JP2011068520A - Method for producing silicon for solar cell - Google Patents

Method for producing silicon for solar cell Download PDF

Info

Publication number
JP2011068520A
JP2011068520A JP2009221415A JP2009221415A JP2011068520A JP 2011068520 A JP2011068520 A JP 2011068520A JP 2009221415 A JP2009221415 A JP 2009221415A JP 2009221415 A JP2009221415 A JP 2009221415A JP 2011068520 A JP2011068520 A JP 2011068520A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
carbon
solar cells
zeolite
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009221415A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5383406B2 (en
Inventor
Shinya Hayashi
慎也 林
Takeshi Asano
剛 朝野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
JX Nippon Oil and Energy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JX Nippon Oil and Energy Corp filed Critical JX Nippon Oil and Energy Corp
Priority to JP2009221415A priority Critical patent/JP5383406B2/en
Priority to US13/497,878 priority patent/US20120244059A1/en
Priority to CN2010800428300A priority patent/CN102656116A/en
Priority to PCT/JP2010/005798 priority patent/WO2011036897A1/en
Priority to EP10818574A priority patent/EP2481707A1/en
Publication of JP2011068520A publication Critical patent/JP2011068520A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5383406B2 publication Critical patent/JP5383406B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20Waste processing or separation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/82Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably and inexpensively provide silicon for solar cells. <P>SOLUTION: An aspect of the method for producing silicon for solar cells comprises a step (1) of obtaining silicon tetrachloride by chlorinating a silicon-containing substance that contains zeolite in the presence of a carbon-containing substance, a step (2) of separating and purifying silicon tetrachloride obtained by the step (1), and a step (3) of obtaining polycrystalline silicon by reacting silicon tetrachloride purified in the step (2) with gaseous zinc. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池用シリコンの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing silicon for solar cells.

近年、地球温暖化を防止するため、原因物質の一つとされる二酸化炭素の排出量低減が大きな課題となっている。その解決手段として太陽電池は注目を集めており、需要も著しい伸びを示している。現在主流の太陽電池はシリコンを発電層として用いた太陽電池であるため、太陽電池需要の伸びに伴って太陽電池用シリコンの需要が逼迫する事態に陥っている。   In recent years, in order to prevent global warming, reducing carbon dioxide emissions, which is one of the causative substances, has become a major issue. Solar cells are attracting attention as a solution to this problem, and demand is growing significantly. Currently, the mainstream solar cell is a solar cell using silicon as a power generation layer, so that the demand for silicon for solar cells is tight as the demand for solar cells grows.

一方で、現在の太陽電池はまだまだ高価であるため、太陽電池によって得られる電力の価格は商業電力の電気代と比較して数倍であり、原料費の低減・製造コストの低減が望まれている。   On the other hand, the current solar cell is still expensive, and the price of the electric power obtained by the solar cell is several times that of the electricity cost of commercial power, and it is desired to reduce raw material costs and manufacturing costs. Yes.

太陽電池用シリコンを製造する手法としては、(1)シーメンス法:トリクロロシランを水素によって還元することで多結晶シリコンを製造する手法、(2)流動床法:反応炉内にシリコン微粉末を流動させておき、その中にモノシランと水素の混合ガスを導入して多結晶シリコンを製造する手法、(3)亜鉛還元法:四塩化珪素を溶融亜鉛によって還元することで多結晶シリコンを製造する手法、上記の3つの手法が挙げられる。低価格化を指向する太陽電池用シリコンの製造方法としては、(1)シーメンス法、(2)流動床法では高純度金属シリコンの生産効率が低いという基本的な問題があり、生産効率に優れている(3)亜鉛還元法を用いることが好ましいと考えられる。   As a method of manufacturing silicon for solar cells, (1) Siemens method: a method of manufacturing polycrystalline silicon by reducing trichlorosilane with hydrogen, (2) Fluidized bed method: flowing silicon fine powder into the reactor A technique for producing polycrystalline silicon by introducing a mixed gas of monosilane and hydrogen into the mixture; (3) zinc reduction method: a technique for producing polycrystalline silicon by reducing silicon tetrachloride with molten zinc The above three methods can be mentioned. There are basic problems that the production efficiency of high purity metal silicon is low in (1) Siemens method and (2) fluidized bed method as the manufacturing method of solar cell silicon that is aimed at lowering the price. (3) It is considered preferable to use a zinc reduction method.

図1は、現在提案されている、亜鉛還元法によって太陽電池用シリコンを製造する一般的なプロセスを示している(特許文献1参照)。   FIG. 1 shows a general process for producing silicon for solar cells by a zinc reduction method currently proposed (see Patent Document 1).

まず始めに、以下の反応式(ア)もしくは(イ)に示したように、珪石等の二酸化珪素を炭素によって還元することで、純度が97〜99%程度の金属シリコンを製造する。   First, as shown in the following reaction formula (a) or (b), silicon dioxide such as silica is reduced with carbon to produce metal silicon having a purity of about 97 to 99%.

SiO+C→Si+CO・・・(ア)
SiO+2C→Si+2CO・・・(イ)
しかしながら、この製造プロセスは反応温度を2000℃以上にする必要があるために大量の電力を必要とし、金属シリコンの価格が高くなるという問題を抱えている。
SiO 2 + C → Si + CO 2 (A)
SiO 2 + 2C → Si + 2CO (i)
However, this manufacturing process has a problem that the reaction temperature needs to be 2000 ° C. or higher, which requires a large amount of electric power, and the price of metal silicon increases.

上記反応で得られた97〜99%程度の純度の金属シリコンは、以下の反応式(ウ)に示したように塩化水素と反応させることで四塩化珪素を製造する。   Silicon tetrachloride having a purity of about 97 to 99% obtained by the above reaction is reacted with hydrogen chloride as shown in the following reaction formula (c) to produce silicon tetrachloride.

Si+4HCl→SiCl+2H・・・(ウ)
上記のように、亜鉛還元法に用いる四塩化珪素の製造プロセスには、2ステップの反応を経て製造されている、大量の電力が必要である、などの問題点があり、改善の余地を残している。
Si + 4HCl → SiCl 4 + 2H 2 (U)
As described above, the production process of silicon tetrachloride used in the zinc reduction method has problems such as being produced through a two-step reaction and requiring a large amount of electric power, leaving room for improvement. ing.

高純度多結晶シリコンは、上記手法によって製造された四塩化珪素を精製後、以下の反応式(エ)に基づいて、亜鉛ガスによって還元することで製造する。   High-purity polycrystalline silicon is produced by purifying silicon tetrachloride produced by the above-described method and reducing it with zinc gas based on the following reaction formula (d).

SiCl+2Zn→Si+2ZnCl・・・(エ)
反応副生成物である塩化亜鉛は、電気分解によって金属亜鉛と塩素に分けられ、金属亜鉛は上記反応(エ)の原料として再利用されている。また塩素は、前記四塩化珪素を製造する工程において生成した水素(反応式(ウ))と反応させることで塩化水素にし、前記四塩化珪素を製造する工程の原料として再利用されている。
SiCl 4 + 2Zn → Si + 2ZnCl 2 (D)
Zinc chloride, which is a reaction by-product, is divided into metallic zinc and chlorine by electrolysis, and metallic zinc is reused as a raw material for the reaction (d). Chlorine is made hydrogen chloride by reacting with hydrogen (reaction formula (c)) produced in the process of producing silicon tetrachloride, and is reused as a raw material in the process of producing silicon tetrachloride.

特開平11−092130号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-092130 特開昭58-055330号公報JP 58-055330 A 特公平3−055407号公報Japanese Patent Publication No. 3-055407 特公平4−072765号公報Japanese Examined Patent Publication No. 4-072765

上述した現状を踏まえて、太陽電池用シリコンをより安定かつ安価に供給することが望まれている。そこで、本発明では安定かつ安価に供給し続けることが可能な原料を用いて、従来の製造方法よりも製造プロセスの簡素化、反応温度の低温化を図り、安定かつ安価に太陽電池用シリコンを供給し続けることが可能な新規の製造手法を提供する。
四塩化珪素を製造する手法としては、珪素含有物質を金属シリコンにし、製造した金属シリコンと塩化水素の反応によって四塩化珪素を製造するといった、2ステップの反応を用いた手法が一般的であるが、珪石等のシリカ含有物質から直接製造する手法もある。
SiO+2C+2Cl→SiCl+2CO ・・・(オ)
In light of the above-described present situation, it is desired to supply silicon for solar cells more stably and inexpensively. Therefore, in the present invention, by using raw materials that can be supplied stably and inexpensively, the manufacturing process is simplified and the reaction temperature is lowered as compared with the conventional manufacturing method, and silicon for solar cells is stably and inexpensively manufactured. Provide new manufacturing methods that can continue to be supplied.
As a method for producing silicon tetrachloride, a method using a two-step reaction is generally used, in which silicon-containing material is made into metal silicon, and silicon tetrachloride is produced by a reaction between the produced metal silicon and hydrogen chloride. There is also a method of producing directly from a silica-containing material such as silica.
SiO 2 + 2C + 2Cl 2 → SiCl 4 + 2CO (e)

この手法では、上述の反応式(オ)に示したように珪石等の珪素含有物質と炭素、塩素を反応させることで四塩化珪素を得ることができるため、従来の手法よりも反応プロセス数を削減することができる。しかしながら、珪石等と炭素の混合物と、塩素との反応性は低く、1300℃以上という高温条件下で反応を行う必要がある。   In this method, as shown in the above reaction formula (e), silicon tetrachloride can be obtained by reacting a silicon-containing substance such as silica with carbon and chlorine. Therefore, the number of reaction processes is smaller than that in the conventional method. Can be reduced. However, the reactivity of a mixture of silica and the like with carbon and chlorine is low, and it is necessary to perform the reaction under a high temperature condition of 1300 ° C. or higher.

一方で、上記反応式(オ)の原料である珪素含有物質として珪酸バイオマスの炭化処理生成物を使用すると、塩素との反応性が飛躍的に向上し、400〜1100℃という従来よりも低温な条件下でも高収率で四塩化珪素を得たという報告例がある(特許文献2参照)。その理由としては、炭化処理生成物中に含まれているシリカと炭素が各々微粒子であり高分散状態であること、多孔質であり表面積が大きいことなどが挙げられている。   On the other hand, when the carbonized product of silicate biomass is used as the silicon-containing substance that is the raw material of the reaction formula (e), the reactivity with chlorine is dramatically improved and the temperature is lower than the conventional temperature of 400 to 1100 ° C. There is a report example that silicon tetrachloride was obtained in high yield even under conditions (see Patent Document 2). The reason for this is that silica and carbon contained in the carbonized product are each fine particles in a highly dispersed state, porous and have a large surface area.

また、原料の珪酸バイオマスの炭化処理生成物にカリウム化合物や硫黄又は硫黄化合物を添加することで反応転化率を向上させた報告例があり、カリウム分や硫黄分が塩素化反応の触媒として働くことが示唆されている(特許文献3、4参照)。
しかしながら、珪酸バイオマスは比重が小さいため、工業化の際に大量の珪酸バイオマスを集荷、運搬するためには膨大なコストがかかってしまう。また、大量の珪酸バイオマスを安定的に供給することは困難であり、量産化を考えた際、珪酸バイオマスは有用な材料とは言い難い。
In addition, there is a report example of improving the reaction conversion rate by adding potassium compound, sulfur or sulfur compound to the carbonization product of raw material silicate biomass, and potassium content and sulfur content act as a catalyst for chlorination reaction Has been suggested (see Patent Documents 3 and 4).
However, since the specific gravity of silicate biomass is small, enormous costs are required to collect and transport a large amount of silicate biomass during industrialization. In addition, it is difficult to stably supply a large amount of silicate biomass, and it is difficult to say that silicate biomass is a useful material when mass production is considered.

一方、ゼオライトは多孔質性の材料であるために表面積が大きい。また、酸点を有しているため炭素含有物質と混合した際、酸点と炭素含有物質間の相互作用によってバイオマス由来のシリカ・炭素化合物同様、シリカと炭素を高分散にすることが期待でき、反応温度を低温化させることが期待できる。   On the other hand, zeolite has a large surface area because it is a porous material. Also, since it has an acid point, when mixed with a carbon-containing material, it can be expected that silica and carbon will be highly dispersed, similar to biomass-derived silica and carbon compounds, due to the interaction between the acid point and the carbon-containing material. It can be expected to lower the reaction temperature.

また、ゼオライトは反応触媒、吸着剤、イオン交換膜などの用途として工業的に多くの分野で使用されているため、安価かつ安定的な供給が期待できる。さらに、工業的に使用された廃ゼオライトの大半は回収、再利用されること無く、産業廃棄物として処理されている。上述した内容を踏まえると、少なくともゼオライトを含有した珪素含有物質を用いると、1ステップの反応で、低温条件下でも四塩化珪素を高収率で製造することが期待できる。また、原料費用および従来必要であった廃ゼオライトの処理費用をも削減することが期待できる。さらには産業廃棄物を削減することができるため、環境への負荷も低減することが期待できる。   In addition, zeolite is industrially used in many fields for applications such as reaction catalysts, adsorbents, and ion exchange membranes, so that it can be expected to be supplied inexpensively and stably. Furthermore, most of the industrially used waste zeolite is treated as industrial waste without being recovered and reused. In view of the above-described contents, when a silicon-containing material containing at least zeolite is used, it is expected that silicon tetrachloride can be produced in a high yield even under low temperature conditions by a one-step reaction. In addition, it can be expected to reduce raw material costs and waste zeolite processing costs that were conventionally required. Furthermore, since industrial waste can be reduced, it can be expected to reduce the environmental load.

本発明のある態様は、太陽電池用シリコンの製造方法である。当該太陽電池用シリコンの製造方法は、ゼオライトを含有した珪素含有物質を炭素含有物質の存在下で塩素化することで四塩化珪素を得る工程(1)と、工程(1)によって生成した四塩化珪素を分離精製する工程(2)と、工程(2)において精製された四塩化珪素と亜鉛ガスを反応させることで多結晶シリコンを得る工程(3)と、を備えることを特徴とする。   One embodiment of the present invention is a method for producing silicon for solar cells. The method for producing silicon for solar cells includes a step (1) of obtaining silicon tetrachloride by chlorinating a silicon-containing material containing zeolite in the presence of a carbon-containing material, and a tetrachloride produced by the step (1). A step (2) for separating and purifying silicon; and a step (3) for obtaining polycrystalline silicon by reacting the silicon tetrachloride purified in step (2) with zinc gas.

この態様の太陽電池用シリコンの製造方法によれば、ゼオライトを含有した珪素含有物質を用い、上記(オ)に示した反応によって直接的に四塩化珪素を製造することにより、従来の製造方法よりも反応ステップ数を削減でき、かつ反応温度を低温化することができるため、太陽電池用シリコンを安定かつ安価に供給し続けることが可能となる。   According to the method for producing silicon for solar cells of this embodiment, by using silicon-containing material containing zeolite and directly producing silicon tetrachloride by the reaction shown in (e) above, the conventional production method can be obtained. However, since the number of reaction steps can be reduced and the reaction temperature can be lowered, it is possible to continue supplying silicon for solar cells stably and inexpensively.

本発明によれば、太陽電池用シリコンを安定かつ安価に提供することができる。   According to the present invention, silicon for solar cells can be provided stably and inexpensively.

従来の亜鉛還元法を用いた一般的な太陽電池用シリコンの製造方法を示すプロセス図である。It is a process figure which shows the manufacturing method of the general silicon for solar cells using the conventional zinc reduction method. 実施の形態に係る太陽電池用シリコンの製造方法を示すプロセス図である。It is a process figure showing a manufacturing method of silicon for solar cells concerning an embodiment.

以下、本発明を実施するための最良形態を示すが、この限りではない。   Hereinafter, although the best mode for carrying out the present invention is shown, this is not restrictive.

実施の形態に係る太陽電池用シリコンの製造方法は、ゼオライトを含有した珪素含有物質を炭素含有物質の存在下で塩素化することで四塩化珪素を得る工程(1)と、前記工程(1)によって得られた四塩化珪素を分離精製する工程(2)と、前記工程(2)において精製された四塩化珪素と亜鉛ガスを反応させることで多結晶シリコンを得る工程(3)とを備える。図2は、実施の形態に係る太陽電池用シリコンの製造方法を示すプロセス図である。   The method for producing silicon for solar cells according to the embodiment includes a step (1) of obtaining silicon tetrachloride by chlorinating a silicon-containing material containing zeolite in the presence of a carbon-containing material, and the step (1). The step (2) for separating and purifying the silicon tetrachloride obtained by the step (2) and the step (3) for obtaining polycrystalline silicon by reacting the silicon tetrachloride purified in the step (2) with zinc gas are provided. FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing silicon for solar cells according to an embodiment.

[工程(1)]
工程(1)では、少なくともゼオライトを含有した珪素含有物質(S10)を炭素含有物質(S20)の存在下で塩素化すること(S30)で四塩化珪素を得る(S40)。
[Step (1)]
In the step (1), silicon tetrachloride is obtained by chlorinating a silicon-containing material (S10) containing at least zeolite in the presence of a carbon-containing material (S20) (S30) (S40).

ここで「ゼオライト」とは、シリカを含有する結晶性の無機多孔質材料であり、具体的にはゼオライトA、ゼオライトX、ゼオライトY、ゼオライトL、ゼオライトΩ、USYゼオライト、ZK、ZSM、シリカライト、シャバサイト、エリオナイト、オフレタイト、モルデナイト、ナイトロライト、フォージャサイト、ソーダライト、トムソナイト等が挙げられるが、この限りではない。   Here, “zeolite” is a crystalline inorganic porous material containing silica. Specifically, zeolite A, zeolite X, zeolite Y, zeolite L, zeolite Ω, USY zeolite, ZK, ZSM, silicalite , Shabasite, erionite, offretite, mordenite, nitrolite, faujasite, sodalite, tomsonite, etc., but not limited thereto.

ゼオライトの特徴としては、多孔質性の材料であるために表面積が大きいことや酸点を有していることが挙げられる。珪素含有物質として珪石等の表面積が小さい物質を使用する場合、表面積を大きくするための粉砕工程が必要であるが、ゼオライトは表面積が大きいために粉砕工程が不要であり、工業化した際の製造プロセスを削減することができる。また炭素含有物質と混合した際、ゼオライト中の酸点と炭素含有物質間の相互作用によってシリカに炭素を高分散することができ、低温条件下でも高収率で四塩化珪素を得ることができる。   As a feature of zeolite, since it is a porous material, it has a large surface area and has acid sites. When using a material with a small surface area, such as silica, as the silicon-containing material, a pulverization step is required to increase the surface area, but since the zeolite has a large surface area, the pulverization step is unnecessary and the manufacturing process when industrialized Can be reduced. Moreover, when mixed with a carbon-containing substance, carbon can be highly dispersed in silica by the interaction between the acid sites in the zeolite and the carbon-containing substance, and silicon tetrachloride can be obtained in high yield even at low temperatures. .

また、ゼオライトは、以下のような特性を有していることが望ましいが、この限りではない。表面積(BET法)としては、1〜1000m/g、好ましくは10〜700m/g、さらに好ましくは300〜600m/gであることが適しているがこの限りではない。平均細孔径としては、2〜100Å、好ましくは10〜70Å、さらに好ましくは30〜50Åであることが適しているがこの限りではない。細孔容量としては、0.1〜2.0mL/g、好ましくは0.3〜1.5mL/g、さらに好ましくは0.5〜1.0mL/gであることが適しているがこの限りではない。酸点としては、0.01〜1.0mol/kg、好ましくは0.1〜0.8mol/kg、さらに好ましくは0.3〜0.6mol/kgであることが適しているが、この限りではない。また、ケイバン比(アルミナに対するシリカのモル比)としては、2以上、好ましくは2〜1000、さらに好ましくは10〜1000であることが適しているが、この限りではない。 Moreover, although it is desirable that the zeolite has the following characteristics, this is not restrictive. The surface area (BET method) is suitably 1 to 1000 m 2 / g, preferably 10 to 700 m 2 / g, more preferably 300 to 600 m 2 / g, but is not limited thereto. The average pore diameter is suitably 2 to 100 mm, preferably 10 to 70 mm, and more preferably 30 to 50 mm, but is not limited thereto. As the pore volume, 0.1 to 2.0 mL / g, preferably 0.3 to 1.5 mL / g, more preferably 0.5 to 1.0 mL / g is suitable. is not. The acid point is suitably 0.01 to 1.0 mol / kg, preferably 0.1 to 0.8 mol / kg, more preferably 0.3 to 0.6 mol / kg. is not. Further, the caivan ratio (molar ratio of silica to alumina) is 2 or more, preferably 2 to 1000, more preferably 10 to 1000, but is not limited thereto.

本実施の形態で用いられる珪素含有物質は、少なくともゼオライトを含有していればよく、ゼオライトの他に珪素含有化合物を含有していてもよい。珪素含有化合物として具体的には、珪石、珪砂、珪素集積バイオマス、非晶質性のシリカアルミナ等が挙げられるがこの限りではない。また、珪素含有化合物中に含まれている珪素の量としては、15〜46質量%、好ましくは20〜45質量%、より好ましくは20〜35質量%であることが適しているが、この限りではない。   The silicon-containing material used in the present embodiment only needs to contain at least zeolite, and may contain a silicon-containing compound in addition to zeolite. Specific examples of the silicon-containing compound include, but are not limited to, silica, silica sand, silicon accumulation biomass, amorphous silica alumina, and the like. The amount of silicon contained in the silicon-containing compound is 15 to 46% by mass, preferably 20 to 45% by mass, and more preferably 20 to 35% by mass. is not.

さらに、本実施の形態で用いられる珪素含有物質は、上述したゼオライト、珪素含有化合物からなる主成分以外の副成分を含有していてもよい。副成分としては、具体的には、金、銀、白金、パラジウム、モリブデンなどのゼオライト中に担持されている貴金属や、粘土鉱物、シリカゾル、アルミナゾル等のゼオライトを成形するために使用するバインダー等が挙げられるが、この限りではない。   Furthermore, the silicon-containing material used in the present embodiment may contain subcomponents other than the main components composed of the zeolite and the silicon-containing compound described above. Specific examples of subcomponents include noble metals supported in zeolites such as gold, silver, platinum, palladium and molybdenum, and binders used for forming zeolites such as clay minerals, silica sols and alumina sols. This is not the case.

ゼオライトとして廃ゼオライトを使用することが好ましい。なお、「廃ゼオライト」とは、工業的に使用後のゼオライトのことを指しており、具体的には反応触媒、吸着剤、イオン交換膜などに使用後のゼオライトが挙げられるが、この限りではない。また、廃ゼオライトにはゼオライト以外の物質が含有されていてもよい。   It is preferable to use waste zeolite as the zeolite. In addition, “waste zeolite” refers to zeolite after use industrially, and specifically includes zeolite after use in reaction catalyst, adsorbent, ion exchange membrane, etc. Absent. In addition, the waste zeolite may contain substances other than zeolite.

ゼオライトは反応触媒、吸着剤、イオン交換膜などの用途として工業的に多くの分野で使用されているため、廃ゼオライトは大量かつ安定して供給することができる。さらに、廃ゼオライトの大部分は回収、再利用されること無く、産業廃棄物として処理されている。原料として少なくとも廃ゼオライトを含有した珪素含有物質を用いた場合、原料コストを削減できるのみならず、従来必要であった灰の処理費用をも削減することができる。さらには産業廃棄物を削減することができるため、環境への負荷も低減することができる。   Since zeolite is industrially used in many fields for applications such as reaction catalysts, adsorbents, and ion exchange membranes, waste zeolite can be supplied in large quantities and stably. Furthermore, most of the waste zeolite is treated as industrial waste without being recovered and reused. When a silicon-containing substance containing at least waste zeolite as a raw material is used, not only the raw material cost can be reduced, but also the ash treatment cost that has been conventionally required can be reduced. Furthermore, since industrial waste can be reduced, the burden on the environment can also be reduced.

またとりわけ、廃ゼオライトとして廃触媒、好ましくは原油処理に用いた廃触媒を用いることが適しているがこの限りではない。原油処理に使用した廃触媒には、原油中の炭素含有物質が付着しているものもあり、シリカと後述する炭素含有物質がより高分散状態になる。そのため、より低温条件下で高い塩素化反応転化率を達成することができる。また、炭素含有物質の添加量を削減することもでき、さらなるコスト削減にもなる。さらに、原油処理に使用した廃触媒には、原油中の硫黄成分が付着しているものもあり、硫黄分の触媒作用によって反応転化率がさらに向上する。   In particular, it is suitable to use a waste catalyst as waste zeolite, preferably a waste catalyst used for crude oil treatment, but this is not a limitation. Some waste catalysts used for crude oil treatment have carbon-containing substances in the crude oil attached to them, so that silica and a carbon-containing substance described later are in a highly dispersed state. Therefore, a high chlorination reaction conversion rate can be achieved under lower temperature conditions. In addition, the amount of carbon-containing material added can be reduced, further reducing costs. Furthermore, some waste catalysts used for crude oil treatment have sulfur components in the crude oil attached thereto, and the reaction conversion rate is further improved by the catalytic action of the sulfur content.

本実施の形態で用いられる炭素含有物質は、コークスや活性炭、カーボンブラックなどの固体のみならず、一酸化炭素や二酸化炭素、メタンなどの気体であってもよく、さらには後述するように、工程(1)によって生成する一酸化炭素を再利用してもよいが、この限りではない。炭素含有物質の添加量としては、珪素含有物質中に含まれている珪素とアルミニウムを合わせたモル数に対して、炭素のモル数が2〜25倍、好ましくは2〜12倍、より好ましくは3〜6倍になるようにすることが適しているが、この限りではない。   The carbon-containing substance used in the present embodiment may be not only solids such as coke, activated carbon, and carbon black, but also gases such as carbon monoxide, carbon dioxide, and methane. Although carbon monoxide produced | generated by (1) may be reused, it is not this limitation. The amount of carbon-containing material added is 2 to 25 times, preferably 2 to 12 times, more preferably 2 to 12 times the number of moles of silicon and aluminum contained in the silicon-containing material. Although it is suitable to make it 3-6 times, it is not this limitation.

炭素含有物質と珪素含有物質を混ぜ合わせる手法としては、単に混合させるだけでもよく、また炭化処理を行ってもよい。炭化処理とは、珪素含有物質と炭素含有物質を混合し、不活性ガス雰囲気下において加熱することで珪素含有物質を炭化することを指し、ゼオライトを炭化処理することで、単にゼオライトと炭素含有物質を混合した時よりもさらにシリカと炭素を高分散にすることができる。なお、炭化処理に使用する不活性ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられるがこの限りではない。また、炭化処理時の加熱温度としては、200〜1200℃、好ましくは400〜1000℃、さらに好ましくは600〜800℃が適しているが、この限りではない。   As a method of mixing the carbon-containing material and the silicon-containing material, simple mixing may be performed, or carbonization may be performed. Carbonization treatment refers to carbonizing a silicon-containing material by mixing a silicon-containing material and a carbon-containing material and heating in an inert gas atmosphere. By simply carbonizing the zeolite, the zeolite and the carbon-containing material are simply carbonized. Silica and carbon can be further highly dispersed compared with the case of mixing. In addition, nitrogen, argon, helium etc. are mentioned as an inert gas used for carbonization processing, However It is not this limitation. Moreover, as heating temperature at the time of carbonization processing, 200-1200 degreeC, Preferably it is 400-1000 degreeC, More preferably, 600-800 degreeC is suitable, However It is not this limitation.

実施の形態の一つにおいて、炭素含有物質は工業プロセスから生じた灰を含有する。なお、工業プロセスから生じた灰とは、工場施設において燃焼や焼却処理によって生じる、炭素を含有する灰のことを指す。具体的には廃棄物焼却施設や発電所などで生じる灰が挙げられるが、この限りではない。工業プロセスから生じた灰は総じて粒子径が小さく表面積が大きいため、シリカと炭素とがより高分散状態になる。   In one embodiment, the carbon-containing material contains ash resulting from an industrial process. In addition, the ash produced from an industrial process refers to the ash containing carbon produced by combustion and incineration processing in a factory facility. Specific examples include ash produced at waste incineration facilities and power plants, but this is not a limitation. Ashes generated from industrial processes generally have a small particle size and a large surface area, silica and carbon are more highly dispersed.

工業プロセスから生じた灰中に含有されている炭素の量としては、灰の全質量に対して30〜95質量%、好ましくは60〜95質量%、より好ましくは70〜90質量%であることが適しているが、この限りではない。また、工業プロセスから生じた灰中に含有されている炭素の平均粒子径としては、0.1〜1000μm、好ましくは1〜100μm、より好ましくは5〜30μmであることが適しているが、この限りではない。さらに、工業プロセスから生じた灰の表面積(BET法)としては0.01〜100m/g、好ましくは0.1〜50m/g、より好ましくは1〜30m/gであることが適しているが、この限りではない。 The amount of carbon contained in the ash generated from the industrial process is 30 to 95 mass%, preferably 60 to 95 mass%, more preferably 70 to 90 mass%, based on the total mass of the ash. Is suitable, but not limited to this. The average particle size of carbon contained in the ash produced from the industrial process is 0.1 to 1000 μm, preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 30 μm. Not as long. Furthermore, 0.01~100m 2 / g as a surface area (BET method) ash resulting from industrial processes, suitable preferably 0.1 to 50 m 2 / g, and more preferably are from 1-30 m 2 / g This is not the case.

炭素含有物質としてコークスや活性炭といった粒子径の大きい物質を使用する場合、粒子径を小さくするために粉砕工程が必要であったが、工業プロセスから生じた灰では粉砕工程が不要となり、製造プロセスを簡素化することができる。また、工業プロセスから生じた灰は大量かつ安定的に供給することができる。さらに、工業プロセスから生じた灰の大部分は回収、再利用されること無く、産業廃棄物として処理されている。このため、炭素含有物質として工業プロセスから生じた灰を用いた場合、原料コストを削減できるのみならず、従来必要であった廃ゼオライトの処理費用をも削減することができる。さらには、産業廃棄物を削減することができるため、環境への負荷も低減することができる。   When a substance with a large particle size such as coke or activated carbon is used as the carbon-containing material, a pulverization step was required to reduce the particle size. It can be simplified. Further, the ash generated from the industrial process can be supplied in a large amount and stably. Furthermore, most of the ash generated from the industrial process is treated as industrial waste without being recovered and reused. For this reason, when the ash generated from the industrial process is used as the carbon-containing material, not only the raw material cost can be reduced, but also the processing cost of the waste zeolite that has been conventionally required can be reduced. Furthermore, since industrial waste can be reduced, the burden on the environment can also be reduced.

実施の形態の一つにおいて、前記炭素含有物質として工業プロセスから生じた灰、とりわけ有機物を燃焼させることで、燃焼エネルギーを電力に変換する発電設備から生じた灰(以下、発電設備から生じた灰という)を含有していることが好ましい。発電設備から生じた灰とは、主に火力発電所やガス化複合発電(Integrated Gasification Combined Cycle:以下、IGCCと省略)において生じた灰のことを指すが、この限りではない。IGCCとは、重油、石油残渣油、石油コークス、オリマルジョン、石炭等の化石燃料から生成した一酸化炭素や水素を主成分とする合成ガスを原料とし、複合発電設備により発電を行う電力生産システムであり、大量の灰が廃棄される。   In one embodiment, the ash generated from an industrial process as the carbon-containing material, particularly the ash generated from a power generation facility that converts combustion energy into electric power by burning organic matter (hereinafter referred to as ash generated from the power generation facility). It is preferable to contain. The ash generated from the power generation facility refers to ash generated mainly in a thermal power plant or an integrated gasification combined cycle (hereinafter abbreviated as IGCC), but is not limited thereto. IGCC is an electric power production system that generates electricity from combined power generation facilities using synthetic gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen generated from fossil fuels such as heavy oil, petroleum residue oil, petroleum coke, orimulsion, and coal. There is a large amount of ash discarded.

発電設備から生じた灰の特徴としては、粒子径が小さく表面積が大きいことはもちろん、原料として化石燃料を用いているため、硫黄分を含有していることが挙げられる。上述のように硫黄が塩素化反応の触媒として働くため、炭素含有物質として発電設備から生じた灰を用いると、塩素化反応の転化率が向上する。発電設備から生じた灰は、硫黄を1〜30質量%、好ましくは2〜20質量%、より好ましくは5〜10質量%含有していることが適しているが、この限りではない。   The characteristics of the ash generated from the power generation equipment include not only the small particle size and the large surface area, but also the fact that it contains sulfur because it uses fossil fuel as a raw material. Since sulfur acts as a catalyst for the chlorination reaction as described above, the conversion rate of the chlorination reaction is improved when ash generated from the power generation equipment is used as the carbon-containing material. The ash produced from the power generation equipment suitably contains 1 to 30% by mass of sulfur, preferably 2 to 20% by mass, more preferably 5 to 10% by mass, but this is not restrictive.

従来の手法では硫黄化合物を珪素含有物質、炭素含有物質に直接混合するもしくは硫黄化合物を直接反応系に送り込むことで原料と硫黄化合物を混合していたため、シリカや炭素と硫黄化合物を十分に高分散させることが困難であり、硫黄の触媒能力を十分に発揮できているとは言い難い。一方、発電設備から生じた灰は、分子レベルで炭素と硫黄が高分散状態にあるため、硫黄の含有量が少量でも反応転化率を向上させることができる。   In conventional methods, sulfur compounds are mixed directly with silicon-containing substances and carbon-containing substances, or raw materials and sulfur compounds are mixed by sending sulfur compounds directly into the reaction system, so that silica, carbon, and sulfur compounds are sufficiently highly dispersed. Therefore, it is difficult to say that the catalyst ability of sulfur can be fully exhibited. On the other hand, since the ash generated from the power generation facility is in a highly dispersed state of carbon and sulfur at the molecular level, the reaction conversion rate can be improved even if the sulfur content is small.

四塩化珪素の製造にあたり、塩素化反応を促進する触媒を添加してもよい。塩素化反応を促進する触媒としてはカリウム分や硫黄分が挙げられるが、この限りではない。具体的には、カリウム分としては炭酸カリウム、塩化カリウム、水酸化カリウム、硫酸カリウム、硝酸カリウム等を、硫黄分としては硫黄、二酸化硫黄、硫化水素、二硫化炭素等を用いることができるが、この限りではない。触媒を添加する量としては、反応混合物中の珪素分に対して、0.05〜30質量%、好ましくは0.05〜20質量%、さらに好ましくは0.1〜10質量%であることが適しているが、この限りではない。なお、少なくともゼオライトを含有する珪素含有物質、炭素含有物質、必要に応じて固体もしくは液体状の触媒を混合する方法としては、湿式、乾式のいずれでもよく、様々な手法を用いることができる。また、触媒を混合することなく、直接反応器に供給してもよい。   In the production of silicon tetrachloride, a catalyst for promoting the chlorination reaction may be added. Examples of the catalyst for promoting the chlorination reaction include potassium and sulfur, but are not limited thereto. Specifically, potassium carbonate, potassium chloride, potassium hydroxide, potassium sulfate, potassium nitrate, etc. can be used as the potassium content, and sulfur, sulfur dioxide, hydrogen sulfide, carbon disulfide, etc. can be used as the sulfur content. Not as long. The amount of the catalyst to be added is 0.05 to 30% by mass, preferably 0.05 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the silicon content in the reaction mixture. Suitable but not limited to this. In addition, as a method of mixing a silicon-containing substance containing at least zeolite, a carbon-containing substance, and, if necessary, a solid or liquid catalyst, either a wet method or a dry method may be used, and various methods can be used. Moreover, you may supply a reactor directly, without mixing a catalyst.

(塩素含有物質)
本実施の形態で用いられる塩素含有物質としては、塩素や四塩化炭素、テトラクロロエチレン、ホスゲン等の塩素炭化化合物、塩素と一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、塩化水素、塩化炭素水素、不活性ガス等の混合物等を用いることができるが、この限りではない。また後述するように、工程(1)において未反応であった塩素含有物質を再利用してもよく、さらには、工程(4)において塩化亜鉛の電気分解によって生成した塩素を再利用してもよい。
(Chlorine-containing substances)
Examples of the chlorine-containing substance used in the present embodiment include chlorine, carbon tetrachloride, chlorinated carbon compounds such as tetrachloroethylene, phosgene, chlorine and carbon monoxide, carbon dioxide, methane, hydrogen chloride, carbon chloride hydrogen, inert gas, and the like. However, the present invention is not limited to this. Further, as will be described later, the chlorine-containing material that has not been reacted in step (1) may be reused, and further, chlorine produced by electrolysis of zinc chloride in step (4) may be reused. Good.

本実施の形態の製造方法において、珪素含有物質、炭素含有物質、必要に応じて触媒を添加した混合物と塩素含有物質との反応は、固定床、流動床などのいずれの方式を用いてもよく、反応温度としては400〜1500℃、好ましくは600〜1200℃、より好ましくは700〜900℃であることが適しているが、この限りではない。   In the production method of the present embodiment, the reaction between the silicon-containing material, the carbon-containing material, and the mixture to which a catalyst is added as necessary, and the chlorine-containing material may use any method such as a fixed bed or a fluidized bed. The reaction temperature is suitably 400-1500 ° C, preferably 600-1200 ° C, more preferably 700-900 ° C, but is not limited thereto.

[工程(2)]
工程(2)では、ゼオライトを含有した珪素含有物質を炭素含有物質存在下で塩素化反応を行った反応生成物から、四塩化珪素を分離回収する(S50)。
[Step (2)]
In step (2), silicon tetrachloride is separated and recovered from a reaction product obtained by chlorinating a silicon-containing material containing zeolite in the presence of a carbon-containing material (S50).

一般的にゼオライトはアルミナを含有しているものが多いため、反応生成物には主に四塩化珪素、塩化アルミニウム、一酸化炭素、塩素が含まれる。四塩化珪素を分離精製する手法としては、一般的に広く知られている蒸留法を用いることができる。   Since zeolite generally contains many aluminas, the reaction product mainly contains silicon tetrachloride, aluminum chloride, carbon monoxide, and chlorine. As a method for separating and purifying silicon tetrachloride, a generally well-known distillation method can be used.

具体的には、反応生成物を凝縮器で凝縮することで反応生成ガス中の一酸化炭素および塩素を分離する(S60)。凝縮された反応生成液中には、主に四塩化珪素と塩化アルミニウムが含有されている。凝縮液を蒸留塔に通し蒸留缶で加熱すると、大気圧下における塩化アルミニウムの沸点は約183℃、四塩化珪素の沸点は約58℃であるため、蒸留塔頂部から四塩化珪素(S70)を、蒸留塔底部から塩化アルミニウムを取り出すことができる。さらに、得られた四塩化珪素を繰り返して蒸留することで、純度を高めることができる。   Specifically, carbon monoxide and chlorine in the reaction product gas are separated by condensing the reaction product with a condenser (S60). The condensed reaction product liquid mainly contains silicon tetrachloride and aluminum chloride. When the condensate is passed through a distillation column and heated with a distillation can, the boiling point of aluminum chloride at atmospheric pressure is about 183 ° C. and the boiling point of silicon tetrachloride is about 58 ° C. Therefore, silicon tetrachloride (S70) is introduced from the top of the distillation column. Aluminum chloride can be taken out from the bottom of the distillation column. Furthermore, purity can be improved by repeatedly distilling the obtained silicon tetrachloride.

高い太陽電池性能を得るためには純度の高いシリコンを用いることが必要であるが、中間化合物である四塩化珪素の純度は、製造されるシリコンの純度にも大きく左右されるため、蒸留工程の回数を増やすことで、四塩化珪素の純度を必要以上に高めることが好ましい。実施の形態の一つにおいて、前記工程を繰り返すことで、工程(2)によって精製された四塩化珪素の純度を99.99%以上にすることが好ましい。   In order to obtain high solar cell performance, it is necessary to use high-purity silicon. However, the purity of silicon tetrachloride, which is an intermediate compound, depends greatly on the purity of the silicon to be produced. It is preferable to increase the purity of silicon tetrachloride more than necessary by increasing the number of times. In one embodiment, it is preferable that the purity of the silicon tetrachloride purified by the step (2) is 99.99% or more by repeating the above steps.

実施の形態の一つにおいて、工程(2)によって分離回収された反応生成ガスをこれ以上分離精製することなく、工程(1)の原料として直接用いてもよい。反応生成ガス中の一酸化炭素は工程(1)の炭素含有物質として、未反応の塩素含有物質は塩素化反応に必要な塩素源として再利用することができるため、製造コストのさらなる削減が期待できる。また、この反応生成ガスの再利用工程は、反応ガスの分離精製工程が不要である点でも大きな優位性を有している。   In one embodiment, the reaction product gas separated and recovered in the step (2) may be directly used as a raw material in the step (1) without further separation and purification. Carbon monoxide in the reaction product gas can be reused as the carbon-containing material in step (1), and unreacted chlorine-containing material can be reused as the chlorine source required for the chlorination reaction. it can. In addition, this reaction product gas recycling step has a great advantage in that a reaction gas separation and purification step is not required.

[工程(3)]
工程(3)では、上述した反応式(エ)に示したように、工程(2)において精製された四塩化珪素と亜鉛ガスを気相反応させることで四塩化珪素を還元し(S80)、高純度多結晶シリコンを製造する。実施の形態に係る太陽電池用シリコンの製造方法を実施するにあたり、上記還元反応の反応温度としては600〜1400℃であることが好ましいが、この限りではない。また、本実施の形態で用いられる亜鉛は、後述するように工程(3)において未反応であった亜鉛ガスを再利用してもよく、また後述の工程(4)によって分離回収された亜鉛を再利用してもよい。
[Step (3)]
In step (3), as shown in the above reaction formula (d), silicon tetrachloride is reduced by performing a gas phase reaction between the silicon tetrachloride purified in step (2) and zinc gas (S80), High purity polycrystalline silicon is produced. In carrying out the method for producing silicon for solar cells according to the embodiment, the reaction temperature of the reduction reaction is preferably 600 to 1400 ° C., but is not limited thereto. In addition, as described later, the zinc used in the present embodiment may reuse the zinc gas that has not been reacted in the step (3), and the zinc separated and recovered in the later-described step (4). It may be reused.

生成した多結晶シリコンは蒸発分離法を繰り返すことで、太陽電池に使用可能な純度(99.99%以上、好ましくは99.99999%以上)まで高めることができる。その他の反応生成物は塩化亜鉛、未反応の亜鉛および四塩化珪素等を含み、温度を塩化亜鉛の沸点である約732℃以下にすることで塩化亜鉛は液体として、亜鉛は粉体または液体として回収される。未反応の亜鉛、四塩化珪素は、工程(3)の原料として再利用することができる。   The produced polycrystalline silicon can be increased to a purity (99.99% or more, preferably 99.99999% or more) that can be used for a solar cell by repeating the evaporation separation method. Other reaction products include zinc chloride, unreacted zinc, silicon tetrachloride, and the like. By reducing the temperature to about 732 ° C., which is the boiling point of zinc chloride, zinc chloride becomes liquid and zinc becomes powder or liquid. Collected. Unreacted zinc and silicon tetrachloride can be reused as raw materials for the step (3).

[工程(4)]
実施の形態の一つでは、前記工程(3)によって生成した塩化亜鉛(S90)を電気分解(S100)によって亜鉛(S110)と塩素(S120)に分離回収する工程(4)を含む。工程(4)において分離回収された亜鉛を工程(3)の原料として、工程(4)において分離回収された塩素を工程(1)の原料として再利用してもよい。反応副生成物を余すことなく反応原料として再利用することで、さらに製造コストを削減することが可能になる。また、従来提案されていた製造プロセスでは、工程(4)によって得られた塩素の再利用には塩化水素に変換するプロセスが必要であったが、本実施の形態では工程(4)によって得られた塩素を直接再利用することが可能である。そのため、従来よりも製造プロセスをより簡素化することができ、製造コストをさらに削減することができる。
[Step (4)]
One embodiment includes a step (4) of separating and recovering zinc chloride (S90) produced by the step (3) into zinc (S110) and chlorine (S120) by electrolysis (S100). The zinc separated and recovered in step (4) may be reused as the raw material for step (3), and the chlorine separated and recovered in step (4) may be reused as the raw material for step (1). By reusing the reaction by-products as reaction raw materials without leaving them, the production cost can be further reduced. Further, in the conventionally proposed manufacturing process, the process of converting to chlorine chloride is necessary for the reuse of the chlorine obtained in step (4). In the present embodiment, the process obtained in step (4) is required. It is possible to reuse the chlorine directly. Therefore, the manufacturing process can be simplified more than before, and the manufacturing cost can be further reduced.

以下、本発明の効果を実施例に基づいて具体的に説明する。以下の説明において、工程(1)における、四塩化珪素の製造プロセスの比較・検討例を示す。   Hereinafter, the effect of the present invention will be specifically described based on examples. In the following description, a comparison / examination example of the manufacturing process of silicon tetrachloride in the step (1) is shown.

(実施例1)
珪素含有物質としてUSYゼオライト(触媒化成製、ケイバン比:150)100mg、炭素含有物質としてコークス(新日本石油製、炭素含有量:99.9質量%以上)39mgを用いた。使用したUSYゼオライトの表面積(BET法)は570m/g、平均細孔径は48Å、細孔容量は1.1mL/g、酸点は0.5mol/kgであり、コークスは市販のものをボールミルによって粉砕後、使用した。炭素含有物質は、珪素含有物質に添加、混合後し、反応混合物を得た。なお、炭素含有物質の添加量は、反応混合物中に含まれているCのモル数が以下の式(カ)を満たすようにした。
Example 1
100 mg of USY zeolite (manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd., Keiban ratio: 150) was used as the silicon-containing substance, and 39 mg of coke (manufactured by Nippon Oil Corporation, carbon content: 99.9% by mass or more) was used as the carbon-containing substance. The surface area (BET method) of the USY zeolite used was 570 m 2 / g, the average pore diameter was 48 mm, the pore volume was 1.1 mL / g, the acid point was 0.5 mol / kg, and the coke was a commercially available ball mill. Used after grinding. The carbon-containing material was added to and mixed with the silicon-containing material to obtain a reaction mixture. The amount of carbon-containing material added was such that the number of moles of C contained in the reaction mixture satisfied the following formula (f).

反応混合物中に含まれているCのモル数=2A+3B・・・(カ)
A:珪素含有物質中に含まれるSiのモル数
B:珪素含有物質中に含まれるAlのモル数
反応混合物は、800℃、900℃または1000℃下で純塩素ガスに1時間接触させることで塩素化反応を行った。その後、反応生成物を凝縮器で凝縮することで反応生成ガスである一酸化炭素および塩化水素を分離し、凝縮液を蒸留塔に通し蒸留缶で加熱することで、蒸留塔頂部から四塩化珪素を得た。四塩化珪素への反応転化率は以下の式(キ)により算出した。
Number of moles of C contained in the reaction mixture = 2A + 3B (f)
A: Number of moles of Si contained in silicon-containing material B: Number of moles of Al contained in silicon-containing material The reaction mixture was brought into contact with pure chlorine gas at 800 ° C., 900 ° C. or 1000 ° C. for 1 hour. Chlorination reaction was performed. Thereafter, the reaction product is condensed with a condenser to separate carbon monoxide and hydrogen chloride as reaction product gases, and the condensate is passed through a distillation column and heated with a distillation can. Got. The reaction conversion rate to silicon tetrachloride was calculated by the following formula (I).

反応転化率(%)=X/Y×100・・・(キ)
X:生成した四塩化珪素のモル数
Y:珪素含有物質中に含まれているSiのモル数
その結果、四塩化珪素への反応転化率は、反応温度が800℃で56.2%、900℃で71.9%、1000℃で71.0%であった。
Reaction conversion rate (%) = X / Y × 100 (ki)
X: Number of moles of silicon tetrachloride produced Y: Number of moles of Si contained in the silicon-containing material As a result, the reaction conversion ratio to silicon tetrachloride was 56.2% at a reaction temperature of 800 ° C., 900 It was 71.9% at 1000 ° C. and 71.0% at 1000 ° C.

(実施例2)
珪素含有物質として廃USYゼオライト100mg、炭素含有物質としてコークス36mgを用いた。本実施例で使用した廃USYゼオライトは、原油処理に使用された廃触媒で、原油中の炭素分が1.9質量%、硫黄分が0.3質量%付着していた。反応混合物は実施例1と同様の手法を用いて作製し、700℃、800℃または900℃下で純塩素ガスに1時間接触させることで塩素化反応を行った。その結果、四塩化珪素への反応転化率は、反応温度が700℃で74.1%、800℃で81.1%、900℃で80.5%であった。
(Example 2)
Waste USY zeolite 100 mg was used as the silicon-containing material, and coke 36 mg was used as the carbon-containing material. The waste USY zeolite used in this example was a waste catalyst used for crude oil treatment, and the carbon content in the crude oil was 1.9% by mass and the sulfur content was 0.3% by mass. The reaction mixture was prepared using the same method as in Example 1, and a chlorination reaction was performed by contacting with pure chlorine gas at 700 ° C., 800 ° C. or 900 ° C. for 1 hour. As a result, the reaction conversion rate to silicon tetrachloride was 74.1% at a reaction temperature of 700 ° C, 81.1% at 800 ° C, and 80.5% at 900 ° C.

(実施例3)
珪素含有物質としてUSYゼオライト100mg、炭素含有物質として工業プロセスから生じた灰46mgを用いた。本実施例では、工業プロセスから生じた灰として廃棄物焼却施設より生じた灰を粉砕することなく用いた。使用した工業プロセスから生じた灰の炭素含有量は85.2質量%、平均粒子径は17μm、表面積(BET法)は19m/gであった。反応混合物は実施例1と同様の手法を用いて作製し、700℃、800℃または900℃下で純塩素ガスに1時間接触させることで塩素化反応を行った。その結果、四塩化珪素への反応転化率は、反応温度が700℃で65.6%、800℃で72.5%、900℃で72.8%であった。
(Example 3)
USY zeolite 100 mg was used as the silicon-containing material, and 46 mg of ash generated from the industrial process was used as the carbon-containing material. In this example, the ash produced from the waste incineration facility was used without being crushed as the ash produced from the industrial process. The carbon content of the ash produced from the industrial process used was 85.2% by mass, the average particle size was 17 μm, and the surface area (BET method) was 19 m 2 / g. The reaction mixture was prepared using the same method as in Example 1, and a chlorination reaction was performed by contacting with pure chlorine gas at 700 ° C., 800 ° C. or 900 ° C. for 1 hour. As a result, the reaction conversion rate to silicon tetrachloride was 65.6% at 700 ° C, 72.5% at 800 ° C, and 72.8% at 900 ° C.

(実施例4)
珪素含有物質としてUSYゼオライト100mg、炭素含有物質として発電設備から生じた灰を49mg用いた。本実施例では、発電設備から生じた灰としてIGCCより生じた灰を粉砕することなく用いた。使用したIGCC灰の炭素含有量は79.0質量%、硫黄含有量は5.9質量%、平均粒子径は8μm、表面積(BET法)は23m/gであった。反応混合物は実施例1と同様の手法を用いて作製し、700℃、800℃または900℃下で純塩素ガスに1時間接触させることで塩素化反応を行った。その結果、四塩化珪素への反応転化率は、反応温度が700℃で74.3%、800℃で82.0%、900℃で81.7%であった。
Example 4
100 mg of USY zeolite was used as the silicon-containing material, and 49 mg of ash generated from the power generation facility was used as the carbon-containing material. In this example, the ash generated from IGCC was used without pulverizing as the ash generated from the power generation equipment. The carbon content of the used IGCC ash was 79.0% by mass, the sulfur content was 5.9% by mass, the average particle size was 8 μm, and the surface area (BET method) was 23 m 2 / g. The reaction mixture was prepared using the same method as in Example 1, and a chlorination reaction was performed by contacting with pure chlorine gas at 700 ° C., 800 ° C. or 900 ° C. for 1 hour. As a result, the reaction conversion rate to silicon tetrachloride was 74.3% at a reaction temperature of 700 ° C, 82.0% at 800 ° C, and 81.7% at 900 ° C.

(比較例1)
珪素含有物質として珪石100mg、炭素含有物質としてコークス39mgを用いた。珪石はボールミルによって粉砕後、使用した。なお、粉砕後の珪石の表面積(BET法)は2160cm/g、シリカ含有量は95.2質量%であった。反応混合物は実施例1と同様の手法を用いて作製し、700℃または800℃または900℃下で純塩素ガスに1時間接触させることで塩素化反応を行った。その結果、四塩化珪素への反応転化率は、反応温度が700℃で3.9%、800℃で4.2%、900℃で4.0%であった。
(Comparative Example 1)
Silica 100 mg was used as the silicon-containing material, and coke 39 mg was used as the carbon-containing material. The silica was used after being pulverized by a ball mill. In addition, the surface area (BET method) of the silica stone after pulverization was 2160 cm 2 / g, and the silica content was 95.2% by mass. The reaction mixture was prepared using the same method as in Example 1, and a chlorination reaction was performed by contacting with pure chlorine gas at 700 ° C., 800 ° C. or 900 ° C. for 1 hour. As a result, the reaction conversion rate to silicon tetrachloride was 3.9% at a reaction temperature of 700 ° C, 4.2% at 800 ° C, and 4.0% at 900 ° C.

以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、様々な変更や改良が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not restrict | limited to these, A various change and improvement are possible.

Claims (7)

ゼオライトを含有した珪素含有物質を炭素含有物質の存在下で塩素化することで四塩化珪素を得る工程(1)と、
前記工程(1)によって生成した四塩化珪素を分離精製する工程(2)と、
前記工程(2)において精製された四塩化珪素と亜鉛ガスを反応させることで多結晶シリコンを得る工程(3)と、
を備えることを特徴とする太陽電池用シリコンの製造方法。
A step (1) of obtaining silicon tetrachloride by chlorinating a silicon-containing material containing zeolite in the presence of a carbon-containing material;
A step (2) of separating and purifying silicon tetrachloride produced by the step (1);
A step (3) of obtaining polycrystalline silicon by reacting the silicon tetrachloride purified in the step (2) with a zinc gas;
A method for producing silicon for solar cells.
前記ゼオライトが廃ゼオライトであることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。   The method for producing silicon for solar cells according to claim 1, wherein the zeolite is waste zeolite. 前記炭素含有物質が工業プロセスから生じた灰を含有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。   The method for producing silicon for solar cells according to claim 1 or 2, wherein the carbon-containing substance contains ash generated from an industrial process. 前記工業プロセスから生じた灰が有機物を燃焼させることで、燃焼エネルギーを電力に変換する発電設備から生じた灰であることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。   The method for producing silicon for solar cells according to claim 3, wherein the ash generated from the industrial process is ash generated from a power generation facility that converts combustion energy into electric power by burning organic matter. 前記工程(2)において得られた四塩化珪素の純度が99.99%以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。   The method for producing silicon for solar cells according to any one of claims 1 to 4, wherein the purity of silicon tetrachloride obtained in the step (2) is 99.99% or more. 前記工程(2)によって生成した反応生成ガスを、前記工程(1)の原料として再利用することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。   The method for producing silicon for solar cells according to any one of claims 1 to 5, wherein the reaction product gas generated in the step (2) is reused as a raw material in the step (1). 前記工程(3)によって生成した塩化亜鉛を電気分解することで亜鉛と塩素に分離回収する工程(4)をさらに備え、
前記工程(4)において分離回収された亜鉛を前記工程(3)の原料として、前記工程(4)において分離回収された塩素を前記工程(1)の原料として再利用することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の太陽電池用シリコンの製造方法。
Further comprising a step (4) of separating and recovering zinc and chlorine by electrolyzing the zinc chloride produced in the step (3),
The zinc separated and recovered in the step (4) is reused as a raw material in the step (3), and the chlorine separated and recovered in the step (4) is reused as a raw material in the step (1). Item 7. The method for producing silicon for solar cells according to any one of Items 1 to 6.
JP2009221415A 2009-09-25 2009-09-25 Method for producing silicon for solar cell Expired - Fee Related JP5383406B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009221415A JP5383406B2 (en) 2009-09-25 2009-09-25 Method for producing silicon for solar cell
US13/497,878 US20120244059A1 (en) 2009-09-25 2010-09-27 Method for manufacturing silicon tetrachloride and method for manufacturing silicon for use in a solar cell
CN2010800428300A CN102656116A (en) 2009-09-25 2010-09-27 Method for manufacturing silicon tetrachloride and method for manufacturing silicon for use in a solar cell
PCT/JP2010/005798 WO2011036897A1 (en) 2009-09-25 2010-09-27 Method for manufacturing silicon tetrachloride and method for manufacturing silicon for use in a solar cell
EP10818574A EP2481707A1 (en) 2009-09-25 2010-09-27 Method for manufacturing silicon tetrachloride and method for manufacturing silicon for use in a solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009221415A JP5383406B2 (en) 2009-09-25 2009-09-25 Method for producing silicon for solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011068520A true JP2011068520A (en) 2011-04-07
JP5383406B2 JP5383406B2 (en) 2014-01-08

Family

ID=44014186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009221415A Expired - Fee Related JP5383406B2 (en) 2009-09-25 2009-09-25 Method for producing silicon for solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5383406B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101332128B1 (en) 2011-11-03 2013-11-21 심유진 The method of molded and molded for extracting metal silicon

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57209814A (en) * 1981-06-10 1982-12-23 Siemens Ag Manufacture of silicon for solar cell
JPS58156521A (en) * 1982-02-25 1983-09-17 シ−メンス・アクチエンゲゼルシヤフト Manufacture of silicon for solar cell
JPS5950016A (en) * 1982-09-10 1984-03-22 Central Glass Co Ltd Method for purifying silicon tetrafluoride
JPS62171912A (en) * 1986-01-24 1987-07-28 Agency Of Ind Science & Technol Production of silicon tetrachloride
JPH01249620A (en) * 1988-03-30 1989-10-04 Denki Kagaku Kogyo Kk Production of silicon tetrachloride
JPH0781920A (en) * 1993-07-19 1995-03-28 Dow Corning Corp Catalytic conversion of direct process high- boiling component into chlorosilane monomer in presence of hydrogen chloride
JPH07101713A (en) * 1993-07-14 1995-04-18 Dow Corning Corp Contact conversion of direct method high boiling point component to chlorosilane monomer under presence of hydrogen chloride and hydrogen
JP2003160324A (en) * 2001-09-11 2003-06-03 Central Glass Co Ltd Production method for silicon tetrafluoride
JP2007530401A (en) * 2004-03-19 2007-11-01 インテグリス・インコーポレーテッド Method and apparatus for purifying inorganic halides and oxyhalides using zeolite

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57209814A (en) * 1981-06-10 1982-12-23 Siemens Ag Manufacture of silicon for solar cell
JPS58156521A (en) * 1982-02-25 1983-09-17 シ−メンス・アクチエンゲゼルシヤフト Manufacture of silicon for solar cell
JPS5950016A (en) * 1982-09-10 1984-03-22 Central Glass Co Ltd Method for purifying silicon tetrafluoride
JPS62171912A (en) * 1986-01-24 1987-07-28 Agency Of Ind Science & Technol Production of silicon tetrachloride
JPH01249620A (en) * 1988-03-30 1989-10-04 Denki Kagaku Kogyo Kk Production of silicon tetrachloride
JPH07101713A (en) * 1993-07-14 1995-04-18 Dow Corning Corp Contact conversion of direct method high boiling point component to chlorosilane monomer under presence of hydrogen chloride and hydrogen
JPH0781920A (en) * 1993-07-19 1995-03-28 Dow Corning Corp Catalytic conversion of direct process high- boiling component into chlorosilane monomer in presence of hydrogen chloride
JP2003160324A (en) * 2001-09-11 2003-06-03 Central Glass Co Ltd Production method for silicon tetrafluoride
JP2007530401A (en) * 2004-03-19 2007-11-01 インテグリス・インコーポレーテッド Method and apparatus for purifying inorganic halides and oxyhalides using zeolite

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101332128B1 (en) 2011-11-03 2013-11-21 심유진 The method of molded and molded for extracting metal silicon

Also Published As

Publication number Publication date
JP5383406B2 (en) 2014-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9221685B2 (en) Methods of capturing and sequestering carbon
KR101388146B1 (en) Low cost routes to high purity silicon and derivatives thereof
JP5406208B2 (en) Method and apparatus for reducing CO2 in a stream by conversion to syngas for energy generation
JP2009542561A (en) Method for producing silicon tetrachloride
US20180362426A1 (en) Methods and catalysts for the selective production of methanol from carbon dioxide and hydrogen gas for chemical synthesis and gas purification
WO2009018713A1 (en) Improved methods and apparatus for producing trichloro-hydrosilicon and polysilicon
KR101395275B1 (en) Purification method for off-gas and apparatus for purification of off-gas
CN107416841B (en) Method and device for producing silicon tetrachloride
CN102686514A (en) Method for manufacturing polysilicon and method for manufacturing silicon tetrachloride
CN111422832A (en) Device and method for producing hydrogen by catalytic cracking of natural gas or coal bed gas
RU2451057C2 (en) Method of and device for energy generation
KR100984942B1 (en) Catalysts for using in the production of trichlorosilane by the hydrodechlorination of silicon tetrachloride and process for preparing the same
WO2011036897A1 (en) Method for manufacturing silicon tetrachloride and method for manufacturing silicon for use in a solar cell
Chu et al. Remarkable carbon dioxide catalytic capture (CDCC) leading to solid-form carbon material via a new CVD integrated process (CVD-IP): An alternative route for CO2 sequestration
WO2011036898A1 (en) Process for production of silicon tetrachloride
JP2021104916A (en) Method for producing amorphous silica and method for producing cosmetic raw material
EP2268774A2 (en) Process for the preparation of syngas and methanol from organic wastes
JP5383406B2 (en) Method for producing silicon for solar cell
JP5383405B2 (en) Method for producing silicon tetrachloride
RU2221863C2 (en) Device to produce carbon using biomass
JP7083125B2 (en) Molten slag treatment method, silica raw material production method, sol-like liquid production method, and silica production method
CN115893315A (en) Preparation method of high-purity hydrogen
JP4601576B2 (en) Method and apparatus for producing hydrogen gas and carbon monoxide gas from combustible waste
CN115515699A (en) Carbon recycling method
CN114477196B (en) Method for preparing gas-phase white carbon black by using fluorination method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111107

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees