JP2665437B2 - 金属けい素の精製方法 - Google Patents
金属けい素の精製方法Info
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Description
特には太陽電池、セラミックスの原料に供することがで
きる金属けい素の精製方法に関するものである。
常純度が99.5%以上のものとされているが、このものは
Fe、Al、Caなどの不純物を1,000ppm近く含有して
いるために、そのままでは高純度が要求される太陽電池
やセラミックスの原料とすることはできない。他方、冶
金により得られる金属けい素には不純物が粒子界面に存
在することが知られており、このものは溶融後の冷却速
度を変えれば結晶粒子の大きさ、不純物の偏析度を調整
できることから、これについては工業用金属けい素を溶
融して再結晶化させ、これを 100μm以下に粉砕して酸
処理する方法が提案されている(特開昭60-195015 号、
特開昭60-195016 号各公報参照)。
金属けい素を一旦 1,500℃以上の高温で溶融させるめに
電気代などのエネルギーコストが大きく、高価になると
いう欠点がある。そのため、これについては金属けい素
を溶融せず、粒子径の大きい金属けい素粒子を高濃度の
HF、HCl 、HNO3などの酸を用いて40〜90℃において加
熱処理するという方法も提案されているが、これには粒
子内部に点在する不純物を除去することができないため
に精製効率が低く、この場合には装置の腐蝕があり、か
つ酸を除去するための水洗の強化、酸の回収、排水処理
の負荷増大により処理コストが高くなるという欠点があ
る。
メルティング法、単結晶引上げ法などによる半導体グレ
ードの精製シリコンも知られているが、これは非常に高
価なものであることから、一般用に用いることはでき
ず、したがってこの金属けい素の精製方法については簡
易な方法で安価に高純度の金属けい素を得る方法が求め
られている。
利、欠点を解決した金属けい素の精製方法に関するもの
であり、これは純度が99.5%以上の金属けい素を50μm
以下に粉砕し、1重量%〜5重量%のHF水溶液を用い
て常温で処理したのち、ろ過、水洗することを特徴とす
るものである。
ドの金属けい素の精製方法について種々検討した結果、
純度が99.5%以上である化学工業用の金属けい素をまず
粒径が50μm以下に粉砕すると、金属けい素の結晶粒の
表面および内部に偏析していた不純物が粉砕で微細化し
た粒子の表面に露出されるので、これをHF水溶液で処
理すると常温でこれらの不純物を除去することができ、
これによれば金属けい素の表面における自然酸化膜も除
去できるので、ついでこれをろ過、水洗すれば、不純物
としてのFeを15ppm 以下、Alを130ppm以下、Caを
30ppm 以下、Uを2.2ppb以下にまで低下させた高純度金
属けい素を95%以上の収率で得ることができるというこ
とを見出し、ここに使用するHFの濃度、使用量などに
ついての研究を進めて本発明を完成さた。以下にこれを
さらに詳述する。
あり、これは純度が99.5%以上の金属けい素を50μm以
下に粉砕し、1重量%〜5重量%のHF水溶液を用いて
常温で処理した後、ろ過、水洗することを特徴とするも
のであり、これによれば太陽電池、セラミックスに使用
することができる高純度の金属けい素を容易に、かつ安
価に得ることができるという有利性が与えられる。
工業用グレードの金属けい素を始発材として用いて行な
われる。この化学工業用グレードの金属けい素はけい砂
を電気炉中で炭素で還元する方法またはマグネシウム、
アルミニウムで還元する方法で作られ、これは純度が9
9.5%のものであるが、これには通常不純物としてF
e、Al、Caなどを1,000ppm前後含んでいるほか、
U、Thなどのような放射性元素も数十〜数百ppb 含ん
でおり、これらの不純物はこの金属けい素の破断面をエ
レクトロマイクロプローブアナリシス(EPMA)による走
査型電子顕微鏡(SEM) 写真で調べたところ、Fe、A
l、Caが結晶粒子界面および内部に偏析、点在し、内
部に点在する不純物集合体の大きさは平均20μmから 2
00μmの範囲にあり、特に50μmから 100μmに多く分
布していることが判った。
下に粉砕されるのであるが、このように粉砕するとこの
金属けい素の結晶粒子界面および内部に偏析ないし点在
していた不純物の殆どが、この粉砕された金属けい素の
粉粒体の表面に露出するようになるのでこの除去が容易
になるということが見出された。この粉砕による粒子径
はそれが小さい程、事後の工程による精製効率が上がる
けれども、あまり微細化すると粉砕時の異物混入が多く
なるし、後記する酸処理、水洗後における固液分離操作
の効率が低下するので、この粒子径は1μm以上、50μ
m以下とすることがよい。
振動ボールミルなどで行えばよく、粉砕後はJIS325メッ
シュ(目開き44μm)ふるいなどでふるい分けするか、
サイクロンなどの分級機を用いて50μm以上の粗い粒子
を除去すればよい。
素をHF水溶液で処理してこの粒子表面に露出している
不純物を除去するのであるが、これはこの金属けい素粉
末にHF水溶液を添加して撹拌すればよく、これによれ
ばこれらの不純物がHFとの反応で金属けい素から除去
されるが、この反応は常温での20分〜2時間の処理で行
なわれるので、この際加熱する必要はない。
素は粒子表面で空気中の酸素と速やかに反応してその表
面に薄い自然酸化膜を形成し、これはアモルファスシリ
カで常温の大気中保存では厚さが2〜3nmのものであ
る。しかし、不純物除去のためにこの金属けい素を HC
l、HNO3、H2SO4 などで処理すとこの自然酸化膜が妨げ
となってこの自然酸化膜の内側にあり、金属けい素の表
面に偏析している不純物を除去することができないの
で、前記した不純物の除去にはこの自然酸化膜の除去が
必要不可欠なことになる。
金属けい素をHF水溶液で処理すると、この自然酸化膜
(SiO2)がHF水溶液と反応し、 SiO2+4HF →SiF4+2H2O SiF4+2HF →H2SiF6 で除去されるので、これによれば自然酸化物の存在によ
って不純物の除去ができなくなるという不利が解消され
る。
面積(m2/g)、酸化物厚み(nm)を測定し、シリカの比
重(2.20)から計算すると、0.2 重量%から2重量%の
範囲、通常は1重量%前後であり、これは前記したF
e、Al、Caなどの不純物量より多くなるので、ここ
に使用するHFの濃度、添加量はこのシリカ量を基準と
して決めればよい。
が少ないとこの反応器中での金属けい素の粉粒体濃度が
高くなって粒子同志の凝集、分散液の粘度上昇がみられ
て均一処理が難しくなり、これが多すぎると処理効果の
向上がなくなり、HFの浪費となり、後工程のHFの回
収処理の負担が増えて効率的でなくなるので、これは金
属けい素に対して重量比で2以上、10以下、好ましくは
3以上、6以下とすることが望ましい。
これが1重量%未満ではシリカとの反応が遅くなるし、
不純物の除去も不充分となり、これは5重量%以上とし
ても精製効率は変わらず、これ以上とするとHFの浪費
となり、処理後の固液分離でHFが多く残り、水洗工程
の負荷が増えて好ましくないので、これは1重量以上、
5重量%以下とすることが必要とされる。
属けい素は、ろ過により不純物を含むHF水溶液を分
離、除去し、残液はさらに水洗、ろ過をくり返して希釈
除去すればよい。ろ過、水洗後の金属けい素は通常の粉
体乾燥と同様の方法で、汚染を生じない洗浄な容器中、
雰囲気で乾燥すればよいが、これら一連の工程で処理に
使用するHF水溶液は純度99.9%以上の高純度品とし、
HF希釈用および水洗用の水はイオン交換水または蒸留
水を用いることがよい。
製またはポリ塩化ビニル製のものとすればよいが、工業
用装置としてはテフロンまたはポリ塩化ビニルを内張り
した鉄製で、同様の材質からなる撹拌機を装備したもの
を用いればよい。また、このろ過器も耐蝕材質を備え、
効率的にろ過、水洗できるものであればよく、機種を限
定する必要はない。
粒子径1〜30μmに粉砕し、この5kgを内面をテフロン
ライニングしたステンレス製の50リットルの容器に入
れ、ここに純度99.5%、濃度55重量%の濃HF水をイオ
ン交換水で2重量%に希釈したHF水溶液15kgを加え、
常温20℃で1時間撹拌処理した。
移し、加圧ろ過でHF水を除去したのち、イオン交換水
で洗浄後ろ過し、100 ℃、-740mmHgで8時間真空乾燥し
て処理ずみの金属けい素粉を取出し、このものについて
これに含まれている不純物としてのFe、Al、Caの
量を原子吸光法により測定すると共にここに含まれてい
るUの量を誘導結合高周波プラズマ重量分析法(ICP-M
S)により分析したところ、後記する表1に示したとお
りの結果が得られ、このものは高純度金属けい素である
ことが確認された。
に変えたほかは実施例1と同じように処理して金属けい
素の精製を行なったところ、得られた金属けい素中の不
純物量について後記する表1に示したとおりの結果が得
られた。
kgと変えたほかは実施例1と同じように処理して金属け
い素の精製を行なったところ、得られた金属けい素中の
不純物量について後記する表1に示したとおりの結果が
得られた。
を50〜200 μmのものとしたもの(比較例1)、HF濃
度を 0.5重量%としたもの(比較例2)、これを55重量
%としたもの(比較例3)、HF水添加量を36kgとした
もの(比較例4)、処理温度を50℃としたもの(比較例
5)、処理時間を4時間としたもの(比較例6)につい
て、これらの条件以外は実施例1と同じようにして金属
けい素の精製を行なったところ、得られた金属けい素の
不純物量について次の表1に示したとおりの結果が得ら
れた。
7)、濃度30%のHNO3(比較例8)としたほかは実施例
1と同じように処理して金属けい素の精製をしたとこ
ろ、得られた金属けい素の不純物量についてつぎの表2
に示したとおりの結果が得られた。
ものであり、これは前記したように純度が99.5%以上の
金属けい素を50μm以下に粉砕し、1重量%〜5重量%
のHF水溶液を用いて処理したのち、ろ過、水洗するこ
とを特徴とするものであり、これによれば金属けい素の
表面における自然酸化膜も除去できるので、不純物とし
てのFeを15ppm 以下、Alを130ppm以下、Caを 30p
pm以下、Uを2.2ppb以下にまで低下させた高純度金属け
い素を95%以上の収率で得ることができるという有利性
が与えられる。
Claims (3)
- 【請求項1】純度が99.5%以上の金属けい素を50μm以
下に粉砕し、1重量%〜5重量%のHF水溶液を用いて
常温で処理した後、ろ過、水洗することを特徴とする金
属けい素の精製方法 - 【請求項2】HF水溶液の添加量を金属けい素に対し重
量比で2以上、10以下とする請求項1に記載した金属け
い素の精製方法。 - 【請求項3】HF希釈用および水洗用の水がイオン交換
水または蒸留水とされる請求項1に記載した金属けい素
の精製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4279552A JP2665437B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 金属けい素の精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4279552A JP2665437B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 金属けい素の精製方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06107406A JPH06107406A (ja) | 1994-04-19 |
JP2665437B2 true JP2665437B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17612558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4279552A Expired - Lifetime JP2665437B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 金属けい素の精製方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008050180A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Sanwa Yuka Kogyo Kk | 金属シリコンの精製方法 |
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JP5094183B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2012-12-12 | 株式会社アドマテックス | 金属ケイ素粉末及びその製造方法、球状シリカ粉末並びに樹脂組成物 |
JP5094184B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2012-12-12 | 株式会社アドマテックス | 金属ケイ素粉末及びその製造方法、球状シリカ粉末並びに樹脂組成物 |
AU2019444019B2 (en) * | 2019-04-30 | 2022-03-10 | Wacker Chemie Ag | Method for refining crude silicon melts using a particulate mediator |
-
1992
- 1992-09-24 JP JP4279552A patent/JP2665437B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP4657172B2 (ja) * | 2006-08-22 | 2011-03-23 | 三和油化工業株式会社 | 金属シリコンの精製方法 |
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JPH06107406A (ja) | 1994-04-19 |
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