコンを粗金属シリコンから精製する亜鉛還元法において、副生する塩化亜鉛を効率的に処理することにより太陽電池用シリコンを生産性良く、かつ安価に生産する亜鉛還元法の提供を目的とするものである。   Therefore, in view of such a situation, the present invention is a zinc reduction method for refining solar cell silicon from crude metal silicon, by efficiently treating by-product zinc chloride, solar cell silicon with high productivity, It is intended to provide a zinc reduction method that can be produced at low cost.

上記の課題を解決するための本発明の第1の発明は、金属シリコンを塩化処理した四塩化シリコンから不純物を分離して精製した四塩化シリコンと金属亜鉛とを接触させることにより四塩化シリコンを還元してシリコンを得る方法において、この四塩化シリコンを金属亜鉛と接触させて還元する際に副生する塩化亜鉛は、その塩化亜鉛が含有する酸素品位により区分されて、電解処理により金属亜鉛と塩素とを得る工程と、粗酸化亜鉛を得る工程とに分けて処理される太陽電池用シリコンの精製方法である。   The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is to contact silicon tetrachloride by contacting silicon tetrachloride purified by separating impurities from silicon tetrachloride obtained by chlorination of metal silicon and metal zinc. In the method of obtaining silicon by reduction, zinc chloride produced as a by-product when reducing silicon tetrachloride by contacting with zinc metal is classified according to the oxygen grade contained in the zinc chloride and is separated from metallic zinc by electrolytic treatment. This is a method for purifying silicon for solar cells, which is divided into a step of obtaining chlorine and a step of obtaining crude zinc oxide.

本発明の第2の発明は、第1の発明において、その塩化亜鉛が含有する酸素品位による区分が、酸素品位100ppmを区分値に用いて、酸素品位100ppm未満の塩化亜鉛が電解処理により金属亜鉛と塩素を得る工程により処理され、酸素品位100ppm以上の塩化亜鉛が粗酸化亜鉛を得る工程により処理される太陽電池用シリコンの精製方法である。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the classification according to the oxygen grade contained in the zinc chloride uses the oxygen grade of 100 ppm as the category value, and the zinc chloride having an oxygen grade of less than 100 ppm is subjected to electrolytic treatment by the electrolytic treatment. And a process for obtaining chlorine, and zinc chloride having an oxygen grade of 100 ppm or more is treated by a process for obtaining crude zinc oxide.

本発明の第3の発明は、第1の発明あるいは第2の発明において、電解処理により金属亜鉛と塩素を得る工程が、熔融した塩化亜鉛を電解液として用いる熔融塩電解法、あるいは塩化亜鉛を溶解した水溶液を電解液として用いる電解採取法のいずれかを用いて金属亜鉛と塩素に分離し、かつ分離した塩素を脱水および脱酸素処理して回収する太陽電池用シリコンの精製方法である。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the step of obtaining metallic zinc and chlorine by electrolytic treatment is performed by a molten salt electrolysis method using molten zinc chloride as an electrolytic solution, or by using zinc chloride. This is a method for purifying silicon for solar cells, in which a dissolved aqueous solution is separated into metallic zinc and chlorine using any one of the electrowinning methods using an electrolytic solution, and the separated chlorine is recovered by dehydration and deoxygenation.

本発明の第4の発明は、第1の発明あるいは第2の発明において、粗酸化亜鉛を得る工程が塩化亜鉛に水を添加し、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム、もしくは炭酸ナトリウムを含むアルカリ剤を添加してアルカリ処理し、次いでアルカリ処理により得られたスラリーを濾別する固液分離処理により固形分と液体成分に分離し、その得られた分離した固形分が乾燥、および空気存在下で焙焼されて、粗酸化亜鉛と固形分から揮発する塩素成分とに分離され、その分離した液体成分がイオン交換膜を用いた電解採取により塩素ガス、水素ガスおよび水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムに分離される太陽電池用シリコンの精製方法である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the step of obtaining the crude zinc oxide is performed by adding water to zinc chloride and containing sodium hydroxide, potassium hydroxide, or sodium carbonate. And then the slurry obtained by the alkali treatment is separated into a solid and a liquid component by solid-liquid separation treatment, and the obtained solid is dried and in the presence of air. It is roasted and separated into crude zinc oxide and chlorine components that volatilize from the solid content, and the separated liquid components are separated into chlorine gas, hydrogen gas, and sodium hydroxide or potassium hydroxide by electrowinning using an ion exchange membrane. This is a method for purifying solar cell silicon.

また、本発明の第5の発明は、第4の発明において、分離した液体成分をイオン交換膜を用いて電解採取して得られた塩素ガスが金属シリコンの塩化処理に使用され、分離した液体成分をイオン交換膜を用いて電解採取して得られた水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが粗酸化亜鉛を得る工程におけるアルカリ処理に用いられる太陽電池用シリコンの精製方法である。   The fifth aspect of the present invention is the liquid crystal according to the fourth aspect, wherein chlorine gas obtained by electrolytically collecting the separated liquid component using an ion exchange membrane is used for chlorination of metal silicon. This is a method for purifying silicon for solar cells used for alkali treatment in the step of obtaining crude zinc oxide from sodium hydroxide or potassium hydroxide obtained by electrowinning components using an ion exchange membrane.

本発明によれば、純度の低い金属シリコンから太陽電池用シリコンの精製を行う際に、工程中に還元剤として用いる金属亜鉛や金属シリコンを塩化処理する際に使用される塩素ガスを、より効率的にリサイクル可能にすることから低廉、かつ省資源に優れる太陽電池用シリコンの精製を可能とするものである。   According to the present invention, when refining solar cell silicon from low-purity metal silicon, chlorine gas used when chlorinating metal zinc or metal silicon used as a reducing agent during the process is more efficient. This makes it possible to purify silicon for solar cells, which is inexpensive and resource-saving because it can be recycled.

本発明の製造工程を説明する概略フロー図である。It is a schematic flowchart explaining the manufacturing process of this invention. 本発明の実施例1で用いた製造工程の概略フロー図で、粗酸化亜鉛を得る工程にソーダ灰を用いた場合の図である。It is a schematic flowchart of the manufacturing process used in Example 1 of this invention, and is a figure at the time of using soda ash for the process of obtaining crude zinc oxide. 本発明の実施例2で用いた製造工程の概略フロー図で、粗酸化亜鉛を得る工程に水酸化ナトリウムを用いた場合の図である。It is a schematic flowchart of the manufacturing process used in Example 2 of this invention, and is a figure at the time of using sodium hydroxide for the process of obtaining crude zinc oxide. 実施例で用いた太陽電池用シリコンの製造装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the manufacturing apparatus of the silicon for solar cells used in the Example.

本発明の発明者らは鋭意研究の結果、金属シリコンの生成過程において、塩化亜鉛が回収される場所が一か所ではなく複数の場所にまたがって回収される場合が多いという観察結果を得て、それを詳細に吟味して方策を練り、本発明のシリコン精製方法を発明するに至ったものである。   As a result of diligent research, the inventors of the present invention have obtained an observation result that zinc chloride is often recovered not in one place but in a plurality of places in the production process of metallic silicon. Thus, it has been studied in detail and devised, and the silicon purification method of the present invention has been invented.

この塩化亜鉛は、亜鉛還元反応炉の温度によってはガス状もしくは溶融状で生成してくるが、還元反応炉から外部に取り出す過程での配管等の冷却状態によって、途中配管内壁等への塩化亜鉛の付着量が一定量存在している。
また、正規な回収場所の前方および後方の領域に析出した塩化亜鉛の量は、全体から見て無視し得ない比率に達することがあり、そしてその場合、これらの塩化亜鉛は、配管内壁からの酸素の混入、管壁から引き剥がす操作の際に周辺環境の気相中から混入してくる酸素の影響を受けて、塩化亜鉛の品質が低下していた。
Depending on the temperature of the zinc reduction reactor, this zinc chloride is produced in the form of gas or melt, but depending on the cooling state of the piping during the process of taking it out from the reduction reactor, the zinc chloride on the inner wall of the piping etc. There is a certain amount of adhesion.
Also, the amount of zinc chloride deposited in the front and rear areas of the regular collection site may reach a ratio that cannot be ignored as a whole, and in that case, these zinc chlorides are separated from the inner wall of the pipe. The quality of zinc chloride deteriorated due to the influence of oxygen mixed in from the gas phase in the surrounding environment during the operation of oxygen mixing and peeling from the tube wall.

したがって、塩化亜鉛の酸素品位の高低を無視し、その塩化亜鉛をまとめて利用するとすれば、不純物レベルの大きい場所からの影響が全体へ及ぶことになり、これらを区別して不純物レベルの高低によって別個に分けて扱う方法で、回収塩化亜鉛からの資源回収方法を最適化する手法をとれば課題を解決できることを、本発明の発明者らは見出したものである。   Therefore, if the oxygen grade of zinc chloride is ignored and the zinc chloride is used together, the influence from places with a large impurity level will affect the whole, and these are distinguished by the level of the impurity level. The inventors of the present invention have found that the problem can be solved if a method of optimizing the resource recovery method from recovered zinc chloride is used in the method of handling separately.

図1は、その回収塩化亜鉛からの資源回収方法を含めた太陽電池用シリコン製造工程の一例を示す概略フロー図である。
図1に示す製造工程では、酸素品位100ppm未満の回収された塩化亜鉛(合格)は、電解処理により金属亜鉛と塩素ガスに分離されるのに対し、酸素品位100ppm以上の塩化亜鉛(不合格)は、アルカリ処理された後に固液分離されて固形分と液体成分に分離される。
FIG. 1 is a schematic flow diagram showing an example of a solar cell silicon manufacturing process including a resource recovery method from the recovered zinc chloride.
In the manufacturing process shown in FIG. 1, the recovered zinc chloride having an oxygen grade of less than 100 ppm (accepted) is separated into metallic zinc and chlorine gas by electrolytic treatment, whereas the zinc chloride having an oxygen grade of 100 ppm or more (failed). Is subjected to an alkali treatment and then separated into a solid and a liquid component by solid-liquid separation.

この固形分は、粗酸化亜鉛処理により粗酸化亜鉛と塩素成分に分離され、粗酸化亜鉛から金属亜鉛に製錬される。
一方、液体成分からは塩素ガスが分離され、金属シリコンの塩化処理に用いることができる。その他の副産物として水素ガス、および水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムが分離される。
This solid content is separated into crude zinc oxide and a chlorine component by the crude zinc oxide treatment, and smelted from the crude zinc oxide to metallic zinc.
On the other hand, chlorine gas is separated from the liquid component and can be used for chlorination of metallic silicon. Hydrogen gas and sodium hydroxide or potassium hydroxide are separated as other by-products.

本発明では、酸素品位の高い塩化亜鉛は、水に溶解させて一部含まれている固形のシリコン残渣等を抜き取るためにリパルプ洗浄した後、残渣類を取り除いた水溶液に対してアルカリ剤である一定量の炭酸ナトリウム(ソーダ灰)を添加して反応させ、生成する不溶性の炭酸亜鉛を必要に応じてさらに水洗・リパルプ洗浄処理した後、溶け残っているスラリーをろ過・脱水し、得られた固形分を次に乾燥・焙焼し、そこでの達成温度に応じてなお残留する一部の塩素成分は必要に応じて揮発によって減じさせ、塩素含有量が数%以下の酸化亜鉛すなわち粗酸化亜鉛として固形化させる。   In the present invention, zinc chloride with high oxygen quality is an alkaline agent for an aqueous solution from which residues are removed after repulp washing to remove solid silicon residues and the like partially contained by dissolving in water. A certain amount of sodium carbonate (soda ash) was added and reacted, and the resulting insoluble zinc carbonate was further washed with water and repulp as necessary, and the remaining slurry was filtered and dehydrated. The solids are then dried and roasted, and depending on the temperature achieved there, some remaining chlorine component is reduced by volatilization if necessary, and the zinc content or crude zinc oxide with a chlorine content of several percent or less Solidify as

その得られた粗酸化亜鉛は、既存の乾式亜鉛製錬に用いる原料として製錬処理されて金属亜鉛が回収され、再び金属シリコンの精製に用いることができる。また、電解される塩化亜鉛と、粗酸化亜鉛を経由して亜鉛製錬工程で処理される塩化亜鉛の比率は、重量比で70:30から100:0の範囲内で調整することが望ましい。
なお、電解処理においては、不純物元素である酸素成分が、粗酸化亜鉛中へ混入することがあっても、もともと粗酸化亜鉛自体が酸素の化合物主体であるため、以降の任意の乾式亜鉛製錬における各工程において何ら障害を起こすことはない。
The obtained crude zinc oxide is smelted as a raw material used for existing dry zinc smelting to recover metallic zinc and can be used again for refining metallic silicon. The ratio of zinc chloride to be electrolyzed and zinc chloride treated in the zinc smelting process via crude zinc oxide is preferably adjusted within a range of 70:30 to 100: 0 by weight.
In the electrolytic treatment, even if the oxygen component, which is an impurity element, may be mixed into the crude zinc oxide, the crude zinc oxide itself is primarily composed of oxygen compounds. There will be no obstacles in each process.

さらに、塩化亜鉛を水に溶解させて一部含まれている固形のシリコン残渣等をリパルプ洗浄した後に、残渣を取り除いた水溶液に対してアルカリ剤を添加した際、塩素成分は塩化ナトリウム水溶液、あるいは塩化カリウム水溶液の塩化物の水溶液としての溶解成分となる。   Furthermore, after repulp washing solid silicon residues and the like that are partially contained by dissolving zinc chloride in water, when adding an alkaline agent to the aqueous solution from which the residues have been removed, the chlorine component is a sodium chloride aqueous solution, or It becomes a dissolved component of an aqueous solution of potassium chloride as an aqueous solution of chloride.

その塩素成分は、亜鉛還元法の最初の工程である金属シリコンの塩化処理にて原料塩素として再利用するために、この塩化物の水溶液は排出せずに有効利用する。具体的には、塩化物の水溶液をイオン交換膜電解法による湿式電気分解にかけ、塩素ガス、水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液、水素ガスに分離した。   Since the chlorine component is reused as raw material chlorine in the chlorination treatment of metallic silicon, which is the first step in the zinc reduction method, the aqueous solution of chloride is effectively used without being discharged. Specifically, an aqueous solution of chloride was subjected to wet electrolysis by an ion exchange membrane electrolysis method and separated into chlorine gas, sodium hydroxide aqueous solution or potassium hydroxide aqueous solution, and hydrogen gas.

この工程で得られた塩素ガスは、上流工程である塩化処理工程に戻して再利用をはかることにより、プロセスのリサイクル性を高めている。
また、ここで得られた水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液は、酸素品位の高い塩化亜鉛を処理する際に添加するアルカリ剤としてリサイクルすることもできる。
The chlorine gas obtained in this step is returned to the chlorination treatment step, which is an upstream step, and reused to improve the process recyclability.
Moreover, the sodium hydroxide aqueous solution or potassium hydroxide aqueous solution obtained here can also be recycled as an alkaline agent added when processing zinc chloride with high oxygen quality.

本発明における塩化亜鉛の酸素品位における区分に関して、塩化亜鉛の酸素品位の評価は、操業毎に実分析を行う手間のかかる方法でも良いが、操業に伴う経時的な酸素品位の変動を予め観測し、その経時的変動に対応する所で塩化亜鉛を区分する方法、例えば、製造したシリコンを還元炉外に取り出したタイミングの直後とそれ以外の操業期間、あるいは操業開始直後とそれ以外の操業期間などによって処理方法を区分する方法を用いても良い。   Regarding the classification of the oxygen grade of zinc chloride in the present invention, the evaluation of the oxygen grade of zinc chloride may be a time-consuming method of performing an actual analysis for each operation, but the fluctuation of the oxygen grade over time accompanying the operation is observed in advance. , A method of sorting zinc chloride at a place corresponding to the change over time, such as immediately after the timing when the produced silicon is taken out of the reduction furnace and other operation periods, or immediately after the start of operation and other operation periods, etc. A method of classifying the processing method according to the above may be used.

また、副生した塩化亜鉛を予め回収する場所として指定した箇所で回収した塩化亜鉛は電解処理する工程で処理し、それ以外の場所で副生して回収された塩化亜鉛を粗酸化亜鉛の工程で処理するように区分することでも良い。   In addition, zinc chloride collected at a place designated as a place where zinc chloride produced as a by-product is collected in advance is treated in an electrolytic treatment process, and zinc chloride produced as a by-product in other places is collected into a crude zinc oxide process. It is also possible to classify them so that they are processed by

この塩化亜鉛の区分に際して、含有する酸素量の値を100ppmを境に区分した理由は、100ppm未満の酸素含有量の酸素品位の低い塩化亜鉛は、電解処理により適宜、支障をきたさずに金属亜鉛と塩素に分離できるのに対して、100ppm以上の酸素含有量となる酸素品位の高い塩化亜鉛では、過剰の酸素を発生するなど電解処理には適さないことから区分している。   In this classification of zinc chloride, the reason for dividing the value of oxygen content at 100 ppm as a boundary is that zinc chloride having an oxygen content of less than 100 ppm and having low oxygen grade is suitable for metal zinc without causing any trouble by electrolytic treatment. It can be separated into chlorine and high-quality zinc chloride having an oxygen content of 100 ppm or more, and is classified because it is not suitable for electrolytic treatment because it generates excessive oxygen.

なお、酸素品位が高い塩化亜鉛の副生量が増加すると、電解処理に適用できない塩化亜鉛の比率が増し、プロセスを円滑に動かせなくなる可能性もあるため、副生する塩化亜鉛の処理工程を2系統有し、処理可能な条件に応じて塩化亜鉛を区分して処理する方法を用いることで、太陽電池用シリコンの精製プロセスを円滑にしている。   If the amount of zinc chloride by-product with high oxygen quality increases, the proportion of zinc chloride that cannot be applied to electrolytic treatment increases, and the process may not be able to move smoothly. By using a method that separates and treats zinc chloride in accordance with conditions that can be treated, the process for purifying silicon for solar cells is made smooth.

さらに、本発明によれば、酸素等の不純物が多く含まれる塩化亜鉛からも原料の塩素ガスが回収できるため、亜鉛成分の回収のみならず、亜鉛還元炉から出て来て回収される塩化亜鉛の品質に関わらず塩素ガスの回収量が一定に保たれるので、プロセスの塩素バランスを保つことができる。   Furthermore, according to the present invention, since chlorine gas as a raw material can be recovered from zinc chloride containing a large amount of impurities such as oxygen, not only recovery of zinc components but also zinc chloride recovered from a zinc reduction furnace and recovered Regardless of the quality, the recovery amount of chlorine gas is kept constant, so that the chlorine balance of the process can be maintained.

その詳細を、以下の実施例を用いてさらに説明する。   The details will be further described using the following examples.

太陽電池用シリコンを精製するために、まず、図2に示す製造工程の概略フロー図に従い原料となるシリカを炭素と共に熱処理炉に混合装入して加熱し、シリコン純度が98〜99%まで粗精製された粗金属シリコンを作製した。作製した粗金属シリコンと塩素ガスとを反応させて四塩化シリコンを生成した。次に、その四塩化シリコンを、精留操作によって不純物と四塩化シリコンとの沸点温度の差を利用して精製し、精製四塩化シリコンとした。   In order to purify silicon for solar cells, first, silica as a raw material is mixed and charged into a heat treatment furnace together with carbon in accordance with a schematic flow chart of the manufacturing process shown in FIG. 2, and the silicon purity is coarsened to 98 to 99%. Purified crude metal silicon was produced. The produced crude metal silicon was reacted with chlorine gas to produce silicon tetrachloride. Next, the silicon tetrachloride was purified by a rectification operation using the difference in boiling point temperature between the impurity and silicon tetrachloride to obtain purified silicon tetrachloride.

次いで、図4に示す亜鉛還元法試験装置を用いて、この精製四塩化シリコンの蒸気と亜鉛の蒸気とを、内部が約1000℃の温度に保たれたセラミック電気管状炉1の石英製炉芯管2の中で接触させ、亜鉛還元反応を起こさせ、目的の純度を持つシリコンを生成させた。生成したシリコンは、炉芯管2内部にて樹枝状に析出しているものを含め炉内壁の各部に析出した物を個々に回収した。   Next, by using the zinc reduction method test apparatus shown in FIG. 4, the quartz core of the ceramic electric tubular furnace 1 in which the purified silicon tetrachloride vapor and the zinc vapor are kept at a temperature of about 1000 ° C. Contact was made in the tube 2 to cause a zinc reduction reaction to produce silicon having the desired purity. The generated silicon was individually recovered from the deposits on each part of the furnace inner wall, including those precipitated in a dendritic shape inside the furnace core tube 2.

図4において、1はセラミック電気管状炉、2は石英製炉心管(透明石英管)、3はK熱電対、4はハニカム、5は恒温槽、6は温度計、7は四塩化シリコン蒸気発生部を囲うフード、7aは蒸気部排気ドラフト、8はガス流量計、9はArガス配管、10は塩化亜鉛の回収槽(トラップ瓶)、11は配管、12は回収槽からの排気ライン、13は塩素成分の脱水および脱酸素部(吸収瓶)、14は塩化亜鉛の回収槽を囲うフード、20は加熱されるユニチューブ、21は3方弁である。   In FIG. 4, 1 is a ceramic electric tubular furnace, 2 is a quartz core tube (transparent quartz tube), 3 is a K thermocouple, 4 is a honeycomb, 5 is a thermostat, 6 is a thermometer, and 7 is silicon tetrachloride vapor generation. Hood enclosing the part, 7a is a steam exhaust draft, 8 is a gas flow meter, 9 is an Ar gas pipe, 10 is a zinc chloride recovery tank (trap bottle), 11 is a pipe, 12 is an exhaust line from the recovery tank, 13 Is a dehydration and deoxygenation part (absorption bottle) of a chlorine component, 14 is a hood surrounding a zinc chloride recovery tank, 20 is a heated unitube, and 21 is a three-way valve.

そこで、図2の概略フロー図に示すように、図4の装置における回収場所ごとの不純物含有状態把握(酸素含有量)を行った。
図4の装置において副生した塩化亜鉛は、塩化亜鉛の回収槽10、炉内から回収槽10に至る配管11の内部、および回収槽10以降の排気ライン12内壁等にも堆積していた。
回収槽10から取り出した塩化亜鉛と、配管内各部から取り出した塩化亜鉛を分析して酸素品位を調べたところ、回収槽10で回収された塩化亜鉛の酸素品位は50ppm前後と低いものであり、それ以外で副生した塩化亜鉛の酸素品位は150ppmと電解処理に影響する程度に高い酸素品位を示していた。なお、この場所により含有する酸素品位が異なる原因としては、付着部材ごとの温度の違いや汚染程度の差に起因するものや、回収時の雰囲気から混入してくる程度の違いなどが考えられる。
Therefore, as shown in the schematic flow diagram of FIG. 2, the impurity content state grasping (oxygen content) for each collection place in the apparatus of FIG. 4 was performed.
The zinc chloride by-produced in the apparatus of FIG. 4 was also deposited on the zinc chloride recovery tank 10, the inside of the pipe 11 from the furnace to the recovery tank 10, the inner wall of the exhaust line 12 after the recovery tank 10, and the like.
When zinc chloride taken out from the recovery tank 10 and zinc chloride taken out from each part in the pipe were analyzed for oxygen quality, the oxygen quality of the zinc chloride recovered in the recovery tank 10 was as low as around 50 ppm, The oxygen grade of zinc chloride produced as a by-product other than that was 150 ppm, which was high enough to affect the electrolytic treatment. In addition, the cause of the difference in the oxygen grade contained depending on the location can be attributed to a difference in temperature or contamination level of each adhering member, or a difference in the degree of contamination from the atmosphere at the time of recovery.

回収槽から取り出した酸素品位50ppmの塩化亜鉛は、電解して金属亜鉛と塩素ガスを回収した。
一方、回収槽以外から取り出した酸素品位150ppmと高い塩化亜鉛は、図1に示す工程により粗酸化亜鉛として固形化させ、既存の乾式亜鉛製錬に用いる原料として製錬処理して、金属亜鉛を回収した。なお、電解処理においては不純物元素となる酸素成分は、粗酸化亜鉛中へ混入することがあっても、もともと粗酸化亜鉛自体が酸素の化合物主体であるため、以降の任意の乾式亜鉛製錬における各工程において何ら障害を起こすことはないと考えられる。
Zinc chloride having an oxygen grade of 50 ppm taken out from the recovery tank was electrolyzed to recover metallic zinc and chlorine gas.
On the other hand, zinc chloride with a high oxygen grade of 150 ppm extracted from other than the recovery tank is solidified as crude zinc oxide by the process shown in FIG. 1 and smelted as a raw material used in the existing dry zinc smelting, and the metallic zinc is It was collected. In addition, even if the oxygen component that is an impurity element in the electrolytic treatment may be mixed into the crude zinc oxide, the crude zinc oxide itself is primarily an oxygen compound, so in any subsequent dry zinc smelting It is considered that no trouble occurs in each process.

投入した金属亜鉛の量と、このように酸素品位50ppmの塩化亜鉛から回収される金属亜鉛および酸素品位150ppmの塩化亜鉛から回収される金属亜鉛の量を比較して金属亜鉛の回収率を求め、その省資源性を評価して、表1に記した。
なお、金属亜鉛の回収率は、塩化亜鉛から亜鉛が全量得られるものとして、回収した塩化亜鉛の量から金属亜鉛の量を求め、投入した金属亜鉛の量と比較している。回収率が75%を超える場合を「○」とし、75〜50%の間を「△」とし、それ以下の場合を「×」と表記した。
省資源性の評価は、回収した物品の内、再利用できるものが多いほど省資源性に優れているとした。
The amount of metal zinc input was compared with the amount of metal zinc recovered from zinc chloride having an oxygen grade of 50 ppm and the amount of metal zinc recovered from zinc chloride having an oxygen grade of 150 ppm, and the recovery rate of metal zinc was determined. The resource saving properties were evaluated and listed in Table 1.
In addition, the recovery rate of metallic zinc assumes that the whole amount of zinc can be obtained from zinc chloride, obtains the amount of metallic zinc from the amount of recovered zinc chloride, and compares it with the amount of metallic zinc input. The case where the recovery rate exceeded 75% was indicated as “◯”, the range between 75% and 50% was indicated as “Δ”, and the case where the recovery rate was less than that was indicated as “X”.
In the evaluation of resource saving, the more items that can be reused, the better the resource saving.

さらに塩素成分は、塩化ナトリウム水溶液としての溶解成分となり、この塩化ナトリウム水溶液をイオン交換膜電解法による湿式電気分解にかけ、塩素ガス、水酸化ナトリウム水溶液、および水素ガスに分離した。なお、分離した塩素ガスは、上流工程である粗金属シリコン塩化処理工程に戻して再利用をはかることにより、プロセスのリサイクル性を高めるものである。   Further, the chlorine component became a dissolved component as a sodium chloride aqueous solution, and this sodium chloride aqueous solution was subjected to wet electrolysis by an ion exchange membrane electrolysis method to separate into chlorine gas, sodium hydroxide aqueous solution, and hydrogen gas. The separated chlorine gas is recycled to the crude metal silicon chlorination process, which is an upstream process, to improve the recyclability of the process.

実施例1と同様に、太陽電池用シリコンを精製するために、まず、図3に示す製造工程の概略フロー図に従い原料となるシリカを炭素と共に熱処理炉に混合装入して加熱し、シリコン純度が98〜99%まで粗精製された粗金属シリコンを作製した。作製した粗金属シリコンと塩素ガスとを反応させて四塩化シリコンを生成した。   Similarly to Example 1, in order to purify solar cell silicon, first, silica as a raw material was mixed and charged into a heat treatment furnace together with carbon in accordance with the schematic flow chart of the manufacturing process shown in FIG. Produced crude metal silicon roughly refined to 98-99%. The produced crude metal silicon was reacted with chlorine gas to produce silicon tetrachloride.

次いで、精製四塩化シリコンを得た後に、図4に示す亜鉛還元法試験装置を用いて、実施例1と同様に精製四塩化シリコンの蒸気と亜鉛蒸気とを石英製炉芯管の中で反応させて亜鉛還元反応を起こし、所定純度の太陽電池用シリコンを生成させ、炉芯管内部にて樹枝状に析出しているものを含め炉内壁の各部に析出した物を個々に回収した。   Next, after obtaining purified silicon tetrachloride, the vapor of purified silicon tetrachloride and zinc vapor were reacted in a quartz furnace core tube in the same manner as in Example 1 using the zinc reduction method test apparatus shown in FIG. Then, a zinc reduction reaction was caused to produce silicon for solar cells having a predetermined purity, and the substances deposited on each part of the furnace inner wall including those that were precipitated in a dendritic shape inside the furnace core tube were individually collected.

そこで、図3の概略フロー図に示すように、図4の装置における回収場所ごとの不純物含有状態把握(酸素含有量)を行った。
副生した塩化亜鉛は、塩化亜鉛の回収槽から取り出された、酸素品位50ppmと低い塩化亜鉛と、それ以外の酸素品位150ppmと高い塩化亜鉛に区分された。また、炉内から外部への排気管を通って回収槽に至る配管内部、および回収槽以降の排気ラインの内壁等にも堆積し、回収槽から取り出した塩化亜鉛と、配管内各部から取り出した塩化亜鉛のそれぞれの不純物組成では、一部の箇所の配管内部周辺から回収した塩化亜鉛について、実施例2での後工程である湿式電解処理による亜鉛回収工程に向かない種類の不純物が一定濃度以上に含まれていた。
Therefore, as shown in the schematic flow chart of FIG. 3, the impurity content state grasping (oxygen content) for each collection place in the apparatus of FIG. 4 was performed.
The by-produced zinc chloride was divided into zinc chloride having a low oxygen grade of 50 ppm and high zinc chloride having a high oxygen grade of 150 ppm, which was taken out from the zinc chloride recovery tank. In addition, it accumulates on the inside of the pipe leading from the inside of the furnace through the exhaust pipe to the recovery tank, and on the inner wall of the exhaust line after the recovery tank, and is taken out from the recovery tank and each part in the pipe In each impurity composition of zinc chloride, a certain concentration or more of impurities not suitable for the zinc recovery step by wet electrolytic treatment, which is the subsequent step in Example 2, is recovered in the zinc chloride recovered from the inside of the piping at some locations. It was included in.

そこで、回収槽か得られた酸素品位の低い塩化亜鉛は、電解して金属亜鉛と塩素ガスに分離し、回収した。   Therefore, the low oxygen grade zinc chloride obtained from the recovery tank was electrolyzed and separated into metallic zinc and chlorine gas and recovered.

一方不純物含有レベルの高い方の塩化亜鉛は一定量になるまで溜め置いた。その後図3に示す方法により、不純物含有レベルの高い塩化亜鉛を水に溶解させて一部含まれている固形のシリコン残渣等をリパルプ洗浄した後に、残渣を取り除いた水溶液に対して水酸化ナトリウムを添加した。塩素成分は塩化ナトリウムの水溶液となったが、亜鉛還元法の最初の工程である金属シリコンの塩化処理にて原料塩素として再利用するために、この塩化ナトリウムの水溶液は排出せずに有効利用することとし、具体的には、塩化ナトリウム水溶液を、イオン交換膜電解法による湿式電気分解にかけて、塩素ガス、水酸化ナトリウム水溶液、水素ガスの3つに分離して回収した。なお、ここで得られた水酸化ナトリウム水溶液は、酸素品位の高い塩化亜鉛を処理する際に添加する水酸化ナトリウムとしてリサイクルされる。   On the other hand, zinc chloride having a higher impurity content level was stored until a certain amount was reached. Thereafter, zinc chloride with a high impurity content level is dissolved in water by the method shown in FIG. 3 to repulp the solid silicon residue partially contained therein, and then sodium hydroxide is added to the aqueous solution from which the residue has been removed. Added. Although the chlorine component became an aqueous solution of sodium chloride, this aqueous solution of sodium chloride is effectively used without being discharged because it is reused as raw material chlorine in the chlorination treatment of metallic silicon, which is the first step in the zinc reduction method. Specifically, the sodium chloride aqueous solution was subjected to wet electrolysis by an ion exchange membrane electrolysis method, and separated into three gases, chlorine gas, sodium hydroxide aqueous solution, and hydrogen gas, and recovered. In addition, the sodium hydroxide aqueous solution obtained here is recycled as sodium hydroxide added when processing zinc chloride with high oxygen quality.

さらに、水酸化ナトリウム添加の際に沈殿した水酸化亜鉛スラリーは、ろ過、脱水処理され、次に得られた固形分を乾燥、焙焼したうえで、塩素含有量が数%以下の粗酸化亜鉛として固形化させ、乾式亜鉛製錬における原料粗酸化亜鉛として供して金属亜鉛を回収した。   Further, the zinc hydroxide slurry precipitated during the addition of sodium hydroxide is filtered and dehydrated, and then the solid content obtained is dried and roasted, and then the crude zinc oxide having a chlorine content of several percent or less. As a raw material crude zinc oxide in dry zinc smelting, metal zinc was recovered.

実施例1と同様に投入した金属亜鉛の量と、このように酸素品位50ppmの塩化亜鉛から回収した金属亜鉛、および酸素品位150ppmの塩化亜鉛から回収した金属亜鉛の量を比較して金属亜鉛の回収率を求め、その省資源性を評価して、併せて表1に記した。   The amount of metal zinc charged in the same manner as in Example 1 was compared with the amount of metal zinc recovered from zinc chloride having an oxygen grade of 50 ppm and the amount of metal zinc recovered from zinc chloride having an oxygen grade of 150 ppm. The recovery rate was determined, and its resource saving properties were evaluated.

この実施例2に示す方法では、投入した金属亜鉛や塩素ガスはもとより使用するアルカリ剤も再利用できるために、プロセス運用におけるランニングコストをさらに低減させることが可能である。   In the method shown in Example 2, since the alkali metal to be used can be reused as well as the charged metal zinc and chlorine gas, the running cost in the process operation can be further reduced.

(比較例1)
実施例1と同様の製造方法により、金属シリコンから精製四塩化シリコンを得た後に亜鉛還元反応をおこさせ、目的の純度を持つ太陽電池用シリコンを精製した。亜鉛還元反応の際、キャリアとして用いたArガスに、純度が低く酸素を含むものを用いた。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, after obtaining purified silicon tetrachloride from metal silicon, a zinc reduction reaction was performed to purify silicon for solar cells having the desired purity. At the time of the zinc reduction reaction, Ar gas used as a carrier had a low purity and contained oxygen.

副生した塩化亜鉛は、塩化亜鉛回収槽から回収した塩化亜鉛の酸素品位は120ppm、それ以外の回収塩化亜鉛の酸素品位は200ppmであった。これらの塩化亜鉛を用いて実施例1と同様に、図2に示す2系統の塩化亜鉛の処理方法により金属亜鉛を生成した。その投入金属亜鉛量に対する回収率を実施例1と同様に評価して、併せて表1に記した。   As for by-product zinc chloride, the oxygen grade of zinc chloride recovered from the zinc chloride recovery tank was 120 ppm, and the oxygen grade of the other recovered zinc chloride was 200 ppm. Using these zinc chlorides, in the same manner as in Example 1, zinc metal was produced by the two systems of zinc chloride treatment shown in FIG. The recovery rate with respect to the amount of input metal zinc was evaluated in the same manner as in Example 1, and is also shown in Table 1.

(従来例)
実施例1と同様の製造方法により、金属シリコンから精製四塩化シリコンを得た後に亜鉛還元反応をおこさせ、目的の純度を持つ太陽電池用シリコンを精製した。
(Conventional example)
In the same manner as in Example 1, after obtaining purified silicon tetrachloride from metal silicon, a zinc reduction reaction was performed to purify silicon for solar cells having the desired purity.

副生した塩化亜鉛は、塩化亜鉛の回収槽および回収槽以外の箇所から回収されたすべての塩化亜鉛を用いて、電解処理により金属亜鉛を精製し、投入金属亜鉛に対する回収率を実施例1と同様に評価して、併せて表1に記した。
このときの塩化亜鉛に含まれる酸素品位は、50ppmから150ppmのものが混在していた。
The zinc chloride produced as a by-product was purified by electrolytic treatment using all the zinc chloride collected from the zinc chloride collection tank and other places than the collection tank. The same evaluation was made and the results are shown in Table 1.
At this time, the oxygen grade contained in the zinc chloride was mixed from 50 ppm to 150 ppm.

1 セラミック電気管状炉
2 石英製炉心管(透明石英管)
3 K熱電対
4 ハニカム
5 恒温槽
6 温度計
7 四塩化シリコン蒸気発生部を囲うフード
7a 蒸気部排気ドラフト
8 ガス流量計
9 Arガス配管
10 塩化亜鉛の回収槽(トラップ瓶)
11 配管
12 回収槽からの排気ライン
13 塩素成分の脱水および脱酸素部(吸収瓶)
14 塩化亜鉛の回収槽を囲うフード
20 加熱されるユニチューブ
21 3方弁
1 Ceramic electric tube furnace 2 Quartz core tube (transparent quartz tube)
3 K thermocouple 4 Honeycomb 5 Thermostatic chamber 6 Thermometer 7 Hood surrounding the silicon tetrachloride vapor generating section 7a Steam exhaust draft 8 Gas flow meter 9 Ar gas pipe 10 Zinc chloride recovery tank (trap bottle)
11 Pipe 12 Exhaust line from recovery tank 13 Dehydration and deoxygenation part of chlorine component (absorption bottle)
14 Hood that surrounds the zinc chloride recovery tank 20 Unitube to be heated 21 3-way valve

Claims (5)

金属シリコンを塩化処理した四塩化シリコンから不純物を分離して精製した四塩化シリコンと金属亜鉛とを接触させることにより四塩化シリコンを還元してシリコンを得る方法において、
四塩化シリコンを金属亜鉛と接触させて還元する際に副生する塩化亜鉛は、前記塩化亜鉛が含有する酸素品位により区分されて、電解処理により金属亜鉛と塩素ガスとを得る工程と粗酸化亜鉛を得る工程とに分けて処理されることを特徴とする太陽電池用シリコンの精製方法。
In a method of obtaining silicon by reducing silicon tetrachloride by contacting silicon tetrachloride purified by separating impurities from silicon tetrachloride obtained by chlorination of metal silicon and metal zinc,
Zinc chloride produced as a by-product when silicon tetrachloride is brought into contact with metallic zinc and reduced is classified according to the oxygen grade contained in the zinc chloride, and a process of obtaining metallic zinc and chlorine gas by electrolytic treatment and crude zinc oxide A process for purifying silicon for solar cells, wherein the process is performed separately from the step of obtaining
前記塩化亜鉛が含有する酸素品位による区分が、酸素品位100ppmを区分値に用いて、
前記酸素品位100ppm未満の塩化亜鉛が、電解処理により金属亜鉛と塩素ガスを得る工程により処理され、
前記酸素品位100ppm以上の塩化亜鉛が、粗酸化亜鉛を得る工程により処理されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池用シリコンの精製方法。
The classification based on the oxygen grade contained in the zinc chloride uses an oxygen grade of 100 ppm as the category value,
Zinc chloride having an oxygen grade of less than 100 ppm is treated by a step of obtaining zinc metal and chlorine gas by electrolytic treatment,
2. The method for purifying silicon for solar cells according to claim 1, wherein the zinc chloride having an oxygen grade of 100 ppm or more is treated in a step of obtaining crude zinc oxide.
前記電解処理により金属亜鉛と塩素ガスを得る工程が、熔融した塩化亜鉛を電解液として用いる熔融塩電解法、あるいは塩化亜鉛を溶解した水溶液を電解液として用いる電解採取法のいずれかを用いて金属亜鉛と塩素ガスに分離し、かつ分離した塩素ガスを脱水および脱酸素処理して回収することを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池用シリコンの精製方法。   The step of obtaining metallic zinc and chlorine gas by the electrolytic treatment is performed using either a molten salt electrolysis method using molten zinc chloride as an electrolytic solution or an electrowinning method using an aqueous solution in which zinc chloride is dissolved as an electrolytic solution. 3. The method for purifying silicon for solar cells according to claim 1, wherein the silicon gas is separated into zinc and chlorine gas, and the separated chlorine gas is recovered by dehydration and deoxygenation treatment. 4. 前記粗酸化亜鉛を得る工程が、塩化亜鉛に水を添加し、次いで水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム、もしくは炭酸ナトリウムを含むアルカリ剤を添加してアルカリ処理し、次いでアルカリ処理により得られたスラリーを濾別する固液分離処理により固形分と液体成分に分離し、
前記分離した固形分が乾燥、および空気存在下で焙焼されて、粗酸化亜鉛と前記固形分から揮発する塩素成分とに分離され、
前記分離した液体成分が、イオン交換膜を用いた電解採取により塩素ガス、水素ガスおよび水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムに分離される、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池用シリコンの精製方法。
In the step of obtaining the crude zinc oxide, water is added to zinc chloride, and then alkali treatment is performed by adding an alkali agent containing sodium hydroxide, potassium hydroxide, or sodium carbonate, and then the slurry obtained by the alkali treatment is treated. It is separated into solid and liquid components by solid-liquid separation process to filter,
The separated solid content is dried and roasted in the presence of air, and separated into crude zinc oxide and a chlorine component that volatilizes from the solid content,
The separated liquid component is separated into chlorine gas, hydrogen gas and sodium hydroxide or potassium hydroxide by electrowinning using an ion exchange membrane.
The method for purifying silicon for solar cells according to claim 1 or 2.
前記分離した液体成分をイオン交換膜を用いて電解採取して得られた塩素ガスが、金属シリコンの塩化処理に使用され、
前記分離した液体成分をイオン交換膜を用いて電解採取して得られた水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが、前記粗酸化亜鉛を得る工程におけるアルカリ処理に用いられることを特徴とする請求項4記載の太陽電池用シリコンの精製方法。
Chlorine gas obtained by electrolytic collection of the separated liquid component using an ion exchange membrane is used for chlorination of metallic silicon,
5. The sodium hydroxide or potassium hydroxide obtained by electrolytically collecting the separated liquid component using an ion exchange membrane is used for alkali treatment in the step of obtaining the crude zinc oxide. Of refining silicon for solar cells.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616784A (en) * 2011-10-27 2012-08-01 内蒙古神舟硅业有限责任公司 Method of reducing silicon tetrachloride with zinc powder in organic solvent to prepare solar grade polysilicon
JP2013006741A (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Epsilon Co Ltd Method for production of polycrystalline silicon

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013006741A (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Epsilon Co Ltd Method for production of polycrystalline silicon
CN102616784A (en) * 2011-10-27 2012-08-01 内蒙古神舟硅业有限责任公司 Method of reducing silicon tetrachloride with zinc powder in organic solvent to prepare solar grade polysilicon

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