JP4966938B2 - Silicon regeneration method - Google Patents

Silicon regeneration method

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Description

本発明はシリコンの精製方法に関する。より詳細には、本発明は、シリコンウエハの製造工程等で生じる廃スラリーから得られる、二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドまたはダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含むシリコン含有固形分などの回収シリコンから再生シリコンを得るためのシリコンの精製方法に関する。   The present invention relates to a method for purifying silicon. More specifically, the present invention relates to silicon-containing solids containing silicon dioxide and any one of silicon carbide, silicon nitride, or diamond as particulate impurities, obtained from waste slurry produced in the production process of silicon wafers, etc. The present invention relates to a silicon purification method for obtaining recycled silicon from recovered silicon.

ICチップや太陽電池用として広く用いられるシリコン単結晶又は多結晶からなる薄板(以下、「シリコンウエハ」と呼ぶ)の製造工程における切断、面取り又は研磨等により、一般に、原料シリコンの約60%が廃スラリー中に含有されてしまう。
すなわち、シリコンウエハの製造において、原料シリコンの約40%だけしか製品化されずに残りの60%は廃スラリー中に含有されるため、製品に対するコスト負荷ならびに廃棄処分に伴う環境への負荷が大きな問題となっている。実際に、上記の廃スラリーは濃縮処理や一部材料の回収の後、埋め立て処分されるのが一般的である。
Generally, about 60% of the raw material silicon is obtained by cutting, chamfering or polishing in the manufacturing process of a thin plate (hereinafter referred to as “silicon wafer”) made of silicon single crystal or polycrystal widely used for IC chips and solar cells. It will be contained in the waste slurry.
That is, in the manufacture of silicon wafers, only about 40% of the raw silicon is commercialized, and the remaining 60% is contained in the waste slurry. Therefore, the cost burden on the product and the environmental burden associated with disposal are large. It is a problem. In practice, the above-mentioned waste slurry is generally disposed of in landfill after concentration treatment and recovery of some materials.

また、特に近年、太陽電池の生産量は増加の一途をたどっており、原料シリコンの需要も急激な伸びが見られる。このため太陽電池用のシリコンの不足が顕在化している。   In particular, in recent years, the production of solar cells has been steadily increasing, and the demand for raw material silicon has been increasing rapidly. For this reason, the shortage of silicon for solar cells has become apparent.

そこで従来、上記の切断又は研磨といったシリコンウエハの製造時に発生する廃スラリーからシリコンを回収する方法が提案されてきた。   Therefore, conventionally, a method for recovering silicon from waste slurry generated during the production of a silicon wafer such as cutting or polishing has been proposed.

例えば特開2001−278612号公報(特許文献1)においては、シリコンの、切断または研磨処理工程において排出される廃スラリーから固形分を回収し、回収した固形分を有機溶剤により洗浄し、固形分に含まれる分散剤を除去する有機溶剤洗浄工程と、分散剤の除去が行われた後の固形分から金属、酸化シリコン及び砥粒を除去して、シリコンを主成分とする粉体を得る分離工程とを含むシリコンの回収方法が開示されている。   For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-278612 (Patent Document 1), solid content is recovered from waste slurry discharged in a cutting or polishing process of silicon, and the recovered solid content is washed with an organic solvent. Organic solvent cleaning step for removing the dispersant contained in the substrate, and separation step for removing the metal, silicon oxide and abrasive grains from the solid content after the removal of the dispersant to obtain a silicon-based powder A method for recovering silicon including the following is disclosed.

また、特許文献1における分離工程には、上記の固形分に酸溶液を供給して少なくとも金属または酸化シリコンを除去するための酸洗浄工程と、前記固形分に対し分級処理を行ってシリコン粉と砥粒とを分離するための分級工程を含むことも記載されている。   In addition, the separation process in Patent Document 1 includes an acid cleaning process for supplying an acid solution to the solid content to remove at least metal or silicon oxide, a classification treatment for the solid content, and silicon powder. It also describes including a classification step for separating the abrasive grains.

さらに特許文献1においては、上記分級工程が、気流中に粉体を投入して分離する気流分級装置により行うことが記載されている。   Further, Patent Document 1 describes that the classification step is performed by an air classifier that throws powder into an air stream and separates it.

すなわち、混在する金属や二酸化珪素は酸洗浄などにより除去することが可能であるが、砥粒はシリコンカーバイト、シリコンナイトライド、ダイヤモンドなどからなるために化学的に不活性で、化学反応を利用した成分の違いによる化学的除去は困難であり、気流分級装置を用いる粒径、粒子サイズおよび密度の違いに基づく分級が必要となる。   In other words, mixed metals and silicon dioxide can be removed by acid cleaning, etc., but the abrasive grains are composed of silicon carbide, silicon nitride, diamond, etc., so they are chemically inert and use chemical reactions. Chemical removal due to the difference in the components is difficult, and classification based on the difference in particle size, particle size and density using an airflow classifier is required.

しかしながら気流分級装置は一般的な酸洗浄装置や加熱装置などに比べて大型な装置であり、該装置を用いることにより製造・使用コストが高くなる。   However, the airflow classifier is a large-sized device compared to a general acid cleaning device or a heating device, and the use of this device increases the manufacturing and use costs.

また、気流分級装置をシリコン含有固形分に適用する際には、シリコン含有固形分に残留するクーラントのために砥粒とシリコン粒が凝集していること、あるいは、以下の表に一例を示すように砥粒とシリコン粒との粒径の差が小さいために分級精度に限界があり、この手法で砥粒を除去する効果は必ずしも大きいとはいえなかった。   In addition, when applying the air classifier to the silicon-containing solid content, the abrasive particles and silicon particles are aggregated due to the coolant remaining in the silicon-containing solid content, or an example is shown in the table below. In addition, since the difference in particle size between the abrasive grains and the silicon grains is small, there is a limit to the classification accuracy, and the effect of removing the abrasive grains by this method is not necessarily large.

Figure 0004966938
Figure 0004966938
特開2001−278612号公報JP 2001-278612 A

本発明は、二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、ダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含む回収シリコンから、前記粒子状不純物を効率的に除去するシリコンの精製方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a method for purifying silicon that efficiently removes the particulate impurities from recovered silicon containing silicon dioxide and any of silicon carbide, silicon nitride, and diamond as particulate impurities. It is said.

本発明者らは、上記の回収シリコンから前記粒子状不純物の効率的な除去について、鋭意検討を行った。その結果、回収シリコンを加熱・融解した際に、前記回収シリコン、すなわちシリコン含有固形分に含まれる砥粒の大半が、融解により生成される融解シリコンにスラグとして含有されることを見出した。   The present inventors diligently studied about efficient removal of the particulate impurities from the recovered silicon. As a result, it was found that when the recovered silicon was heated and melted, the recovered silicon, that is, most of the abrasive grains contained in the silicon-containing solid content were contained as slag in the molten silicon generated by melting.

さらに、本発明者らは、該スラグが、砥粒と二酸化珪素によりなることを分析により確かめ、融解シリコンを冷却して得られるシリコン塊とスラグを粉砕した後、弗酸水溶液で洗浄することでスラグを溶解して砥粒とともに除去できることを見出し、本発明の完成に至った。   Furthermore, the present inventors confirmed by analysis that the slag is composed of abrasive grains and silicon dioxide, pulverized the silicon lump and slag obtained by cooling the molten silicon, and then washed with a hydrofluoric acid aqueous solution. It has been found that slag can be dissolved and removed together with the abrasive grains, and the present invention has been completed.

しかるに、本発明によれば、二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドまたはダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含む回収シリコンを、加熱してシリコン融液を得る融解工程と;
前記シリコン融液を冷却して得られるシリコン塊を粉砕してシリコン粒を得る粉砕工程と;
前記シリコン粒を酸溶液で洗浄して二酸化珪素を前記粒子状不純物とともに除去する酸洗浄工程と;
を含むことを特徴とするシリコンの精製方法が提供される。
However, according to the present invention, the melting step of heating silicon dioxide and recovered silicon containing silicon carbide, silicon nitride or diamond as particulate impurities to obtain a silicon melt;
A crushing step of crushing a silicon lump obtained by cooling the silicon melt to obtain silicon particles;
An acid cleaning step of cleaning the silicon grains with an acid solution to remove silicon dioxide together with the particulate impurities;
A method for purifying silicon is provided.

本発明によれば、二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、ダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含む回収シリコンから、それら粒子状不純物を、より効率的に除去することができる。   According to the present invention, particulate impurities can be more efficiently removed from recovered silicon containing silicon dioxide and any of silicon carbide, silicon nitride, and diamond as particulate impurities.

本発明において用いられる用語「回収シリコン」とは、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いてシリコン塊(以下、インゴットともいう)又はシリコンウエハを切断又は研磨する際に生じるシリコン屑が混入した廃スラリー又はその濃縮分を固液分離して得られるシリコン含有固形分を意味する。   The term “recovered silicon” used in the present invention is a waste slurry mixed with silicon scrap generated when cutting or polishing a silicon lump (hereinafter also referred to as an ingot) or a silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and a coolant. Or the silicon containing solid content obtained by carrying out solid-liquid separation of the concentrated part is meant.

上記のスラリーは、砥粒とそれを分散するクーラントとからなる。
上記の砥粒は、例えば、シリコンカーバイト(SiC)、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(CBN)、アルミナなどが挙げられる。砥粒の粒径は、0.3μm以上かつ20μm以下であることが好ましい。
したがって、本発明において用いられる「粒子状不純物」とは、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、ダイヤモンドの何れかからなるスラリー中の砥粒を意味する。
Said slurry consists of an abrasive grain and the coolant which disperse | distributes it.
Examples of the abrasive grains include silicon carbide (SiC), diamond, cubic boron nitride (CBN), and alumina. The grain size of the abrasive grains is preferably 0.3 μm or more and 20 μm or less.
Therefore, the “particulate impurities” used in the present invention means abrasive grains in a slurry composed of any one of silicon carbide, silicon nitride, and diamond.

また、上記のクーラントは、例えば、油性クーラント(鉱油をベースとしたオイル)や、水性クーラント(水をベースとしてグリコール系溶媒(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール又はポリエチレングリコール)、界面活性剤、有機酸などが添加されたもの)が挙げられる。   The above-mentioned coolant includes, for example, an oil-based coolant (oil based on mineral oil), an aqueous coolant (water based glycol solvent (for example, ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol), surfactant, organic acid) And the like).

また、クーラントは、エチレングリコール、プロピレングリコール又はポリエチレングリコールなどの有機溶媒(水溶性有機溶媒)を主成分とし、ここに有機酸、ベントナイトなどの添加物を10重要%以下(好ましくは3重量%以下)添加したものであってもよい。なお、ここでいう「有機溶媒を主成分とする」とは、例えばクーラント中に20重量%以下(好ましくは15重量%以下)の水分が含まれていてもよいことを意味している。   The coolant is mainly composed of an organic solvent (water-soluble organic solvent) such as ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol, and additives such as organic acid and bentonite are not more than 10% by weight (preferably not more than 3% by weight). ) It may be added. Note that the expression “having an organic solvent as a main component” as used herein means that, for example, 20% by weight or less (preferably 15% by weight or less) of water may be contained in the coolant.

上記の廃スラリーとは、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコンインゴット又はシリコンウエハの切断又は研磨などの際に生じる二酸化珪素やシリコン屑が前記スラリーに混入したものである。
また、上記の廃スラリーの濃縮分とは、上記の廃スラリーを、固液分別または溶媒留去などにより濃縮したものである。
The above-mentioned waste slurry is a slurry in which silicon dioxide or silicon waste generated during cutting or polishing of a silicon ingot or silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and coolant is mixed in the slurry.
The concentrated portion of the waste slurry is obtained by concentrating the waste slurry by solid-liquid separation or solvent distillation.

より具体的な本発明の一つの形態によれば、本発明のシリコンの精製方法により、前記の回収シリコンを融解することにより、シリコンインゴット又はシリコンウエハを切断又は研磨する工程の際に生じるか、あるいは原料シリコン表面の自然酸化および/または金属級シリコン製造時に不純物として含まれる融解した二酸化珪素中に、上記の粒子状不純物が取り込まれ、二酸化珪素と共に除去可能となり、従来の方法に比べ、容易にシリコン精製が可能になる。
なお、上記の「金属級シリコン」とは、珪砂から直接還元して得られたシリコンのことを意味し、通常は純度99.99%よりも低いが、半導体級あるいは太陽電池級シリコンよりも安価に得ることができるシリコンのことを意味する。
According to a more specific form of the present invention, the silicon purification method of the present invention causes the recovered silicon to melt during the process of cutting or polishing the silicon ingot or silicon wafer, Alternatively, the above-mentioned particulate impurities can be taken into the molten silicon dioxide contained as impurities during the natural oxidation of the raw silicon surface and / or metal grade silicon, and can be removed together with the silicon dioxide. Silicon purification becomes possible.
The above-mentioned “metal grade silicon” means silicon obtained by direct reduction from silica sand, usually lower in purity than 99.99%, but less expensive than semiconductor grade or solar cell grade silicon. It means silicon that can be obtained.

なお、特に廃スラリーから得られるシリコン含有固形分において、該スラリー中のシリコンが微小な粒子であることから、該シリコンの重量当たりの表面積は大きく、したがって該シリコンの表面に形成され得る二酸化珪素は、比較的多く含まれ得る。   In particular, in the silicon-containing solid content obtained from the waste slurry, since the silicon in the slurry is fine particles, the surface area per weight of the silicon is large, and thus silicon dioxide that can be formed on the surface of the silicon is Can be included relatively much.

以下、二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、ダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含む回収シリコンの一例として、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離して得たシリコン含有固形分を取り上げ、ここから砥粒を除去するシリコンの精製方法について説明する。   Hereinafter, as an example of recovered silicon containing silicon dioxide and any one of silicon carbide, silicon nitride, and diamond as particulate impurities, the silicon-containing solid content obtained by solid-liquid separation of the waste slurry or its concentrate is taken up. Here, a method for purifying silicon from which abrasive grains are removed will be described.

前記のシリコンインゴットの形状は、特に限定されないが、円柱状や四角柱状の形状が挙げられる。
上記のシリコンインゴットを切断する切断装置としては、シリコンインゴットの切断装置として広く用いられているマルチワイヤソー装置(以下、「MWS」と呼ぶ)が挙げられる。
The shape of the silicon ingot is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape and a quadrangular prism shape.
Examples of the cutting device for cutting the silicon ingot include a multi-wire saw device (hereinafter referred to as “MWS”) widely used as a silicon ingot cutting device.

前記のMWSとは、一般に、複数のローラ間にワイヤを架け渡して巻き付け、砥粒とクーラントを含むスラリーを、ワイヤに供給しつつ該ワイヤを走行させ、このワイヤに被切断物を押し付けて切断する切断装置のことである。研磨装置の一例は、ホイール式研磨装置であり、接着剤で砥粒を固定したホイールを回転し、シリコンインゴットを移動させることで研磨を行う装置である。   The MWS is generally a wire wound between a plurality of rollers and wound, and a slurry containing abrasive grains and coolant is fed to the wire while the wire is run, and the object to be cut is pressed against the wire for cutting. It is a cutting device. An example of a polishing apparatus is a wheel-type polishing apparatus, which is an apparatus that performs polishing by rotating a wheel having abrasive grains fixed with an adhesive and moving a silicon ingot.

これらの装置を用いてシリコンインゴットを切断又は研磨すると、スラリー中にシリコンの切断屑、粉砕された砥粒及び粉砕されなかった砥粒、さらにはワイヤ及び研磨ホイールの摩耗片である金属屑などが混入することになる。   When a silicon ingot is cut or polished using these devices, silicon scraps, crushed abrasive grains and non-pulverized abrasive grains, and metal scraps that are wear pieces of wires and polishing wheels are contained in the slurry. It will be mixed.

次に、本発明の実施形態について説明する
本発明は、前記回収シリコンを融解後、冷却して得られるシリコン塊を粉砕して得られるシリコン粒を酸溶液で洗浄して、二酸化珪素を溶解除去し、また砥粒を除去することを一つの特徴とするシリコンの精製方法である。
また、本発明は、回収シリコンを加熱・融解した際に、前記回収シリコン、すなわちシリコン含有固形分に含まれる砥粒の大半が、融解により生成される融解シリコンにスラグとして含有される。
Next, an embodiment of the present invention will be described. In the present invention, the silicon particles obtained by pulverizing the silicon lump obtained by melting the recovered silicon and then cooling are washed with an acid solution to dissolve and remove silicon dioxide. And a method for purifying silicon characterized by removing abrasive grains.
In the present invention, when recovered silicon is heated and melted, the recovered silicon, that is, most of the abrasive grains contained in the silicon-containing solid content are contained as slag in the molten silicon generated by melting.

また、上記のスラグは、上記の砥粒と前記の二酸化珪素を含み、融解シリコンを冷却して得られるシリコン塊とスラグを粉砕した後、弗酸水溶液で洗浄することにより、スラグ中の二酸化珪素を溶解して砥粒とともに除去できることを1つの特徴とするシリコンの精製方法である。   The slag contains the abrasive grains and the silicon dioxide, and after pulverizing the silicon lump and slag obtained by cooling the molten silicon, the silicon slag in the slag is washed with an aqueous hydrofluoric acid solution. It is a silicon purification method characterized in that it can be dissolved and removed together with abrasive grains.

より具体的には、二酸化珪素と砥粒が凝集しているスラグ中の二酸化珪素を、前記の弗酸水溶液または酸溶液で溶解することで、二酸化珪素とともに凝集していた砥粒が分散し、シリコン粒とともに固形分として残る。この場合、例えばシリコン粒の粒径を、0.2mm〜5mmの範囲となるように粉砕を行ったとき、シリコン粒および砥粒の粒径は以下の表2のように大きく異なる。   More specifically, by dissolving silicon dioxide in the slag in which silicon dioxide and abrasive grains are aggregated with the hydrofluoric acid aqueous solution or acid solution, the abrasive grains aggregated with silicon dioxide are dispersed, It remains as a solid with silicon grains. In this case, for example, when pulverization is performed so that the particle size of the silicon particles is in the range of 0.2 mm to 5 mm, the particle sizes of the silicon particles and the abrasive particles are greatly different as shown in Table 2 below.

Figure 0004966938
したがって、上記の固形分として残るシリコン粒の粒径が砥粒の粒径よりも大きいため、酸洗浄工程またはそれに続く水洗工程において、シリコン粒が沈殿し易く、上記の工程の何れかにおいて、例えば、デカントや洗浄溶液または水洗液のオーバーフローなどの浮遊物分別法や、フィルター等を用いるろ過などの方法で容易に分離することができる。
Figure 0004966938
Accordingly, since the particle size of the silicon particles remaining as the solid content is larger than the particle size of the abrasive particles, the silicon particles are likely to precipitate in the acid cleaning step or the subsequent water washing step. In any of the above steps, for example, It can be easily separated by a method for fractionation of floating substances such as decant, washing solution or washing solution overflow, or filtration using a filter or the like.

すなわち、融解工程を経ることによりクーラントや二酸化珪素により砥粒が凝集し、形成したスラグを粉砕工程で粉砕し、次いで、酸洗浄工程によりクーラントや二酸化珪素を除去することにより、これらの影響がなくなり、砥粒が容易に分散し、また、砥粒とシリコン粒との粒径が大きく異なるようになるため、砥粒の除去効果を高めることができる。   In other words, the abrasive grains are agglomerated by the coolant and silicon dioxide through the melting step, the formed slag is pulverized in the pulverization step, and then the coolant and silicon dioxide are removed by the acid cleaning step, thereby eliminating these effects. Since the abrasive grains are easily dispersed and the grain sizes of the abrasive grains and the silicon grains are greatly different, the effect of removing the abrasive grains can be enhanced.

なお、砥粒の大半がスラグに含有される理由は、必ずしも明らかでないが、一般に砥粒として用いられる材料はシリコンの融点(1420℃)に比べて融点が高く、また二酸化珪素の融点(1728℃)も、シリコンより高いため、シリコンを融解する際に融解温度を制御することで、砥粒と二酸化珪素は固体状態でシリコン融液内を流動し、粘性の高いスラグに取り込まれて、該シリコン融液の表面張力によりシリコン融液表面にスラグとして存在するものと推測される。   The reason why most of the abrasive grains are contained in the slag is not necessarily clear, but generally the materials used as the abrasive grains have a higher melting point than the melting point of silicon (1420 ° C.) and the melting point of silicon dioxide (1728 ° C.). ) Is higher than silicon, so by controlling the melting temperature when melting silicon, the abrasive grains and silicon dioxide flow in the silicon melt in a solid state and are taken into the highly viscous slag. The surface tension of the melt is presumed to exist as slag on the silicon melt surface.

以下、本発明の実施形態を、図1を用いてさらに詳しく説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

図1に示すように、本発明のシリコンの精製方法は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコンインゴット又はシリコンウエハの切断又は研磨によってスラリーにシリコン屑が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン屑を含有するシリコン含有固形分を取得する固液分離工程と、シリコン含有固形分を加熱してシリコン融液を得る融解工程と、シリコン融液を冷却して得たシリコン塊を粉砕してシリコン粒を得る粉砕工程と、シリコン粒を酸溶液からなる洗浄液で洗浄する酸洗浄工程からなる。   As shown in FIG. 1, the silicon refining method of the present invention is a waste slurry in which silicon waste is mixed into a slurry by cutting or polishing a silicon ingot or silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and a coolant, or a concentrated fraction thereof. Obtained by solid-liquid separation to obtain a silicon-containing solid content containing silicon scraps, a melting step for heating the silicon-containing solid content to obtain a silicon melt, and cooling the silicon melt It consists of a pulverization step for pulverizing the silicon lump to obtain silicon particles, and an acid cleaning step for cleaning the silicon particles with a cleaning solution comprising an acid solution.

これら以外の工程(本実施形態においては、前洗浄工程、中和・希釈工程、再融解工程、精製工程)は任意工程であり、必要に応じて適宜設けることができる。
しかしながら、本発明のシリコンの精製方法により得られる再生シリコンを、純度をさらに高めるために、本発明のシリコンの精製方法における融解工程以後の工程を1回以上繰り返してもよい。
Processes other than these (in this embodiment, a pre-cleaning process, a neutralization / dilution process, a remelting process, and a purification process) are optional processes, and can be appropriately provided as necessary.
However, in order to further increase the purity of the regenerated silicon obtained by the silicon purification method of the present invention, the steps after the melting step in the silicon purification method of the present invention may be repeated one or more times.

1.固液分離工程
まず、前記廃スラリー又はその濃縮分について、固液分離装置1にて固液分離してシリコン含有固形分を取得する。固液分離装置1の構成は、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン含有固形分を取得することが可能な構成であれば特に限定されない。固液分離装置1は、例えば、遠心分離機、濾過装置又は蒸留装置などの固液分離装置を単独で又はこれらを2つ以上直列に組み合わせて構成されていてもよい。
1. Solid-Liquid Separation Step First, the waste slurry or its concentrated component is subjected to solid-liquid separation by the solid-liquid separation device 1 to obtain a silicon-containing solid component. The configuration of the solid-liquid separation device 1 is not particularly limited as long as it is a configuration capable of obtaining a silicon-containing solid content by solid-liquid separation of the waste slurry or its concentrated component. The solid-liquid separation device 1 may be configured by, for example, a solid-liquid separation device such as a centrifuge, a filtration device, or a distillation device alone or in combination of two or more thereof in series.

組合せの具体例としては、
(1)遠心分離機と蒸留装置、
(2)遠心分離機と濾過装置又は
(3)濾過装置と蒸留装置
などである。
Specific examples of combinations include
(1) Centrifuge and distillation device,
(2) A centrifuge and a filtration device or (3) a filtration device and a distillation device.

上記の(1)〜(3)において、遠心分離機、濾過装置又は蒸留装置は、それぞれ2つ以上含まれていてもよい。各固液分離装置は、分離後の液分と固形分の何れを次の固液分離装置に送ってもよく、液分の一部と固形分の混合物又は固形分の一部と液分の混合物を次の固液分離装置に送ってもよい。   In the above (1) to (3), two or more centrifuges, filtration devices, or distillation devices may be included, respectively. Each solid-liquid separation device may send either the separated liquid or solid content to the next solid-liquid separation device, a part of liquid and a mixture of solids or a part of solid and liquid. The mixture may be sent to the next solid-liquid separator.

2.前洗浄工程
次に、前洗浄装置2において、酸溶液からなる洗浄液でシリコン含有固形分の洗浄を行う。前洗浄装置2は、一例では、洗浄漕と、洗浄漕内に設けられた攪拌機とで構成される。
2. Pre-cleaning step Next, in the pre-cleaning apparatus 2, the silicon-containing solid content is cleaned with a cleaning liquid made of an acid solution. In one example, the pre-cleaning device 2 includes a cleaning bowl and a stirrer provided in the cleaning bowl.

この前洗浄工程は、(1)シリコン含有固形分に含まれるグリコール系溶媒や添加物などのクーラント由来の残留有機物を溶解させて除去すること、(2)ワイヤの摩耗片である金属屑を溶解させて除去すること等を目的として行われるが、装置の構成によっては省略してもよい。   This pre-cleaning process consists of (1) dissolving and removing residual organic substances derived from coolant such as glycol solvents and additives contained in the silicon-containing solid content, and (2) dissolving metal scraps that are wear pieces of wires. However, this may be omitted depending on the configuration of the apparatus.

シリコン含有固形分の粒径としては、比表面積が大きい方が、洗浄効果が高くなるため、粒径が小さいことが好ましい。
一方、粒径が小さくなると洗浄後に固形分の回収が困難となることから、実用上は、シリコン含有固形分の粒径は0.01μm以上10μm未満の範囲にあることが好ましい。0.1μm以上5μm未満の範囲にあればさらに好ましい。
As the particle size of the silicon-containing solid content, the larger the specific surface area, the higher the cleaning effect. Therefore, it is preferable that the particle size is small.
On the other hand, it is difficult to recover the solids after cleaning the particle size decreases, practically, the particle size of the silicon-containing solid is preferably in the range of less than 0.01μm than 10 mu m. More preferably, it is in the range of 0.1 μm or more and less than 5 μm.

なお、本明細書において、「粒径」とは、JIS R1629に準拠した方法で測定したものを意味する。
また、「粒径Xμm未満の粉体」とは、その粉体中の98%の粒子の粒径がXμm未満であるような粉体を意味する。
また、「粒径Yμm以上Zμm未満の粉体」とは、「粒径Zμm未満の粉体」から「粒径Yμm未満の粉体」を除いて残った粉体を意味する。
In the present specification, “particle size” means a value measured by a method based on JIS R1629.
Further, the “powder having a particle size of less than X μm” means a powder having a particle size of 98% of the particles having a particle size of less than X μm.
Further, the “powder having a particle size of Y μm or more and less than Z μm” means a powder remaining after removing “a powder having a particle size of less than Y μm” from “a powder having a particle size of less than Z μm”.

前洗浄工程に用いられる洗浄液としては、(1)酸水溶液又は(2)有機溶媒を単独で、あるいはこれらにより2段階以上の組み合わせで行われる。酸水溶液はシリコンに対して酸化性を持たない無機酸水溶液が好ましく、このような無機酸水溶液の例としては、塩酸、弗酸、硫酸などが挙げられる。
酸水溶液は、複数種類の酸水溶液の混合物であってもよい。
有機溶媒はクーラントに対し相溶性を有しかつクーラントよりも沸点が低いものが好ましく、例えば、炭素数が1〜6のアルコール又は炭素数が3〜6のケトンが好ましい。
As the cleaning liquid used in the pre-cleaning step, (1) an acid aqueous solution or (2) an organic solvent is used alone or in combination of two or more stages. The acid aqueous solution is preferably an inorganic acid aqueous solution that does not oxidize with respect to silicon. Examples of such an inorganic acid aqueous solution include hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, and the like.
The acid aqueous solution may be a mixture of a plurality of types of acid aqueous solutions.
The organic solvent is preferably compatible with the coolant and has a boiling point lower than that of the coolant. For example, an alcohol having 1 to 6 carbon atoms or a ketone having 3 to 6 carbon atoms is preferable.

上記のアルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどが挙げられる。
また、上記のケトンの具体例としては、アセトンやメチルエチルケトンが挙げられる。
なお、有機溶媒は、複数種類の有機溶媒の混合物であってもよい。
Specific examples of the alcohol include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol and the like.
Moreover, acetone and methyl ethyl ketone are mentioned as a specific example of said ketone.
The organic solvent may be a mixture of a plurality of types of organic solvents.

3.融解工程
次に、融解装置3において、前洗浄工程を行って得られたシリコン含有固形分を、純粋なシリコンの融点(1420℃)以上に加熱して融解し、次いで固化させることにより、シリコン塊とする。
融解温度は、1410℃以上2000℃以下であることが好ましく、さらに、砥粒と二酸化珪素を含むスラグを形成し易くするために、二酸化シリコンの融点以下、すなわち、1728℃以下がより好ましい。
3. Melting Step Next, in the melting apparatus 3, the silicon-containing solid content obtained by performing the pre-cleaning step is heated to a melting point (1420 ° C.) or higher of pure silicon to be melted, and then solidified to form a silicon lump. And
The melting temperature is preferably 1410 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, and more preferably lower than the melting point of silicon dioxide, that is, 1728 ° C. or lower in order to easily form slag containing abrasive grains and silicon dioxide.

融解工程は、該工程におけるシリコンの酸化を抑えるため、真空または不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。
したがって、融解装置3は密閉された系であることが好ましく、さらに真空ポンプによる減圧口又は不活性ガスの導入部を有することが好ましい。
The melting step is preferably performed in a vacuum or an inert gas atmosphere in order to suppress silicon oxidation in the step.
Therefore, the melting device 3 is preferably a sealed system, and further preferably has a pressure reducing port by a vacuum pump or an introduction part of an inert gas.

融解装置における加熱手段は、所定の温度を得られるものであれば特に限定されないが、例えば、抵抗加熱ヒーター、誘導加熱、電子ビーム、アーク溶解、プラズマ溶解などのいずれかを用いることができる。   The heating means in the melting apparatus is not particularly limited as long as a predetermined temperature can be obtained. For example, a resistance heater, induction heating, electron beam, arc melting, plasma melting, or the like can be used.

4.粉砕工程
次に、粉砕装置4において、融解により得られたシリコン塊を特定の粒径まで粉砕する。粉砕工程とは、シリコン塊を特定の大きさまで粉砕する公知のすべての方法を示し、ボールミル、ジェットミル、振動真空乾燥機などの装置を用いることができる。
4). Pulverization process Next, in the pulverizing apparatus 4, the silicon lump obtained by melting is pulverized to a specific particle size. The pulverization step refers to all known methods for pulverizing a silicon lump to a specific size, and apparatuses such as a ball mill, a jet mill, and a vibration vacuum dryer can be used.

粉砕は、シリコン粒子の粒径が、0.2mm以上5mm以下となるように行われることが好ましく、0.5mm以上2mm以下となることがさらに好ましい。
粒径が5mmより大きいときは質量あたりの表面積が小さくなるため、後述する酸処理工程において酸溶液と接する面積が小さく、二酸化珪素の除去効果が小さくなり好ましくない。また、0.2mm未満であれば逆に表面積が大きくなり、酸処理工程においてシリコンの酸化または溶解が促進されるため好ましくない。
The pulverization is preferably performed so that the silicon particles have a particle size of 0.2 mm or more and 5 mm or less, and more preferably 0.5 mm or more and 2 mm or less.
When the particle size is larger than 5 mm, the surface area per mass is small, so that the area in contact with the acid solution is small in the acid treatment step described later, and the effect of removing silicon dioxide is small, which is not preferable. On the other hand, if the thickness is less than 0.2 mm, the surface area is increased, and oxidation or dissolution of silicon is promoted in the acid treatment step, which is not preferable.

5.酸洗浄工程
次に、酸洗浄装置5において、粉砕工程により粉砕されたシリコン塊の洗浄を行う。酸洗浄装置5は、一例では、洗浄漕と、洗浄漕内に設けられた攪拌機とで構成される。
5. Next, the silicon lump crushed in the crushing step is washed in the acid washing apparatus 5. In one example, the acid cleaning device 5 includes a cleaning bowl and a stirrer provided in the cleaning bowl.

前洗浄工程に用いられる洗浄液としては、前記融解工程により生成されたスラグに含まれる二酸化珪素を溶解させるために、弗酸水溶液、または弗酸水溶液に、塩酸、硫酸または硝酸の何れかが含まれる酸溶液が用いられる。特に、濃度2重量%以上25重量%以下の弗酸水溶液が好ましく、また、濃度2重量%以上25重量%以下の弗酸水溶液に塩酸、硫酸、硝酸の何れか1つが1重量%以下の濃度で含まれる混合酸水溶液が好ましい。濃度5重量%以上15重量%以下の弗酸水溶液がさらに好ましい。
弗酸水溶液の濃度が、2重量%以上25重量%以下であればシリコンの酸化と溶解はほとんど進まず、かつ二酸化珪素を効果的に溶解することができる。さらに、塩酸、硫酸、硝酸の何れか1つを1重量%以下含むことにより、二酸化珪素の溶解をより促進するほか、除去しきれなかった金属屑を溶解除去する効果がある。
As the cleaning liquid used in the pre-cleaning process, in order to dissolve the silicon dioxide contained in the slag generated by the melting process, the hydrofluoric acid aqueous solution or the hydrofluoric acid aqueous solution contains any of hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid. An acid solution is used. In particular, a hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 2% by weight to 25% by weight is preferable, and any one of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid in a hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 2% by weight to 25% by weight is 1% by weight or less. The mixed acid aqueous solution contained in is preferable. A hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 5% by weight to 15% by weight is more preferable.
If the concentration of the hydrofluoric acid aqueous solution is 2% by weight or more and 25% by weight or less, the oxidation and dissolution of silicon hardly proceed and silicon dioxide can be dissolved effectively. Furthermore, the inclusion of 1% by weight or less of any one of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid has the effect of further promoting dissolution of silicon dioxide and dissolving and removing metal scraps that could not be removed.

酸溶液の溶媒は、実質的に水のみからなることが好ましいが、例えば、過酸化水素を含んでいてもよい。この場合、融解までに除去しきれない金属不純物を除去する効果が期待できる。過酸化水素の比率は、例えば、0.1〜5重量%である。   The solvent of the acid solution preferably consists essentially of water, but may contain, for example, hydrogen peroxide. In this case, an effect of removing metal impurities that cannot be completely removed before melting can be expected. The ratio of hydrogen peroxide is, for example, 0.1 to 5% by weight.

酸洗浄工程に付したシリコン粒は、さらに水洗し、残留する酸水溶液および砥粒を除去するための水洗工程に付されるのが好ましい。   The silicon grains subjected to the acid cleaning step are preferably further subjected to a water washing step for removing the remaining acid aqueous solution and abrasive grains.

6.中和・希釈工程
次に、酸処理工程の洗浄液と洗浄液中のシリコン含有固形分とを中和装置6に移し、酸溶液の中和処理を行う。この中和処理工程は以後の工程において装置を腐食しないようにする目的で行うが、装置の構成によっては省略してもよい。また、中和処理の代わりに、洗浄液に水等の溶媒を添加して酸溶液を希釈することによって酸溶液中のプロトンの濃度を下げて装置の腐食を防いでもよい。また、中和・希釈処理は酸洗浄装置5において行ってもよい。
6). Neutralization / dilution step Next, the cleaning solution in the acid treatment step and the silicon-containing solid content in the cleaning solution are transferred to the neutralizer 6 to neutralize the acid solution. This neutralization treatment step is performed for the purpose of preventing corrosion of the device in the subsequent steps, but may be omitted depending on the configuration of the device. Further, instead of neutralization, a solvent such as water may be added to the cleaning solution to dilute the acid solution, thereby reducing the concentration of protons in the acid solution to prevent corrosion of the apparatus. Further, the neutralization / dilution treatment may be performed in the acid cleaning device 5.

中和の方法は、特に限定されず、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等の塩基性物質(水等の溶媒に溶解して水酸化物イオンを放出するかプロトンの受容体となる物質)の溶液(以下、「塩基溶液」と呼ぶ)を洗浄液に添加する方法や、塩基性物質を洗浄液に直接添加する方法等が挙げられる。   The neutralization method is not particularly limited. For example, basic substances such as sodium hydroxide, calcium hydroxide, and ammonia (dissolve in a solvent such as water to release hydroxide ions or become proton acceptors). For example, a method of adding a substance (solution) (hereinafter referred to as “base solution”) to the cleaning liquid, and a method of adding a basic substance directly to the cleaning liquid.

洗浄を行った後、洗浄液を公知の方法で除去し固形分を得る。方法は特に限定されないが、例えば、フィルター、蒸留、遠心分離、熱乾燥処理などを用いることができる。   After washing, the washing liquid is removed by a known method to obtain a solid content. Although the method is not particularly limited, for example, a filter, distillation, centrifugation, heat drying treatment or the like can be used.

7.再融解工程
次に、再融解装置7において、洗浄後得られた固形分について再度加熱・融解を行う。この再融解工程は、後述する精製工程のための前処理として行われるが、装置の構成によっては省略してもよい。
7). Re-melting step Next, in the re-melting device 7, the solid content obtained after washing is heated and melted again. This remelting step is performed as a pretreatment for the purification step described later, but may be omitted depending on the configuration of the apparatus.

8.精製工程
次に、精製装置8において、シリコン含有粉体が融解されて得られるシリコン含有融解体中に含まれる不純物をさらに除去する。精製部は、例えば、従来の多結晶シリコン鋳造時における各種(例えば減圧融解下におけるリン除去や一方向凝固による偏析不純物の除去など)の公知の精製手法を用いて、不純物の除去を行う。これによって不純物が除去されたシリコン塊が得られるが、装置の構成によっては省略してもよい。
また、この精製工程は再溶解装置7において行ってもよい。
8). Purification Step Next, in the purification device 8, impurities contained in the silicon-containing melt obtained by melting the silicon-containing powder are further removed. The purification unit removes impurities using, for example, various known purification techniques (for example, removal of phosphorus under reduced pressure melting and removal of segregated impurities by unidirectional solidification) during conventional polycrystalline silicon casting. As a result, a silicon lump from which impurities are removed is obtained, but may be omitted depending on the configuration of the apparatus.
Further, this purification step may be performed in the re-dissolution apparatus 7.

精製装置8によって得られる不純物が除去された再生シリコン粒は、そのままシリコンとして再使用することができる。
しかしながら、上記の再生シリコンの純度を、さらに高純度にするために、前記の、「3.溶解工程」以後の工程に再度付してシリコンの精製を行なってもよい。
The regenerated silicon grains from which impurities obtained by the refining device 8 are removed can be reused as silicon.
However, in order to further increase the purity of the regenerated silicon, the silicon may be purified by being subjected again to the steps after the “3. dissolution step”.

特に図示しないが、以上に示した各工程の前後には必要に応じて成形工程、分級・分離工程、又は乾燥工程を組み込むことができる。
成形工程は、嵩比重を高めて運搬効率を上げるため、あるいは熱伝導性を上昇させ融解を容易にするための融解の前処理として行うことができ、シリコン含有粉体を加圧して板状、ブロック状、ペレット状などに造粒する装置であればどのような構成の装置でも用いることができる。
Although not particularly illustrated, a molding process, a classification / separation process, or a drying process can be incorporated before and after each of the above-described processes as necessary.
The molding process can be performed as a pretreatment for melting in order to increase the bulk specific gravity and increase the transportation efficiency, or to increase the thermal conductivity and facilitate melting, and pressurizes the silicon-containing powder to form a plate, An apparatus having any configuration can be used as long as the apparatus granulates in a block shape, a pellet shape, or the like.

また、分級・分離工程は、例えば慣性分級装置又は遠心分級装置を用いて粒径や密度などの物理的パラメータに基づいて粒子を分別する分級や、磁石を用いて鉄などの磁性不純物を除く方法などがある。
また、乾燥工程は、加熱又は減圧又はそれらの混合により水分等を気化させる方法がある。
The classification / separation step is a method of classifying particles based on physical parameters such as particle size and density using an inertia classifier or a centrifugal classifier, and a method of removing magnetic impurities such as iron using a magnet. and so on.
In addition, the drying process includes a method of evaporating moisture and the like by heating, decompression, or a mixture thereof.

本発明のシリコン再生装置及び精製方法の実施例について、具体的な数値を用いて説明する。本実施例は、図1及び図2に示すシリコン再生装置を用いてシリコンの再生を行ったものであり、図1及び図2を参照して説明を進める。   Examples of the silicon regeneration apparatus and the purification method of the present invention will be described using specific numerical values. In this embodiment, silicon is regenerated using the silicon regenerating apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and the description will proceed with reference to FIGS.

本実施例には、プロピレングリコールに、15重量%程度の水と、砥粒などの分散を容易にするための分散剤、及びpH調整剤としての有機酸などを1重量%程度加えて作製したクーラントに、砥粒を重量比1:1で混合したスラリーを用いて多結晶シリコンの切断加工を行い、MWSから排出された廃スラリーを使用した。ここでは、砥粒として粒径10μm以上30μm以下のSiCを用いた。   In this example, about 15% by weight of water, a dispersing agent for facilitating dispersion of abrasive grains, and an organic acid as a pH adjuster were added to propylene glycol in an amount of about 1% by weight. Polycrystalline silicon was cut using a slurry in which abrasive grains were mixed at a weight ratio of 1: 1 to the coolant, and the waste slurry discharged from the MWS was used. Here, SiC having a particle size of 10 μm or more and 30 μm or less was used as the abrasive grains.

この廃スラリー中にはシリコンからなる切断屑が10重量%〜12重量%程度含まれる。   The waste slurry contains about 10 wt% to 12 wt% of cutting waste made of silicon.

まず、固液分離部1において廃スラリーの固液分離を行ってシリコン含有固形分を取得した。固液分離部1には、一次遠心分離機9、二次遠心分離機10及び蒸留装置11を含むものを用いた。固液分離は、一次遠心分離、二次遠心分離及び蒸留を組み合わせて行った。以下、詳細に説明する。   First, solid-liquid separation of the waste slurry was performed in the solid-liquid separation unit 1 to obtain a silicon-containing solid content. As the solid-liquid separator 1, a unit including a primary centrifuge 9, a secondary centrifuge 10, and a distillation apparatus 11 was used. Solid-liquid separation was performed by combining primary centrifugation, secondary centrifugation and distillation. Details will be described below.

(1)一次遠心分離工程
まず、廃スラリーをタナベウィルテック(株)製バスケット型に投入し、遠心力が500G(比較的低い遠心力であり、一般的には「一次分離」と呼ぶ)になるように一次遠心分離機を動作させることにより砥粒が主成分の一次固形分(重比重液)とクーラント及び切屑(シリコンを主に含む)が主成分の一次液分(低比重液)に分離した。
(1) Primary Centrifugation Step First, the waste slurry is put into a basket type made by Tanabe Wiltech Co., Ltd., and the centrifugal force is 500 G (relatively low centrifugal force, generally called “primary separation”). By operating the primary centrifuge so that the abrasive grains become the primary solid content (heavy specific gravity liquid) of the main component and the coolant and chips (mainly containing silicon) become the primary liquid content of the main component (low specific gravity liquid) separated.

(2)二次遠心分離工程
次に、一次液分(低比重液)を久保田商事(株)製大容量冷却遠心機(9900)に投入し、遠心力が3500G(比較的高い遠心力であり、一般的には「二次分離」と呼ぶ)になるように二次遠心分離機を動作させることによりクーラントが主成分の二次液分及び、切屑と砥粒が主成分の二次固形分に分離した。
(2) Secondary Centrifugation Step Next, the primary liquid (low specific gravity liquid) is put into a large-capacity cooling centrifuge (9900) manufactured by Kubota Corporation, and the centrifugal force is 3500G (relatively high centrifugal force). In general, this is called “secondary separation”) by operating the secondary centrifuge so that the secondary liquid component is mainly composed of coolant and the secondary solid content is mainly composed of chips and abrasive grains. Separated.

ここで、二次液分と二次固形分の成分について、(株)パーキンエルマージャパン製ICP質量分析装置(ELAN9000)を及びエスエスアイ・ナノテクノロジー(株)製蛍光X線分析装置(SEA1200VX)を用いて測定した結果を表3に示す。表3中の数値の単位は特に指定しない限り重量%である。   Here, for the secondary liquid component and the secondary solid component, an ICP mass spectrometer (ELAN9000) manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd. and a fluorescent X-ray analyzer (SEA1200VX) manufactured by SSI Nanotechnology Co., Ltd. are used. Table 3 shows the results of measurement using these. The unit of numerical values in Table 3 is% by weight unless otherwise specified.

Figure 0004966938
Figure 0004966938

(3)蒸留工程
二次液分を工業用蒸留装置に投入し、二次液分に対して、到達真空度10Torr、160℃の蒸留を行うことによりシリコン含有固形分と再生クーラントを得た。得られたシリコン含有固形分の成分を表4に示す。表4中の数値の単位は特に指定しない限り重量%である。
(3) Distillation step The secondary liquid was put into an industrial distillation apparatus, and the silicon-containing solid content and the regenerated coolant were obtained by performing distillation on the secondary liquid at a final vacuum of 10 Torr and 160 ° C. The obtained silicon-containing solid content components are shown in Table 4. The unit of numerical values in Table 4 is% by weight unless otherwise specified.

Figure 0004966938
Figure 0004966938

このようにして得られた固形分に対して、ポリプロピレン製の洗浄層において20重量%の塩酸水溶液を加えて4時間の攪拌洗浄を行い、中尾フィルター工業(株)製ろ布(PP9F)で濾過して固形分を回収した。洗浄後の固形分について、工業用樹脂乾燥機を用いて1atmの空気中で150℃まで加熱し、2時間保持することで乾燥を行った。   The solid content thus obtained was added with a 20% by weight hydrochloric acid aqueous solution in a polypropylene washing layer, washed with stirring for 4 hours, and filtered through a filter cloth (PP9F) manufactured by Nakao Filter Industry Co., Ltd. The solid content was recovered. About the solid content after washing | cleaning, it dried by heating to 150 degreeC in the air of 1 atm using the industrial resin dryer, and hold | maintaining for 2 hours.

次に、外熱式の真空溶鉱炉を用いてアルゴン1atm雰囲気下で1800℃で2時間保持して融解を行い、傾動出湯により鋳型に抽出した後、冷却してシリコン塊を得た。シリコン塊の成分を表5に示す。表5中の数値の単位は特に指定しない限り重量%である。   Next, it melt | dissolved by hold | maintaining at 1800 degreeC for 2 hours by argon 1atm atmosphere using the external heating type vacuum blast furnace, and after extracting to a casting_mold | template with tilting hot water, it cooled and the silicon lump was obtained. Table 5 shows the components of the silicon mass. The unit of numerical values in Table 5 is% by weight unless otherwise specified.

Figure 0004966938
Figure 0004966938

次に、前記シリコン塊について、(株)竹内鉄工所製ハンマーミル粉砕装置(D810)を用いて0.5mm以上2mm以下となるように粉砕した。
次に、ポリプロピレン製の洗浄層において上記粉砕材料に10重量%弗酸水溶液を加え、洗浄層で4時間攪拌洗浄した。
これを濾過により固液分離し、さらに、pH4となるまで水洗を行った。今回は、中和・希釈工程は特に行わなかった。このようにして得られた洗浄後シリコン塊の成分を表6に示す。表6中の数値の単位は特に指定しない限り重量%である。
表5と比較すると、特にSiC濃度について著しく減少していることがわかる。
Next, the silicon lump was pulverized to 0.5 mm or more and 2 mm or less using a hammer mill crusher (D810) manufactured by Takeuchi Iron Works.
Next, 10% by weight hydrofluoric acid aqueous solution was added to the pulverized material in a polypropylene cleaning layer, and the mixture was washed with stirring in the cleaning layer for 4 hours.
This was separated into solid and liquid by filtration, and further washed with water until pH 4 was reached. This time, no neutralization / dilution process was performed. The components of the silicon mass after washing thus obtained are shown in Table 6. The unit of numerical values in Table 6 is% by weight unless otherwise specified.
Compared with Table 5, it can be seen that the SiC concentration is particularly decreased.

Figure 0004966938
次に、一方向凝固が可能な機構を備えた外熱式の真空溶鉱炉を用いてアルゴン1atm雰囲気下において前記シリコン塊を1600℃まで融解し、一方向凝固による精製を2回行い、日平トヤマ製ワイヤーソーを用いてスライス加工して多結晶シリコン基板とし、太陽電池セルを作成したところ、太陽光から電気エネルギーへの変換効率は11〜13%となった。
Figure 0004966938
Next, using an externally heated vacuum blast furnace equipped with a mechanism capable of unidirectional solidification, the silicon mass is melted to 1600 ° C. in an argon atmosphere of 1 atm and purified by unidirectional solidification twice. When a solar cell was prepared by slicing using a saw to obtain a polycrystalline silicon substrate, the conversion efficiency from sunlight to electric energy was 11 to 13%.

本発明によれば、二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド、ダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含む回収シリコンから、それら粒子状不純物を、より効率的に除去することができ、回収シリコンを再生シリコンとして再利用することができる。   According to the present invention, particulate impurities can be more efficiently removed from recovered silicon containing silicon dioxide and any of silicon carbide, silicon nitride, and diamond as particulate impurities. Can be reused as recycled silicon.

本発明の一実施形態のシリコンの精製方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the purification method of the silicon | silicone of one Embodiment of this invention. 図1の固液分離工程の第1構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 1st structural example of the solid-liquid separation process of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:固液分離装置(固液分離部)
2:前洗浄装置
3:融解装置
4:粉砕装置
5:酸洗浄装置
6:中和装置
7:再融解装置
8:精製装置
9:一次遠心分離機
10:二次遠心分離機
11:蒸留装置
1: Solid-liquid separator (solid-liquid separator)
2: Pre-cleaning device 3: Melting device 4: Grinding device 5: Acid cleaning device 6: Neutralization device 7: Remelting device 8: Purification device 9: Primary centrifuge 10: Secondary centrifuge 11: Distillation device

Claims (10)

二酸化珪素と、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドまたはダイヤモンドの何れかを粒子状不純物として含む回収シリコンを、加熱してシリコン融液を得る融解工程と;
前記シリコン融液を冷却して得られるシリコン塊を粉砕してシリコン粒を得る粉砕工程と;
前記シリコン粒を酸溶液で洗浄して二酸化珪素を前記粒子状不純物とともに除去する酸洗浄工程と;
を含むことを特徴とするシリコンの精製方法。
A melting step of heating silicon dioxide and recovered silicon containing silicon carbide, silicon nitride or diamond as particulate impurities to obtain a silicon melt;
A crushing step of crushing a silicon lump obtained by cooling the silicon melt to obtain silicon particles;
An acid cleaning step of cleaning the silicon grains with an acid solution to remove silicon dioxide together with the particulate impurities;
A method for purifying silicon, comprising:
前記回収シリコンが、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いてシリコンインゴット又はシリコンウエハを切断又は研磨する際に生じるシリコン屑と、二酸化珪素とを含む、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離して得られるシリコン含有固形分であり、かつ、前記粒子状不純物が、前記砥粒である請求項1に記載の方法。   The recovered silicon contains a silicon waste generated when cutting or polishing a silicon ingot or a silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and a coolant, and a waste slurry containing silicon dioxide, or a concentrated portion thereof is subjected to solid-liquid separation. The method according to claim 1, wherein the obtained silicon-containing solid content and the particulate impurities are the abrasive grains. 前記融解工程が、真空または不活性ガス雰囲気下で行われる請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the melting step is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere. 前記粉砕工程が、前記シリコン塊を、粒子径0.2mm〜5mmのシリコン粒に粉砕する工程である請求項1〜3の何れか一つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the crushing step is a step of crushing the silicon lump into silicon particles having a particle diameter of 0.2 mm to 5 mm. 前記酸洗浄工程が、弗酸水溶液、または弗酸水溶液に、塩酸、硫酸または硝酸の何れかが含まれる酸溶液で、前記シリコン粒を洗浄することからなる、請求項1〜4の何れか一つに記載の方法。   The acid cleaning step comprises cleaning the silicon particles with a hydrofluoric acid aqueous solution or an acid solution containing any one of hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid in a hydrofluoric acid aqueous solution. The method described in one. 前記酸洗浄工程が、濃度2重量%〜25重量%の弗酸水溶液、または濃度2重量%〜25重量%の弗酸水溶液に、塩酸、硫酸または硝酸の何れかが1重量%以下の濃度で含まれる酸溶液による前記シリコン粒の洗浄後に、さらに該シリコン粒を水洗し、前記粒子状不純物を除去する水洗工程を有する請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。   In the acid cleaning step, a hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 2% to 25% by weight, or a hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 2% to 25% by weight, and any one of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid at a concentration of 1% by weight or less. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a water washing step of washing the silicon particles with the acid solution contained to remove the particulate impurities. 前記シリコンの精製方法が、前記酸洗浄工程後に、さらに前記酸溶液を中和又は希釈する工程を備える請求項1〜6の何れか一つに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the silicon purification method further includes a step of neutralizing or diluting the acid solution after the acid cleaning step. 前記シリコンの精製方法が、前記酸洗浄工程後に得られるか、または前記酸溶液を中和もしくは希釈する工程に付して得られるシリコン粒を、さらに前記融解工程に付して再融解する工程を備える請求項7に記載の方法。   The silicon purification method obtained after the acid washing step, or the step of re-melting the silicon particles obtained by subjecting the acid solution to the step of neutralizing or diluting is further subjected to the melting step. The method of claim 7 comprising. 前記シリコンの精製方法が、前記融解工程に付して再融解する工程後に得られるシリコン塊を、さらに粉砕してシリコン粒を得る粉砕工程と酸洗浄工程とを備える請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the method for purifying silicon includes a pulverizing step and an acid washing step of further pulverizing a silicon lump obtained after the step of re-melting in the melting step. 前記シリコンの精製方法が、前記酸洗浄工程後に得られるか、または前記酸溶液を中和もしくは希釈する工程後に得られるシリコン粒に対して、前記融解工程以後の工程を少なくとも1回繰り返す請求項7〜9の何れか一つに記載の方法。   The process after the melting step is repeated at least once for the silicon particles obtained after the acid washing step or after the step of neutralizing or diluting the acid solution. The method as described in any one of -9.
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