JP2012171858A - Method for melting recovered silicon waste - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for melting recovered silicon waste, by which the recovered silicon waste is heated and melted by only an arc furnace without providing a resistance heating furnace or the like together with the arc furnace, an operation is performed on condition that the voltage applied to the recovered silicon waste is 400 V or less, and thereby, large equipment using a high voltage is not required.SOLUTION: In the method for melting recovered silicon waste, the recovered silicon waste is melted by using an arc furnace. The voltage between electrodes of the arc furnace is held at 40-400 V, and at the same time, an electric current is applied in such a state that the electrodes are brought into contact with a conductive material. Thereby, the silicon waste is heated by arc discharge generated in accordance with the rise of temperature of the conductive material. Then, the method is performed by shift to the normal operation of the arc furnace after the arc discharge and the current between electrodes are stabilized.

Description

本発明は、シリコンウエハ、ICチップの製造等において排出され回収された回収シリコンくずをアーク炉を使用して融解する方法に係り、特にアーク炉を効率的に起動させることができる回収シリコンくずの融解方法に関する。   The present invention relates to a method for melting recovered silicon scrap discharged and recovered in the manufacture of silicon wafers, IC chips, etc. using an arc furnace, and in particular, the recovered silicon scrap capable of starting the arc furnace efficiently. It relates to the melting method.

シリコンウエハ、ICチップ等の製造過程においては、多量のシリコンくずが排出され、それらの大半が廃棄されている。シリコンくずとして廃棄される総量は、シリコンウエハ等製品になる総量よりも多いとされる。また、シリコンウエハ等の製造には多大なエネルギが消費されている。このような状態を改善するために、シリコンくずを再利用するための研究、開発が進められている。   In the manufacturing process of silicon wafers, IC chips and the like, a large amount of silicon waste is discharged, and most of them are discarded. It is said that the total amount discarded as silicon scrap is larger than the total amount of products such as silicon wafers. Further, a great deal of energy is consumed in the production of silicon wafers and the like. In order to improve such a situation, research and development for reusing silicon scraps are underway.

シリコンくずを再利用に供するためには、先ずシリコンくずを融解しなければならないが、特許文献1に、不活性ガス雰囲気下、炭化珪素とシリコン粒を含む混合物を溶融し、先ず炭化珪素を析出させて回収し、次に溶融シリコンを回収する発明が記載されている。そして、その明細書に、炭化珪素とシリコン粒を含む混合物の溶融は、不活性ガス雰囲気下でシリコン粒、端材シリコンを融解し得るものであれば特に限定されず、抵抗加熱体やヒータなどの加熱手段を用いることができると記載されている。   In order to reuse silicon scraps, the silicon scraps must first be melted. In Patent Document 1, a mixture containing silicon carbide and silicon grains is melted in an inert gas atmosphere, and silicon carbide is first precipitated. And then recovering the molten silicon and then recovering the molten silicon. In the specification, the melting of the mixture containing silicon carbide and silicon grains is not particularly limited as long as it can melt silicon grains and end material silicon under an inert gas atmosphere, and a resistance heater, a heater, etc. It is described that the heating means can be used.

特許文献2には、シリコン精製方法の発明において、シリコン粉の融解は、減圧又は不活性雰囲気下において所定温度まで融解することができれば特に限定されないが、抵抗ヒータ、誘導加熱、アーク溶融又はプラズマ溶融加熱法を使用することができると記載されている。そして、このシリコン粉には、シリコン単結晶又は多結晶からなるシリコンウエハの製造工場から排出され回収されたシリコン粉、または、シリコンウエハの切削時に用いられるダイヤモンド等の固定砥粒又はシリコンカーバイトなどの遊離砥粒、あるいは潤滑剤を含むシリコン粉を使用することができると記載されている。   In Patent Document 2, in the invention of the silicon purification method, the melting of the silicon powder is not particularly limited as long as it can be melted to a predetermined temperature under reduced pressure or an inert atmosphere, but resistance heater, induction heating, arc melting or plasma melting It is described that a heating method can be used. The silicon powder includes silicon powder discharged and collected from a silicon wafer manufacturing plant made of silicon single crystal or polycrystal, or fixed abrasive grains such as diamond or silicon carbide used when cutting the silicon wafer. It is described that free abrasive grains or silicon powder containing a lubricant can be used.

特許文献3には、少なくとも酸素を含むガス雰囲気下でアーク放電を行うアーク放電法を使用し、シリコン廃棄物を原料として、主に太陽電池の製造に用いるシリコン多結晶を製造する方法の発明が開示されている。そして、その明細書に、このシリコン多結晶の製造方法は、アーク放電法を利用して、廃棄シリコンから生成した酸化シリコンと炭化シリコンの反応によりシリコンを生成することで、廃棄シリコンに含まれる不純物を除去し高純度のシリコンを生成することができ、アーク放電法を利用していても、石英と炭素の反応によりシリコンを生成する従来の製造方法と比較し、シリコンの生成効率が高いと記載されている。   Patent Document 3 discloses an invention of a method for producing a silicon polycrystal mainly used in the production of solar cells using an arc discharge method in which arc discharge is performed in a gas atmosphere containing at least oxygen and using silicon waste as a raw material. It is disclosed. In this specification, this silicon polycrystal manufacturing method uses an arc discharge method to generate silicon by a reaction between silicon oxide generated from waste silicon and silicon carbide, and thereby impurities contained in waste silicon. It can be used to produce high-purity silicon, and even if the arc discharge method is used, the silicon production efficiency is high compared to the conventional manufacturing method that produces silicon by the reaction of quartz and carbon Has been.

上記特許文献1〜3に記載するように、回収シリコンの融解には種々の加熱方法が用いられている。一方、特許文献3に記載するように、珪石及び炭素から金属シリコンを製造するには従来よりアーク炉が用いられている。特許文献4には、SiO2、炭素又は炭素含有物、炭化珪素等をアーク炉に充填し、SiO2をアーク火点に供給することによって金属珪素を得る方法が記載されている。 As described in Patent Documents 1 to 3, various heating methods are used for melting the recovered silicon. On the other hand, as described in Patent Document 3, an arc furnace is conventionally used for producing metallic silicon from silica and carbon. Patent Document 4 describes a method of obtaining metallic silicon by filling an arc furnace with SiO 2 , carbon or a carbon-containing material, silicon carbide, etc., and supplying SiO 2 to an arc point.

特開2007-302513号公報JP 2007-302513 JP 特開2010-47443号公報JP 2010-47443 A 特開2010-47443号公報JP 2010-47443 A 特開昭61-117110号公報JP-A-61-117110

引用文献1〜2に記載するように、回収されたシリコンくず(回収シリコンくず)の融解方法には種々の融解方法が採用されているが、アーク融解法は、融解時における雰囲気を容易に還元性雰囲気にすることができるので、回収シリコンくずを融解し、再生シリコンを得るには好ましい融解方法である。しかし、アーク融解法によりシリコン粉を融解するには、シリコン粉が絶縁物相当の抵抗を有するので、非常に高圧、例えば、1000Vを超えるような電圧にしなければシリコン粉を加熱、融解することが困難で、融解するまでに長時間を要するという問題がある。   As described in Cited Documents 1 and 2, various melting methods are used for melting the recovered silicon scrap (recovered silicon scrap), but the arc melting method easily reduces the atmosphere during melting. This is a preferable melting method for melting recovered silicon waste and obtaining regenerated silicon. However, in order to melt silicon powder by the arc melting method, since silicon powder has a resistance equivalent to an insulator, it is necessary to heat and melt silicon powder unless the voltage is very high, for example, a voltage exceeding 1000V. There is a problem that it is difficult and takes a long time to melt.

一方、引用文献3又は4に記載されたアーク融解法においては、回収シリコンくず又は珪石を融解することについて、特にアーク炉を起動してそれらの融解を始めるまでのことについては何らの記載もない。これは、抵抗ヒータなどを用いた抵抗加熱炉により回収シリコンくずを加熱、溶融する場合は、アーク融解法と異なり上記のような問題がないからと解される。すなわち、先ず抵抗ヒータ等で回収シリコンくずを加熱した後、回収シリコンくずが溶解した後又はある温度以上になった後にアーク炉による融解を行っていると解される。   On the other hand, in the arc melting method described in the cited document 3 or 4, there is no description about melting the recovered silicon scrap or silica, especially about starting the arc furnace and starting the melting thereof. . This is considered to be because there is no such a problem when the recovered silicon waste is heated and melted in a resistance heating furnace using a resistance heater or the like unlike the arc melting method. That is, it is understood that after the recovered silicon waste is first heated by a resistance heater or the like, the recovered silicon waste is melted or melted by an arc furnace after a certain temperature or higher.

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、アーク炉に抵抗加熱炉などを併設しないでアーク炉のみで回収シリコンくずを加熱、融解することができ、回収シリコンくずに印加する電圧も400V以下で稼動することができ、高電圧を使用するような大きな設備を要しない回収シリコンくずの融解方法を提供することを目的とする。   In view of such a conventional problem, the present invention can heat and melt the recovered silicon scrap only in the arc furnace without providing a resistance heating furnace in the arc furnace, and the voltage applied to the recovered silicon scrap is also 400V. An object of the present invention is to provide a method for melting recovered silicon waste that can be operated in the following and does not require large equipment using high voltage.

本発明に係る回収シリコンくずの融解方法は、回収されたシリコンくずをアーク炉により融解する回収シリコンくずの融解方法であって、該アーク炉の電極間電圧を40〜400Vに保持するとともに、電極を導電材に接触させた状態で通電し、該導電材の昇温に伴って発生するアーク放電により前記シリコンくずが加熱され、アーク放電及び電極間電流が安定したのち通常のアーク炉操業に移行することによって実施される。   The method for melting recovered silicon scraps according to the present invention is a method for melting recovered silicon scraps in which the recovered silicon scraps are melted by an arc furnace, and the voltage between the electrodes of the arc furnace is maintained at 40 to 400 V. The silicon scrap is heated by the arc discharge that occurs as the conductive material is heated, and the arc discharge and the current between the electrodes are stabilized, and then the operation proceeds to normal arc furnace operation. To be implemented.

上記発明において、導電材は、炭素又は/及び炭化珪素からなる粉末又は固形材であるのがよい。   In the above invention, the conductive material may be a powder or a solid material made of carbon and / or silicon carbide.

また、上記発明において、アーク炉の炉底にまずスラグを投入し、その上にシリコンくずを投入することによってシリコンくずを融解させるのがよい。また、アーク炉は、電極間隔が調整可能になっているのがよい。   Moreover, in the said invention, it is good to melt | dissolve a silicon | silicone waste by throwing a slag first into the furnace bottom of an arc furnace, and throwing a silicon | silicone waste on it. Moreover, it is preferable that the electrode interval of the arc furnace can be adjusted.

回収されたシリコンくずの融解は還元性雰囲気下で行われるのがよく、これにより、回収シリコンくずから効率的に再生シリコンを得ることができる。   The recovered silicon waste is preferably melted in a reducing atmosphere, whereby regenerated silicon can be efficiently obtained from the recovered silicon waste.

本発明によれば、抵抗加熱炉などを併設しないでアーク炉のみで回収シリコンくずを効率的に加熱、融解することができる。また、回収シリコンくずに印加する電圧も400V以下で稼動することができ、高電圧を使用するような大きな設備を要せず回収シリコンくずを加熱、融解し、還元性雰囲気下で効率的に回収シリコンくずから再生シリコンを得ることができる。   According to the present invention, recovered silicon waste can be efficiently heated and melted only by an arc furnace without using a resistance heating furnace or the like. In addition, the voltage applied to the recovered silicon waste can be operated at 400 V or less, and the recovered silicon waste is heated and melted without requiring a large facility that uses high voltage, and recovered efficiently in a reducing atmosphere. Regenerated silicon can be obtained from silicon waste.

本発明に係る回収シリコンくずの融解方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the melting method of the recovery silicon | silicone waste concerning this invention. アーク炉を起動して回収シリコンくずを融解するまでの電極間電流の変化状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the change state of the electric current between electrodes until starting an arc furnace and fuse | melting collection | recovery silicon waste.

以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。図1は、本発明に係る回収シリコンくずの融解方法を説明する模式図である。図1において、アーク炉1において、先ずスラグ15が炉底に投入されており、その上に回収シリコンくず13が投入されている。そして、回収シリコンくず13の上面又は回収シリコンくず13の中に導電材10が載置されている。電極5は、導電材10に接触した状態になっている。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method for melting recovered silicon waste according to the present invention. In FIG. 1, in the arc furnace 1, slag 15 is first put into the furnace bottom, and recovered silicon waste 13 is put thereon. The conductive material 10 is placed on the upper surface of the recovered silicon waste 13 or in the recovered silicon waste 13. The electrode 5 is in contact with the conductive material 10.

本発明に係る回収シリコンくずの融解方法は、まず、図1に示すように、電極5を導電材10に接触させた状態で電極間に通電する。導電材10の通電により、導電材10が加熱されその抵抗値が下がって電流が増加し導電材10が昇温する。そして、導電材10に向けてアーク放電が生ずる。このアーク放電により回収シリコンくず13が加熱されて融解し始めるが、アーク放電は不安定で電極間電流も不安定である。しかし、しばらくするとアーク放電及び電極間電流が安定する。そこで、このアーク放電及び電極間電流が安定した後に、これまで電極5を導電材10に接触させた通電によるアーク炉の操業から通常のアーク炉操業に移行する。   In the method for melting recovered silicon waste according to the present invention, first, as shown in FIG. 1, electricity is applied between the electrodes while the electrode 5 is in contact with the conductive material 10. When the conductive material 10 is energized, the conductive material 10 is heated, the resistance value thereof decreases, the current increases, and the conductive material 10 rises in temperature. Then, arc discharge occurs toward the conductive material 10. Although the recovered silicon waste 13 is heated by this arc discharge and begins to melt, the arc discharge is unstable and the interelectrode current is also unstable. However, arc discharge and interelectrode current become stable after a while. Therefore, after the arc discharge and the inter-electrode current are stabilized, the operation of the arc furnace by energizing the electrode 5 in contact with the conductive material 10 is shifted to the normal arc furnace operation.

図2に、本回収シリコンくずの融解方法を実施した場合の電極間電流の変化の様子を示す。横軸は、アーク炉稼働後の時間を示し、縦軸は電極間電流を示す。図2に示すように、電極間に通電を始めると、電極間電流は緩やかに上昇していく。電極間電流がある程度大きくなり図2においてAで示す電流値になると電極間電流は急速に増大する。そして、図2においてBで示す電流値になると電流が振動状態になり不安定になる。しばらくの間、電極間電流は不安定であるが(C)、振動状態を抜けて(D)からは電極間電流は増大し、やがて一定値になる(E)。なお、図2において示す時間及び電流値は、以下に説明する実施例の場合の数値である。   FIG. 2 shows how the interelectrode current changes when the recovered silicon scrap melting method is performed. The horizontal axis indicates the time after the arc furnace is operated, and the vertical axis indicates the interelectrode current. As shown in FIG. 2, when energization is started between the electrodes, the current between the electrodes gradually increases. When the interelectrode current increases to some extent and reaches the current value indicated by A in FIG. 2, the interelectrode current rapidly increases. When the current value indicated by B in FIG. 2 is reached, the current becomes oscillated and becomes unstable. For a while, the interelectrode current is unstable (C), but after exiting the vibration state (D), the interelectrode current increases and eventually becomes a constant value (E). Note that the time and current values shown in FIG. 2 are values in the case of the embodiment described below.

本発明において、アーク炉1は、特に限定されないが、交流式のアーク炉であるのがよい。交流式のアーク炉の場合は、導電材10の導入などによる電極間抵抗値を制御するのが容易である。アーク炉1の使用電圧は、40〜400Vとする。回収シリコンくず13の時間当たりの処理量が多くなるほど使用電圧は高くするのがよいが、本発明においては400Vを超える電圧を要しない。使用電圧が40V未満であると、アーク放電が困難になる。   In the present invention, the arc furnace 1 is not particularly limited, but is preferably an AC arc furnace. In the case of an AC arc furnace, it is easy to control the inter-electrode resistance value by introducing the conductive material 10 or the like. The working voltage of the arc furnace 1 is 40 to 400V. The working voltage is preferably increased as the processing amount of the recovered silicon waste 13 per hour increases, but in the present invention, a voltage exceeding 400 V is not required. When the operating voltage is less than 40V, arc discharge becomes difficult.

電極5は、炭素電極であるのがよい。これにより、回収シリコンくず13の溶解時のアーク炉内を容易に還元性雰囲気にすることができ、回収シリコンくず13の酸化を防止し、還元を促進させるのでよい。   The electrode 5 is preferably a carbon electrode. As a result, the inside of the arc furnace when the recovered silicon waste 13 is melted can be easily made into a reducing atmosphere, and the recovery silicon waste 13 can be prevented from being oxidized and reduced.

導電材10は、これに通電して回収シリコンくず13を加熱できる程度の電気抵抗率を有するものを使用する。導電材10は、電気抵抗率が10-3〜10-6Ωmであればよく、例えば、炭素粉末又は固形材を使用することができる。炭素系の材料は、回収シリコンくず13の酸化を防止し、還元材料として使用することができるので好ましい。また、炭化珪素粉末又は固形材を使用することができる。 As the conductive material 10, a material having an electrical resistivity sufficient to heat the recovered silicon waste 13 by energizing the conductive material 10 is used. The conductive material 10 may have an electrical resistivity of 10 −3 to 10 −6 Ωm, and for example, carbon powder or a solid material can be used. A carbon-based material is preferable because it prevents the recovered silicon waste 13 from being oxidized and can be used as a reducing material. Moreover, a silicon carbide powder or a solid material can be used.

導電材10は、回収シリコンくず13の上面又は回収シリコンくず13の中に埋め込んだ状態で使用され、これに電極5を接触させて通電、発熱させるものであるから、一定の形状を有するものが取扱が容易であり、また、所定の発熱性能を発揮させることができるのでよい。また、導電材10は、回収シリコンくず13に含まれるSiと化合し難いものであるのがよい。   The conductive material 10 is used in a state where it is embedded in the upper surface of the recovered silicon scrap 13 or in the recovered silicon scrap 13, and the electrode 5 is brought into contact with this to energize and generate heat. The handling is easy, and a predetermined heat generation performance can be exhibited. Further, the conductive material 10 is preferably one that is difficult to combine with Si contained in the recovered silicon waste 13.

導電材10は、上述のように、回収シリコンくず13のヒータ部材として使用されるものであるから、大量の回収シリコンくず13を処理する大きなアーク炉1になると、電極間電圧を40〜400Vの範囲に保持するために、導電材10を含めた電極間抵抗値が所定の範囲に収まるようにしなければならない。このため、導電材10の形状又は占める割合が大きくなる。導電材10の形状又は占める割合は、できるだけ小さい方がよいので、このような場合は電極間の間隔が調整できるアーク炉を使用するのがよい。これにより、先ず電極間隔が狭い状態でアーク炉を起動し、アーク放電が安定した後(図2のE点)に通常の好ましい電極間隔にすることができる。   Since the conductive material 10 is used as a heater member for the recovered silicon waste 13 as described above, when the large arc furnace 1 for processing a large amount of recovered silicon waste 13 is used, the voltage between the electrodes is 40 to 400V. In order to keep the range, the resistance value between the electrodes including the conductive material 10 must fall within a predetermined range. For this reason, the shape or the proportion of the conductive material 10 increases. Since the shape or proportion of the conductive material 10 should be as small as possible, it is preferable to use an arc furnace in which the distance between the electrodes can be adjusted. As a result, the arc furnace is first started in a state where the electrode interval is narrow, and after the arc discharge is stabilized (point E in FIG. 2), the normal preferable electrode interval can be obtained.

回収シリコンくず13は、シリコンウエハ、ICチップの製造等において排出され回収された粉状のものをいう。回収シリコンくず13は、シリコン粉以外に、炭化珪素などの遊離砥粒又はダイヤモンドなどの固定砥粒、あるいは水やオイルなどの有機物を含むものであってもよい。水分は、5〜10質量%程度含むものが取り扱いが容易なのでよい。   The recovered silicon waste 13 is a powdery material that has been discharged and recovered in the manufacture of silicon wafers, IC chips, and the like. The recovered silicon waste 13 may contain free abrasive grains such as silicon carbide, fixed abrasive grains such as diamond, or organic substances such as water and oil, in addition to silicon powder. A moisture content of about 5 to 10% by mass is easy to handle.

スラグ15は、CaO及びSiO2を主要成分とするものを使用することができる。これにより、回収シリコンくず13の酸化を防止し、還元を促進させることができる。また、スラグ15を、回収シリコンくず13の融解又は還元された溶融シリコンを濾過するフィルタとして機能させることができる。 As the slag 15, one containing CaO and SiO 2 as main components can be used. Thereby, it is possible to prevent the recovered silicon waste 13 from being oxidized and promote the reduction. In addition, the slag 15 can function as a filter for filtering the molten silicon obtained by melting or reducing the recovered silicon waste 13.

回収シリコンくず13は、スラグ15の上面にあるようにするのがよい。これにより、導電材10に向けてアーク放電が生じたとき、回収シリコンくず13の融解が早まり以下に説明する溶融シリコンからなる導電体の形成が早まるので、電流の振動する区間(図2のC)を狭くすることができる。一方、スラグ15が回収シリコンくず13の上面にあると、アーク放電によりスラグ15が融解し、厚い溶融スラグ層が溶融シリコンの導電体が形成される前に形成され、溶融スラグの電気抵抗率は溶融シリコンの電気抵抗率より高いのでアーク放電が困難になるという不都合を生ずる。また、スラグ15は、アーク炉の炉底に配置するのがよい。これにより、アーク炉の起動時のアーク放電による炉底の損傷を防止することができる。   The recovered silicon waste 13 is preferably on the upper surface of the slag 15. As a result, when arc discharge is generated toward the conductive material 10, the recovered silicon waste 13 is quickly melted and the formation of the conductor made of molten silicon, which will be described below, is accelerated. ) Can be narrowed. On the other hand, if the slag 15 is on the upper surface of the recovered silicon scrap 13, the slag 15 is melted by arc discharge, and a thick molten slag layer is formed before the molten silicon conductor is formed. Since the electric resistivity is higher than that of molten silicon, there arises a disadvantage that arc discharge becomes difficult. The slag 15 is preferably arranged at the bottom of the arc furnace. Thereby, the damage of the furnace bottom by the arc discharge at the time of starting of an arc furnace can be prevented.

通常のアーク炉操業とは、アーク炉内に金属溶湯が存在し、電流が電極−金属溶湯−電極間に流れてアーク放電が行われ、アーク炉の操業が一般に電流制御、あるいはインピーダンス一定制御などにより安定したアーク放電の基で行われる通常のアーク炉の操業をいう。   In normal arc furnace operation, there is a molten metal in the arc furnace, and an electric current flows between the electrode, the molten metal, and the electrode, and arc discharge is performed. In general, the arc furnace is operated with current control or constant impedance control. Refers to normal arc furnace operation performed on the basis of more stable arc discharge.

図1に示す形態の交流アーク炉を用いて回収シリコンくずの融解試験を行った。3本の電極は、外形16mm、中心間隔100mmの黒鉛電極を使用した。電極間電圧は70Vで試験した。導電材は炭素粉を使用し、スラグは生石灰及び珪砂(質量比0.5:1〜1:5)を使用した。炭素粉、生石灰、珪砂は市販のものを使用した。   The recovered silicon scrap was melted using the AC arc furnace having the configuration shown in FIG. For the three electrodes, graphite electrodes having an outer diameter of 16 mm and a center interval of 100 mm were used. The interelectrode voltage was tested at 70V. Carbon powder was used as the conductive material, and quick lime and quartz sand (mass ratio 0.5: 1 to 1: 5) were used as the slag. Commercially available carbon powder, quicklime and quartz sand were used.

表1に、プリント基板製造装置メーカ、太陽電池関連メーカ等から回収されたシリコンくずの回収時における成分分析結果(質量%)を示す。番号1及び3の試料は、遊離砥粒を含むもので、番号2の試料は固定砥粒を含むものであった。融解試験は、これらの回収シリコンくずを乾燥し、水分の含有量を5〜10質量%、PG(プロピレングリコール)の含有量を10〜20質量%に低下させたものを使用して行った。なお、表1の成分分析において、回収シリコンくずの110℃加熱減量分を水分含有量とし、この回収シリコンくずをさらに220℃に加熱したときの減量分をPG含有量とした。そして、炭素分の分析値をSiC分(SiC%)、酸素分の分析値をSiO2分(SiO2%)とし、珪素分析値から上記SiC分及びSiO2分に係る珪素分を差し引いて珪素含有量(Si%)とした。 Table 1 shows the result of component analysis (mass%) at the time of recovery of silicon scrap recovered from a printed circuit board manufacturing apparatus manufacturer, a solar cell related manufacturer, or the like. Samples Nos. 1 and 3 contained free abrasive grains, and Sample No. 2 contained fixed abrasive grains. The melting test was performed by drying these recovered silicon wastes and reducing the water content to 5 to 10% by mass and the PG (propylene glycol) content to 10 to 20% by mass. In the component analysis of Table 1, the amount of heat loss of recovered silicon waste at 110 ° C. was defined as the water content, and the amount of decrease when the recovered silicon waste was further heated to 220 ° C. was defined as the PG content. Then, the analysis value of the carbon content is SiC (SiC%), the analysis value of the oxygen content is SiO 2 (SiO 2 %), and the silicon content related to the SiC content and the SiO 2 content is subtracted from the silicon analysis value. The content (Si%) was used.

Figure 2012171858
Figure 2012171858

試験結果は以下の通りであった。図2に示すA点までの時間は、5〜10minであった。B点の電流値は、70〜100Aであった。電流の振動区間(C)は、2〜3minであった。E点までの時間は、15〜20minであった。また、そのときの電流値は300〜600Aであった。アーク炉内の観察によると、B点において回収シリコンくずの融解が観察された。そして、電流が安定し一定値をとるようになったE点において、溶融シリコンの湯溜まりが観察された。これらの観察によると、安定したアーク放電が生じるようになるのは、回収シリコンくずが融解されやがて溶融シリコンからなる導電体が形成され、電極間が溶融シリコンでつながって電極間抵抗が低くなるからであると解される。   The test results were as follows. The time to point A shown in FIG. 2 was 5 to 10 min. The current value at point B was 70-100 A. The oscillation interval (C) of the current was 2 to 3 min. The time to point E was 15-20 min. The current value at that time was 300 to 600A. According to observation in the arc furnace, melting of recovered silicon waste was observed at point B. Then, a hot water pool of molten silicon was observed at point E where the current became stable and took a constant value. According to these observations, stable arc discharge occurs because the recovered silicon scrap is melted and a conductor made of molten silicon is formed, and the electrodes are connected by molten silicon, resulting in a low interelectrode resistance. It is understood that.

1 アーク炉
5 電極
10 導電材
13 回収シリコンくず
15 スラグ
1 Arc furnace
5 electrodes
10 Conductive material
13 Recovered silicon scrap
15 Slag

Claims (5)

回収されたシリコンくずをアーク炉により融解する回収シリコンくずの融解方法であって、該アーク炉の電極間電圧を40〜400Vに保持するとともに、電極を導電材に接触させた状態で通電し、該導電材の昇温に伴って発生するアーク放電により前記シリコンくずが加熱され、アーク放電及び電極間電流が安定したのち通常のアーク炉操業に移行する回収シリコンくずの融解方法。   A method of melting recovered silicon scraps by melting the recovered silicon scraps in an arc furnace, holding the voltage between the electrodes of the arc furnace at 40 to 400 V and energizing the electrodes in contact with a conductive material, A method for melting recovered silicon waste, wherein the silicon waste is heated by arc discharge generated as the conductive material rises in temperature, and after the arc discharge and the interelectrode current are stabilized, the operation shifts to normal arc furnace operation. 導電材は、炭素又は/及び炭化珪素からなる粉末又は固形材であることを特徴とする請求項1に記載の回収シリコンくずの融解方法。   The method for melting recovered silicon waste according to claim 1, wherein the conductive material is a powder or a solid material made of carbon and / or silicon carbide. アーク炉の炉底にまずスラグを投入し、その上にシリコンくずを投入することによってシリコンくずを溶解させることを特徴とする請求項1又は2に記載の回収シリコンくずの融解方法。   The method for melting recovered silicon waste according to claim 1 or 2, wherein the silicon waste is melted by first introducing slag into the furnace bottom of the arc furnace and then introducing silicon waste thereon. アーク炉は、電極間隔が調整可能になっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回収シリコンくずの融解方法。   The method for melting recovered silicon waste according to any one of claims 1 to 3, wherein the arc interval of the arc furnace is adjustable. シリコンくずの融解が還元性雰囲気下で行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の回収シリコンくずの融解方法。   The method for melting recovered silicon waste according to any one of claims 1 to 4, wherein the silicon waste is melted in a reducing atmosphere.
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