JP5114436B2 - Metal content removal method and silicon purification method - Google Patents

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Description

本発明は、金属含有物除去方法およびシリコン精製方法に関する。   The present invention relates to a metal-containing material removal method and a silicon purification method.

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、「シリコンウェハ」と呼ぶ)の製造工程において、原料シリコンの約60%が切断、面取り又は研磨等により廃液中に廃棄されており、製品に対するコスト負荷ならびに廃棄処分(この廃液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)に伴う環境への負荷が大きな問題となっている。   In the manufacturing process of silicon single crystal or polycrystal thin plate (hereinafter referred to as “silicon wafer”) widely used for IC chips and solar cells, about 60% of the raw material silicon is in waste liquid by cutting, chamfering or polishing. The environmental impact associated with the cost of the product and disposal (this waste liquid is generally disposed of in landfills after concentration or collection of some materials) is a major problem. ing.

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。
そこで従来、例えば特許文献1、特許文献2のように原料シリコンの切断又は研磨といったシリコンウェハの製造時に発生する廃液からシリコンを回収する方法が提案されてきた。
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.
Therefore, conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, a method of recovering silicon from waste liquid generated during manufacturing of a silicon wafer, such as cutting or polishing of raw material silicon, has been proposed.

一般的に、砥粒をクーラントに分散させたスラリーを用いてシリコン単結晶又は多結晶のインゴットを切断又は研磨する処理から排出される廃スラリーには、砥粒、切断刃やワイヤの金属成分からなる金属粉末、切断刃やワイヤの金属成分の金属化合物(例えば塩化鉄などの塩化物や水酸化鉄などの水酸化物)などが不純物として含まれる。   Generally, waste slurry discharged from a process of cutting or polishing a silicon single crystal or polycrystalline ingot using a slurry in which abrasive grains are dispersed in a coolant includes metal components of abrasive grains, cutting blades, and wires. As an impurity, a metal powder, a metal compound of a metal component of a cutting blade or wire (for example, a chloride such as iron chloride or a hydroxide such as iron hydroxide) is included.

砥粒やワイヤ屑の金属成分は、廃スラリーから回収した固形分(以下、シリコン回収用固形分と記載する。)を一度融解し一方向凝固をすることにより除去することが可能であるものの、一定量の不純物を除去するために、複数回にわたって融解と一方向凝固を行う必要がある。   Although the metal component of abrasive grains and wire scraps can be removed by melting the solid content recovered from the waste slurry (hereinafter referred to as silicon recovery solid content) once and solidifying in one direction, In order to remove a certain amount of impurities, it is necessary to perform melting and unidirectional solidification several times.

また、切断刃やワイヤには一般的にリンが含まれ、これが除去されずシリコン回収用固形分を一旦融解すると、その後の工程でリンを除去することは非常に困難である。従って、シリコン回収用固形分を融解する前に、シリコン回収用固形分を酸溶液による洗浄を行い、不純物(金属粉末と、その変性物である金属化合物からなる)を除去しておく必要がある。
すなわち、シリコン再生コストを低く抑えるためにシリコン回収用固形分の融解前に、できるだけ多くの不純物を除去しておくことが好ましい。
In addition, phosphorus is generally contained in cutting blades and wires, and once this is not removed and the solid content for silicon recovery is melted, it is very difficult to remove phosphorus in the subsequent steps. Therefore, before melting the silicon recovery solids, the silicon recovery solids must be washed with an acid solution to remove impurities (consisting of metal powder and a modified metal compound). .
That is, it is preferable to remove as many impurities as possible before melting the silicon recovery solids in order to keep the silicon regeneration cost low.

特開2001−278612号公報JP 2001-278612 A 特開2008−115040号公報JP 2008-1105040 A

シリコン回収用固形分を1回の酸溶液による洗浄で大部分のワイヤ屑などの金属不純物を除去できる。しかし、酸溶液による洗浄を多数回繰り返しても、ある程度の不純物がシリコン回収用固形分に残留することが分かった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高い不純物除去効果を有する金属含有物除去方法を提供するものである。
さらに、本発明は、本発明の金属含有物除去方法を行ったシリコン粒子を含む固形分を用いたシリコン精製方法を提供するものである。
Most of the metal impurities such as wire scraps can be removed by washing the solid content for silicon recovery with one acid solution. However, it has been found that even if the washing with the acid solution is repeated many times, some impurities remain in the solids for silicon recovery.
This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the metal content removal method which has a high impurity removal effect.
Furthermore, the present invention provides a silicon purification method using a solid content containing silicon particles subjected to the metal-containing material removal method of the present invention.

本発明の金属含有物除去方法は、シリコンを機械加工して得られかつシリコン粒子を含む廃スラリー又は前記廃スラリーから分離したシリコン回収固形分を酸性の第1洗浄液で洗浄する第1洗浄工程と、前記シリコン粒子を含む第1洗浄液を塩基で処理する中和処理工程と、前記塩基で処理した第1洗浄液から分離した前記シリコン粒子を含む固形分又はスラリーを酸性の第2洗浄液で洗浄する第2洗浄工程とを備え、前記機械加工から生じかつ第1洗浄工程で除去できなかった金属含有物を第2洗浄工程で効率的に除去することを特徴とする。   The metal-containing material removal method of the present invention includes a first washing step of washing a waste slurry obtained by machining silicon and containing silicon particles or a silicon recovery solid separated from the waste slurry with an acidic first washing liquid; A neutralization treatment step of treating the first cleaning liquid containing silicon particles with a base, and a solid content or slurry containing the silicon particles separated from the first cleaning liquid treated with the base is washed with an acidic second cleaning liquid. And a second cleaning step, wherein the metal-containing material resulting from the machining and cannot be removed by the first cleaning step is efficiently removed by the second cleaning step.

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、シリコン回収用固形分を洗浄する酸溶液中において複数のシリコン粒子が凝集しており、その凝集体の内部が多数回酸溶液による洗浄を繰り返しても十分な洗浄が行えていないことを見出した。
さらに、本発明者らは、シリコン回収用固形分を酸溶液により洗浄した後、塩基溶液を用いてこれを中和することにより、凝集したシリコン粒子の分散を促進させる効果があることを見出した。さらにこのシリコン粒子の分散が促進された中和処理後のシリコン回収用固形分を、再び酸溶液で洗浄することにより、1回目の酸溶液による洗浄では除去できなかったシリコン粒子の凝集体の内部の不純物を効率的に除去することができ、不純物除去効果を劇的に高められることを見出し、本発明の完成に至った。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a plurality of silicon particles are aggregated in an acid solution for cleaning the solid content for silicon recovery, and the inside of the aggregate is repeatedly washed with an acid solution many times. It was found that sufficient cleaning was not possible.
Furthermore, the present inventors have found that the solid content for silicon recovery is washed with an acid solution and then neutralized with a base solution, thereby promoting the dispersion of aggregated silicon particles. . Further, the solid content for silicon recovery after the neutralization treatment in which the dispersion of the silicon particles is promoted is washed again with the acid solution, thereby the inside of the aggregate of silicon particles that could not be removed by the first washing with the acid solution. The present inventors have found that the impurities can be efficiently removed and the effect of removing impurities can be dramatically improved, and the present invention has been completed.

本発明によれば、シリコン粒子の分散を促進させることにより、シリコン粒子を含む廃スラリー又は前記廃スラリーから分離したシリコン回収固形分に含まれる金属含有物を高い効率で洗浄除去をすることができる。
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。
According to the present invention, by promoting the dispersion of silicon particles, it is possible to wash and remove the metal-containing substances contained in the waste slurry containing silicon particles or the silicon recovery solids separated from the waste slurry with high efficiency. .
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified.

第1洗浄液又は第2洗浄液は、硫酸、フッ酸、塩酸、過酸化水素、臭化水素酸、硝酸、ホウ酸、クエン酸、酢酸、蟻酸、シュウ酸および乳酸のうち少なくとも1つを含んでもよい。
前記塩基は、アンモニア水溶液、水酸化マグネシウム水溶液及び水酸化第2銅水溶液のうち少なくとも1つを含んでもよい。
前記中和処理工程後の第1洗浄液は、5以上10未満のpHを有してもよい。
第1洗浄工程、前記中和処理工程および第2洗浄工程のうち少なくとも1つは、超音波照射により前記シリコン粒子の分散を行ってもよい。
第1洗浄工程の前に前記廃スラリーまたは前記シリコン回収固形分を粉砕する粉砕工程をさらに備えてもよい。
第2洗浄工程の後に、前記シリコン粒子を含む第2洗浄液から固形分を分離し、第2洗浄液から分離した固形分を水洗する工程をさらに備えてもよい。
The first cleaning liquid or the second cleaning liquid may include at least one of sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, hydrobromic acid, nitric acid, boric acid, citric acid, acetic acid, formic acid, oxalic acid, and lactic acid. .
The base may include at least one of an aqueous ammonia solution, an aqueous magnesium hydroxide solution, and an aqueous cupric hydroxide solution.
The 1st washing | cleaning liquid after the said neutralization process process may have pH of 5-10.
At least one of the first cleaning step, the neutralization treatment step, and the second cleaning step may disperse the silicon particles by ultrasonic irradiation.
You may further provide the crushing process of grind | pulverizing the said waste slurry or the said silicon | silicone collection solid content before a 1st washing | cleaning process.
You may further provide the process of isolate | separating solid content from the 2nd washing | cleaning liquid containing the said silicon particle after the 2nd washing | cleaning process, and washing the solid content isolate | separated from the 2nd washing | cleaning liquid.

さらに、本発明は、本発明の金属含有物除去方法により得られた前記シリコン粒子を含む固形分を融解し、その後凝固させることにより不純物を除去するシリコン精製方法も提供する。
ここで示した種々の実施形態は、互いに組み合わせることができる。
Furthermore, the present invention also provides a silicon purification method for removing impurities by melting and then solidifying the solid content containing the silicon particles obtained by the metal-containing material removal method of the present invention.
The various embodiments shown here can be combined with each other.

(a)〜(c)は、本発明の一実施形態の金属含有物除去方法の(a)第1洗浄工程における第1洗浄装置、(b)中和処理工程における中和処理装置、(c)第2洗浄工程における第2洗浄装置の概略断面図である。(A)-(c) are the (a) 1st washing | cleaning apparatus in a 1st washing | cleaning process of the metal containing material removal method of one Embodiment of this invention, (b) The neutralization processing apparatus in the neutralization treatment process, (c) ) It is a schematic sectional view of a second cleaning device in the second cleaning step. (a)、(b)は、本発明の一実施形態の金属含有物除去方法の(a)第1洗浄工程における第1洗浄装置、(b)第2洗浄工程における第2洗浄装置の概略断面図である。(A), (b) is the schematic cross section of (a) the 1st washing device in the 1st washing process of the metal content removal method of one embodiment of the present invention, and (b) the 2nd washing device in the 2nd washing process. FIG. 本発明の効果実証実験における不純物測定実験、粒径分布測定実験、およびシリコン精製実験におけるフローチャートである。It is a flowchart in an impurity measurement experiment, a particle size distribution measurement experiment, and a silicon purification experiment in an effect demonstration experiment of the present invention. 本発明の効果実証実験における廃スラリーの固液分離工程のフローチャートである。It is a flowchart of the solid-liquid separation process of the waste slurry in the effect verification experiment of this invention. 本発明の効果実証実験における粉砕工程後、第1洗浄工程後および中和処理工程後のシリコン回収固形分又はシリコン粒子を含む固形分の粉体の粒径分布の計測結果を示したグラフである。It is the graph which showed the measurement result of the particle size distribution of the silicon | silicone collection solid content after the grinding | pulverization process in the effect verification experiment of this invention, the 1st washing | cleaning process, and the neutralization process process, or the solid content containing a silicon particle. .

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

図1は、本発明の一実施形態の金属含有物除去方法の(a)第1洗浄工程における第1洗浄装置、(b)中和処理工程における中和処理装置、(c)第2洗浄工程における第2洗浄装置の概略断面図である。
本発明の一実施形態の金属含有物除去方法は、シリコンを機械加工して得られかつシリコン粒子を含むシリコン粒子2を含む廃スラリー又は前記廃スラリーから分離したシリコン回収固形分1を酸性の第1洗浄液3で洗浄する第1洗浄工程と、シリコン粒子2を含む第1洗浄液3を塩基で処理する中和処理工程と、前記塩基で処理した第1洗浄液3から分離したシリコン粒子2を含む固形分又はスラリーを酸性の第2洗浄液11で洗浄する第2洗浄工程とを備える。
また、本実施形態の金属含有物除去方法は、第1洗浄工程の前に粉砕工程を、中和処理工程の後に第1水洗・固液分離工程を、第2洗浄工程の後に第2水洗・固液分離工程及び乾燥工程を備えてもよい。
以下本実施形態について説明する。
FIG. 1 shows (a) a first cleaning device in a first cleaning step, (b) a neutralization processing device in a neutralization processing step, and (c) a second cleaning step in the metal-containing material removal method of one embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing of the 2nd washing | cleaning apparatus in.
In one embodiment of the present invention, the method for removing a metal-containing material includes a waste slurry obtained by machining silicon and containing silicon particles 2 containing silicon particles, or a silicon recovered solid content 1 separated from the waste slurry. A first cleaning step for cleaning with one cleaning liquid 3; a neutralization processing step for processing the first cleaning liquid 3 containing silicon particles 2 with a base; and a solid containing silicon particles 2 separated from the first cleaning liquid 3 treated with the base. A second washing step of washing the minute or slurry with the acidic second washing liquid 11.
The metal-containing material removal method of the present embodiment includes a pulverization step before the first washing step, a first water washing / solid-liquid separation step after the neutralization treatment step, and a second water washing / washing step after the second washing step. You may provide a solid-liquid separation process and a drying process.
This embodiment will be described below.

1.金属含有物除去方法の各構成要素
まず、本実施形態の金属含有物除去方法の各構成要素について説明する。
1−1.シリコン粒子
シリコン粒子2は、粒子状のシリコンである。また、例えば、シリコン粒子2は、不純物を含んでもよい。
シリコン粒子2の粒径は、特に限定されないが、例えば0.1〜5000μmである。
1. Each component of the metal inclusion removal method First, each component of the metal inclusion removal method of the present embodiment will be described.
1-1. Silicon Particles Silicon particles 2 are particulate silicon. For example, the silicon particles 2 may contain impurities.
The particle size of the silicon particles 2 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 5000 μm.

1−2.シリコンの機械加工から得られる廃スラリー
シリコンの機械加工により生じる廃スラリーは、特に限定されないが、例えば、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウェハの切断又は研磨により生じた廃スラリーである。また、シリコンの機械加工では、例えば、切断刃、ワイヤ又は研磨ホイールなどが用いられる。
本実施形態のシリコンの機械加工の例として、シリコン塊に含まれるシリコンインゴットをマルチワイヤソー装置(以下「MWS」と記載する。)で切断するシリコンの機械加工、及びシリコンインゴットをホイール式研磨装置で研磨するシリコンの機械加工で生じる廃スラリーについて説明する。
1-2. Waste slurry obtained from silicon machining The waste slurry produced by silicon machining is not particularly limited, but, for example, waste slurry produced by cutting or polishing a silicon lump or silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and coolant. It is. In silicon machining, for example, a cutting blade, a wire, a polishing wheel, or the like is used.
As an example of silicon machining in this embodiment, silicon machining for cutting a silicon ingot contained in a silicon lump with a multi-wire saw device (hereinafter referred to as “MWS”), and a silicon ingot with a wheel-type polishing device. The waste slurry generated by machining the silicon to be polished will be described.

MWSでは、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走行させ、このワイヤにシリコンインゴットを押し付けて切断する。ホイール式研磨装置では、接着剤で砥粒を固定したホイールを回転し、スラリーを供給しながらシリコンインゴットを移動させることで研磨を行う。
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し、廃スラリーが排出される。
In MWS, a wire is wound around a plurality of rollers, wound, and a slurry containing abrasive grains and coolant is supplied to the wire to run, and a silicon ingot is pressed against the wire and cut. In the wheel type polishing apparatus, polishing is performed by rotating a wheel in which abrasive grains are fixed with an adhesive and moving a silicon ingot while supplying slurry.
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. The waste slurry is discharged.

ここでシリコンの機械加工で用いるスラリーの構成及び組成について説明する。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。砥粒は、その種類は限定されず、例えば、SiC、ダイヤモンド、CBN、アルミナなどからなる。
クーラントは、その種類は限定されず、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)であってもよい。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、塩基性水溶液、ベントナイトなどの添加物を10wt%以下(好ましくは3wt%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20wt%以下(好ましくは15wt%以下)の水分が含まれていてもよいことを意味している。
Here, the structure and composition of the slurry used in silicon machining will be described. The slurry is composed of abrasive grains and a coolant that disperses the abrasive grains. The type of abrasive grains is not limited and is made of, for example, SiC, diamond, CBN, alumina, or the like.
The type of the coolant is not limited. For example, an oil-based coolant (oil based on mineral oil), an aqueous coolant (a glycol solvent based on water (for example, ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol), surfactant) Or an organic acid added thereto). The coolant is mainly composed of an organic solvent (water-soluble organic solvent) such as ethylene glycol, propylene glycol, or polyethylene glycol, and an additive such as an organic acid, a basic aqueous solution, or bentonite is 10 wt% or less (preferably 3 wt% or less). ) It may be added. Note that the phrase “having an organic solvent as a main component” here means that, for example, the coolant may contain 20 wt% or less (preferably 15 wt% or less) of water.

1−3.廃スラリーから分離したシリコン回収固形分
廃スラリーから分離されたシリコン回収固形分1は、「1−2」で説明した廃スラリー又はその濃縮分について固液分離を行って得られる固形分である。固形分の分離方法は、特に限定されないが、例えば、遠心分離機、ろ過装置、蒸留装置などである。
本実施形態の廃スラリーからの固形分の分離方法の例として、固液分離装置を用いた分離方法について説明する。
1-3. Silicon recovered solid content separated from waste slurry Silicon recovered solid content 1 separated from the waste slurry is a solid content obtained by performing solid-liquid separation on the waste slurry or its concentrated content described in “1-2”. The solid content separation method is not particularly limited, and examples thereof include a centrifugal separator, a filtration device, and a distillation device.
A separation method using a solid-liquid separation device will be described as an example of a separation method of solid content from the waste slurry of the present embodiment.

まず、固液分離装置を用いて廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン回収固形分1を取得する。固液分離装置の構成は、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン回収固形分1を取得することが可能な構成であれば特に限定されず、固液分離装置は、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る。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。(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。   First, the solid slurry 1 is used to obtain the silicon recovered solid content 1 by solid-liquid separation of the waste slurry or its concentrated content. The configuration of the solid-liquid separation device is not particularly limited as long as it is a configuration capable of solid-liquid separation of the waste slurry or its concentrated component to obtain the silicon recovered solid content 1, and the solid-liquid separation device is, for example, a centrifugal separator. A solid-liquid separation device such as a separator, a filtration device or a distillation device is used alone or in combination of two or more thereof in series. Specific examples of the combination are (1) a centrifuge and a distillation device, (2) a centrifuge and a filtration device, or (3) a filtration device and a distillation device. In (1) to (3), two or more centrifuges, filtration devices, or distillation devices may be included. 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.

1−4.金属含有物
金属含有物は、シリコンの機械加工に使用した切断刃、ワイヤ、研磨ホイール又は加工装置構造材などから生じ、廃スラリーまたはシリコン回収固形分1に含まれる。金属含有物は、例えば、金属(例えば金属粉末など)又は金属化合物(例えば塩化鉄などの塩化物や水酸化鉄などの水酸化物)である。また、例えば、金属含有物は、Al、B,Ca,Cr,Cu,Fe,Ni,P、Ti,Znのうち少なくとも1つを含む物質である。
1-4. Metal-containing material The metal-containing material is generated from a cutting blade, a wire, a grinding wheel, or a processing device structural material used for machining silicon, and is contained in the waste slurry or silicon recovery solid content 1. The metal-containing material is, for example, a metal (for example, metal powder or the like) or a metal compound (for example, a chloride such as iron chloride or a hydroxide such as iron hydroxide). Further, for example, the metal-containing material is a substance containing at least one of Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Ni, P, Ti, and Zn.

1−5.洗浄装置
洗浄装置は、第1洗浄装置7および第2洗浄装置12を含む。洗浄装置は、第1洗浄工程、または第2洗浄工程を行うことができれば特に限定されないが、例えば、洗浄槽4、洗浄槽4内に設けられた攪拌機5および超音波発信装置6で構成される。また、第1洗浄装置7と第2洗浄装置12は、同一であってもよく、異なってもよい。
1-5. Cleaning Device The cleaning device includes a first cleaning device 7 and a second cleaning device 12. The cleaning device is not particularly limited as long as the first cleaning step or the second cleaning step can be performed. For example, the cleaning device includes a cleaning tank 4, a stirrer 5 provided in the cleaning tank 4, and an ultrasonic transmission device 6. . The first cleaning device 7 and the second cleaning device 12 may be the same or different.

1−6.中和処理装置
中和処理装置10は、中和処理工程を行うことができれば特に限定されないが、例えば、中和処理槽8、中和処理槽8内に設けられた攪拌機5および超音波発信装置6で構成される。また、中和処理装置10は、第1洗浄装置7または第2洗浄装置12と同一であってもよく、異なってもよい。
1-6. Neutralization Treatment Device The neutralization treatment device 10 is not particularly limited as long as the neutralization treatment step can be performed. For example, the neutralization treatment tank 8, the stirrer 5 provided in the neutralization treatment tank 8, and the ultrasonic transmission device 6 is composed. Moreover, the neutralization processing apparatus 10 may be the same as the 1st washing | cleaning apparatus 7 or the 2nd washing | cleaning apparatus 12, and may differ.

1−7.洗浄液
洗浄液には、第1洗浄液3と第2洗浄液11が含まれる。洗浄液は、第1洗浄工程又は第2洗浄工程前において酸性である。洗浄液は、酸性物質を水を含む溶媒に溶解した溶液であれば特に限定されない。また、第1洗浄液又は第2洗浄液は、例えば、硫酸、フッ酸、塩酸、過酸化水素、臭化水素酸、硝酸、クエン酸、酢酸、蟻酸、シュウ酸および乳酸のうち少なくとも1つを含むことができる。洗浄液のpHは、7未満であればよいが、0〜4が好ましい。洗浄液のpHは、例えば、0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4である。洗浄液のpHは、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
1-7. Cleaning liquid The cleaning liquid includes the first cleaning liquid 3 and the second cleaning liquid 11. The cleaning liquid is acidic before the first cleaning step or the second cleaning step. The cleaning liquid is not particularly limited as long as it is a solution in which an acidic substance is dissolved in a solvent containing water. Further, the first cleaning liquid or the second cleaning liquid contains at least one of sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, hydrobromic acid, nitric acid, citric acid, acetic acid, formic acid, oxalic acid, and lactic acid, for example. Can do. The pH of the cleaning liquid may be less than 7, but is preferably 0-4. The pH of the cleaning liquid is, for example, 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, or 4. The pH of the cleaning liquid may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.

また、洗浄液は、洗浄工程前に酸性であれば有機溶媒を含むこともできる。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(好ましくは、1、2、3、4、5及び6の何れか2つの間の範囲)のアルコール又は炭素数が3〜6(好ましくは、3、4、5及び6の何れか2つの間の範囲)のケトンである。有機溶媒は、メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール及びアセトンからなる群から選ばれる1つからなるか又は2つ以上の混合物であればさらに好ましい。この場合、残留クーラントを洗浄液に溶解させて除去するのが容易になる。   The cleaning liquid can also contain an organic solvent if it is acidic before the cleaning step. The organic solvent is preferably compatible with the coolant and has a lower boiling point than the coolant. For example, the organic solvent has 1 to 6 carbon atoms (preferably any one of 1, 2, 3, 4, 5 and 6). Alcohol) or a ketone having 3 to 6 carbon atoms (preferably, a range between any two of 3, 4, 5 and 6). The organic solvent is more preferably one composed of one selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropyl alcohol and acetone, or a mixture of two or more. In this case, it becomes easy to dissolve and remove the residual coolant in the cleaning liquid.

酸性物質(水等の溶媒に溶解してプロトンを放出する物質)としては、例えば、無機又は有機酸性物質が挙げられる。無機酸性物質としては、塩化水素、硫酸、硝酸、弗化水素、臭化水素などが挙げられる。有機酸性物質としては、クエン酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸、乳酸などが挙げられる。洗浄液は、少なくとも1種の酸性物質を含んでいればよく、無機酸性物質と有機酸性物質の両方を含んでいてもよい。以下、無機酸性物質のみを含む洗浄液を無機酸性洗浄液と呼び、有機酸性物質のみを含む洗浄液を有機酸性洗浄液と呼ぶ。
洗浄液は、無機酸性洗浄液からなることが好ましい。シリコン回収固形分1などに含まれる不純物と無機酸との反応によって新たに生成する化合物は、有機酸との反応によって生成する化合物に比べて一般に沸点が低く、除去が容易である場合があるからである。
Examples of acidic substances (substances that dissolve in a solvent such as water and release protons) include inorganic or organic acidic substances. Examples of inorganic acidic substances include hydrogen chloride, sulfuric acid, nitric acid, hydrogen fluoride, and hydrogen bromide. Examples of the organic acidic substance include citric acid, acetic acid, formic acid, oxalic acid, and lactic acid. The cleaning liquid only needs to contain at least one kind of acidic substance, and may contain both an inorganic acidic substance and an organic acidic substance. Hereinafter, a cleaning liquid containing only an inorganic acidic substance is called an inorganic acidic cleaning liquid, and a cleaning liquid containing only an organic acidic substance is called an organic acidic cleaning liquid.
The cleaning liquid is preferably composed of an inorganic acidic cleaning liquid. A compound newly generated by the reaction of an impurity contained in silicon recovered solids 1 and the like with an inorganic acid generally has a lower boiling point than a compound generated by a reaction with an organic acid, and may be easily removed. It is.

また、洗浄液は、シリコンに対して非酸化性のものが好ましい。本発明において「非酸化性」とは、硫酸よりもシリコンの酸化力が弱いことを意味する。洗浄液がシリコンに対して非酸化性である場合、シリコンの酸化によるシリコン回収率の低下を抑制することができる。シリコンに対して非酸化性の無機酸性物質としては、硫酸、弗酸、塩酸が挙げられる。
洗浄液は、過酸化水素を含んでいてもよい。この場合、短い時間で金属屑を除去できるという利点がある。過酸化水素の比率は、例えば、0.1〜5wt%であり、具体的には例えば、0.1、0.5、1、2、3、4、5wt%である。過酸化水素の比率は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
また、第2洗浄液11として、例えば、塩酸、弗酸、硫酸、硝酸の何れか1つか、それらの混合物からなる無機酸溶液を用いることができる。また、第2洗浄液11の溶媒は水が好ましい。
The cleaning liquid is preferably non-oxidizing with respect to silicon. In the present invention, “non-oxidizing” means that the oxidizing power of silicon is weaker than that of sulfuric acid. When the cleaning liquid is non-oxidizing with respect to silicon, it is possible to suppress a decrease in silicon recovery rate due to silicon oxidation. Examples of inorganic acidic substances that are non-oxidative to silicon include sulfuric acid, hydrofluoric acid, and hydrochloric acid.
The cleaning liquid may contain hydrogen peroxide. In this case, there is an advantage that metal waste can be removed in a short time. The ratio of hydrogen peroxide is, for example, 0.1 to 5 wt%, specifically, for example, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 wt%. The ratio of hydrogen peroxide may be in a range between any two of the numerical values exemplified here.
As the second cleaning liquid 11, for example, an inorganic acid solution made of any one of hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, and nitric acid, or a mixture thereof can be used. The solvent of the second cleaning liquid 11 is preferably water.

1−8.塩基
塩基は、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(塩基性物質)または、この物質が水等の溶媒に溶解した塩基溶液9であれば特に限定されないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなど、又はアンモニア水溶液、水酸化マグネシウム水溶液、水酸化第2銅水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などである。また、塩基は1種類の塩基を用いてもよく、数種類の塩基の混合物を用いてもよい。
また、アルカリ金属を含む塩基を用いた場合、このアルカリ金属がシリコン粒子2を含む固形分に混入する可能性があるが、後述するシリコン精製方法において、これらのアルカリ金属はスラグとともに容易に除去できる。塩基溶液9は、弱塩基であることが望ましく、アンモニア水溶液、水酸化マグネシウム水溶液及び水酸化第2銅水溶液からなる群から選ばれる1つからなるか又は2つ以上の混合物であることがさらに望ましい。
1-8. A base is a substance that dissolves in a solvent such as water and releases hydroxide ions or becomes a proton acceptor (basic substance) or a base solution 9 in which this substance is dissolved in a solvent such as water. Although it does not specifically limit, For example, they are sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, etc., or ammonia aqueous solution, magnesium hydroxide aqueous solution, cupric hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution etc. In addition, as the base, one type of base may be used, or a mixture of several types of bases may be used.
Further, when a base containing an alkali metal is used, the alkali metal may be mixed into the solid content containing the silicon particles 2, but these alkali metals can be easily removed together with slag in the silicon purification method described later. . The base solution 9 is preferably a weak base, more preferably one or a mixture of two or more selected from the group consisting of an aqueous ammonia solution, an aqueous magnesium hydroxide solution, and an aqueous cupric hydroxide solution. .

2.金属含有物除去方法
2−1.粉砕工程
シリコンの機械加工から得られる廃スラリーまたはシリコン回収固形分1を粉砕することができる。このことにより廃スラリー又はシリコン回収固形分1の洗浄効果を高めることができることができるためである。粉砕の方法は、特に限定されないが、例えば、粉砕装置を用いて、シリコン回収固形分1を特定の大きさまで粉砕してもよい。また、廃スラリーの場合、この工程により、廃スラリーに含まれる凝集したシリコン粒子2をある程度分散させることができる。
2. Metal content removal method 2-1. Grinding process Waste slurry or silicon recovered solids 1 obtained from silicon machining can be ground. This is because the cleaning effect of the waste slurry or silicon recovery solid content 1 can be enhanced. The pulverization method is not particularly limited. For example, the silicon recovery solid content 1 may be pulverized to a specific size using a pulverizer. Moreover, in the case of a waste slurry, the agglomerated silicon particles 2 contained in the waste slurry can be dispersed to some extent by this step.

なお、この粉砕工程は、省略してもよい。ここで粉砕工程とは、廃スラリー又はシリコン回収固形分1に含まれる凝集したシリコン粒子2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。
粉砕条件としては、洗浄効果を高めるためにはできるだけ粒径が小さくなることが好ましいが、一方、粒径が小さくなると粉砕装置の構造材由来の不純物混入も多くなる、さらに粉砕コストが高くなるという問題があることから、実用上は、粉砕後の粒径の平均値は10μm以上10mm未満の範囲にあることが好ましい。100μm以上1mm未満の範囲にあればさらに好ましい。
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。例えば、「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、例えば、「粉体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。
This crushing step may be omitted. Here, the pulverization step refers to all known methods for pulverizing the agglomerated silicon particles 2 contained in the waste slurry or silicon recovery solid content 1 to a specific size, and includes apparatuses such as a ball mill, a jet mill, and a vibration vacuum dryer. Can be used.
As the pulverization conditions, it is preferable that the particle size is as small as possible in order to enhance the cleaning effect. On the other hand, when the particle size is small, contamination from the structural material of the pulverizer increases, and the pulverization cost increases. Since there exists a problem, it is preferable that the average value of the particle diameter after a grinding | pulverization exists in the range of 10 micrometers or more and less than 10 mm from practical use. More preferably, it is in the range of 100 μm or more and less than 1 mm.
In the present specification, “particle size” means a value measured by a method based on JIS R1629. For example, “a powder having a particle size of less than X μm” means a powder in which the particle size of 98% of the particles in the powder is less than X μm. Further, for example, “powder of powder Y μm or more and less than Z μm” means a powder remaining after removing “powder of particle size less than Y μm” from “powder of particle size less than Z μm”.

2−2.第1洗浄工程
シリコンの機械加工から得られるシリコン粒子2を含む廃スラリー又は前記廃スラリーから分離したシリコン回収固形分1を酸性の第1洗浄液で洗浄する。
この工程は第1洗浄装置7を用いて行うことができる。また、シリコン粒子2を分散させるために、第1洗浄液3を攪拌機5により攪拌することもできる。また、シリコン粒子2の分散を促進するために、超音波発信装置6により第1洗浄液3に超音波を照射しシリコン粒子2などを振動させることもできる。第1洗浄工程を行う時間は、特に限定されないが、例えば、30秒〜10時間である。
この工程は、シリコン粒子2を洗浄する目的で行うが、より具体的に説明すると、例えば、(1)シリコンの機械加工に使用した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酸溶液に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洗浄液に溶解させて除去すること、(3)中和による分散効果を高めるための前処理、等を目的として行われる。
2-2. First Washing Step The waste slurry containing silicon particles 2 obtained from silicon machining or the silicon recovery solid content 1 separated from the waste slurry is washed with an acidic first washing liquid.
This step can be performed using the first cleaning device 7. Moreover, in order to disperse the silicon particles 2, the first cleaning liquid 3 can be stirred by the stirrer 5. In order to promote the dispersion of the silicon particles 2, the ultrasonic transmission device 6 can irradiate the first cleaning liquid 3 with ultrasonic waves to vibrate the silicon particles 2 and the like. Although the time which performs a 1st washing | cleaning process is not specifically limited, For example, it is 30 second-10 hours.
This step is performed for the purpose of cleaning the silicon particles 2. More specifically, for example, (1) residual organic substances derived from coolant such as glycol solvents and additives used for machining silicon are acid solution. (2) Dissolving and removing metal debris that is a worn piece of the wire in the cleaning liquid, (3) Pretreatment for enhancing the dispersion effect by neutralization, etc. .

2−3.中和処理工程
第1洗浄工程後のシリコン粒子2を含む第1洗浄液を塩基で処理する。
この工程は中和処理装置10を用いて行うことができる。また、第1洗浄装置7を用いて行うこともできる。また、シリコン粒子2を分散させるために、塩基溶液9を加えた第1洗浄液3を攪拌機5により攪拌することもできる。また、シリコン粒子2の分散を促進するために、超音波発信装置6により塩基溶液8を加えた第1洗浄液3に超音波を照射しシリコン粒子2などを振動させることもできる。中和処理工程を行う時間は、特に限定されないが、例えば、30秒〜1時間である。
塩基で処理する方法は、特に限定されないが、例えば、塩基溶液9を第1洗浄液3に添加する方法や、塩基性物質を第1洗浄液3に直接添加する方法等が挙げられる。
この中和処理工程は、第1洗浄液3に含まれる酸性物質の全てを中和する必要は必ずしも無く、塩基溶液9などを余分に加えても構わない。
中和処理工程後の第1洗浄液3のpHの値は、特に限定されないが、例えば、5以上10未満の範囲(例えば、pHの値が、5、6、7、8、9、10のいずれか2つの間の範囲)にあることが好ましい。pHが5以上でシリコン粒子2の分散効果が高まるからである。また、pHが10以上になるとシリコンのゲル化が進行する場合がある。
2-3. Neutralization treatment process The 1st washing | cleaning liquid containing the silicon particle 2 after a 1st washing | cleaning process is processed with a base.
This step can be performed using the neutralization apparatus 10. Alternatively, the first cleaning device 7 can be used. Further, in order to disperse the silicon particles 2, the first cleaning liquid 3 to which the base solution 9 has been added can be stirred by the stirrer 5. In addition, in order to promote the dispersion of the silicon particles 2, it is possible to oscillate the silicon particles 2 and the like by irradiating the first cleaning liquid 3 to which the base solution 8 has been added with the ultrasonic transmission device 6 with ultrasonic waves. Although the time which performs a neutralization process process is not specifically limited, For example, it is 30 second-1 hour.
The method of treating with a base is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding the base solution 9 to the first cleaning liquid 3 and a method of adding a basic substance directly to the first cleaning liquid 3.
In this neutralization treatment step, it is not always necessary to neutralize all of the acidic substances contained in the first cleaning liquid 3, and an extra base solution 9 or the like may be added.
The pH value of the first cleaning liquid 3 after the neutralization treatment step is not particularly limited. For example, the pH value is in the range of 5 or more and less than 10, for example, any of the pH values of 5, 6, 7, 8, 9, 10 Or a range between the two). This is because the dispersion effect of the silicon particles 2 is enhanced when the pH is 5 or more. Moreover, when pH becomes 10 or more, gelatinization of silicon may advance.

この中和処理工程を行うことにより、第1洗浄液3に含まれるシリコン粒子2の分散を促進させることができる。このことを図面を用いて説明する。図2(a)は、第1洗浄工程におけるシリコン粒子2を表した第1洗浄装置7の概略断面図であり、図2(b)は、第2洗浄工程におけるシリコン粒子2を表した第2洗浄装置12の概略断面図である。第1洗浄工程において、シリコン粒子2は、図2(a)のように一部シリコン粒子凝集体13を形成しており、シリコン粒子凝集体13の内部の金属含有物は、第1洗浄工程では、十分に除去することができない。このシリコン粒子凝集体13を含む第1洗浄液3に塩基溶液9などを加え中和処理を行うことにより、シリコン粒子凝集体13を構成するシリコン粒子2の分散を促進することができる。その結果、図2(b)のようにシリコン粒子凝集体13の数は大幅に減少し、シリコン粒子2がより分散される。このシリコン粒子2がより分散された状態で、後述する第2洗浄工程を行うことにより、第1洗浄工程では除去することができなかったシリコン粒子凝集体13の内部の金属含有物を除去することができる。   By performing this neutralization treatment step, the dispersion of the silicon particles 2 contained in the first cleaning liquid 3 can be promoted. This will be described with reference to the drawings. 2A is a schematic cross-sectional view of the first cleaning device 7 showing the silicon particles 2 in the first cleaning step, and FIG. 2B is a second view showing the silicon particles 2 in the second cleaning step. 2 is a schematic cross-sectional view of the cleaning device 12. FIG. In the first cleaning step, the silicon particles 2 partially form silicon particle aggregates 13 as shown in FIG. 2A, and the metal-containing material inside the silicon particle aggregates 13 Can not be removed sufficiently. Dispersion of the silicon particles 2 constituting the silicon particle aggregate 13 can be promoted by adding the base solution 9 or the like to the first cleaning liquid 3 containing the silicon particle aggregate 13 and performing neutralization treatment. As a result, as shown in FIG. 2B, the number of silicon particle aggregates 13 is greatly reduced, and the silicon particles 2 are more dispersed. By performing a second cleaning step, which will be described later, in a state where the silicon particles 2 are more dispersed, the metal-containing material inside the silicon particle aggregate 13 that could not be removed in the first cleaning step is removed. Can do.

この中和処理工程を行うことによりシリコン粒子凝集体13を構成するシリコン粒子2の分散が促進される原因は、明らかではないが、例えば、シリコン粒子2の表面電荷が変化することが考えられる。また、例えば、pHが高くなることにより廃スラリー又はシリコン回収固形分1に含まれていた高分子化合物の一部が溶解しやすくなることなどが考えられる。   Although the reason why the dispersion of the silicon particles 2 constituting the silicon particle aggregate 13 is promoted by performing this neutralization treatment step is not clear, for example, the surface charge of the silicon particles 2 may change. Further, for example, it is conceivable that a part of the polymer compound contained in the waste slurry or the silicon recovery solid content 1 is easily dissolved by increasing the pH.

2−4.第1水洗・固液分離工程
中和処理工程後のシリコン粒子2を含む第1洗浄液3について固液分離処理及び水洗を行うことができる。具体的に説明すると、例えば、水洗・固液分離装置を用いて、第1洗浄液3と固形分との固液分離を行い、純水により洗浄を行うことができる。このことにより、洗浄後のシリコン粒子2を含む固形分を得ることができる。なお、この工程を省略して中和処理工程後のシリコン粒子2を含む第1洗浄液3から分離したシリコン粒子を含むスラリーを第2洗浄工程を行ってもよく、この工程の代わりに例えば乾燥機などを用いて第1洗浄液3を蒸発させてもよい。
水洗・固液分離装置は、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と、純水供給装置を2つ以上直列に組み合わせて構成することができる。
2-4. First Water Washing / Solid-Liquid Separation Step Solid-liquid separation treatment and water washing can be performed on the first washing liquid 3 containing the silicon particles 2 after the neutralization treatment step. More specifically, for example, the first cleaning liquid 3 and the solid content can be separated from each other using a water washing / solid-liquid separation device, and washing can be performed with pure water. Thereby, the solid content containing the silicon particles 2 after washing can be obtained. Note that this step may be omitted, and the second cleaning step may be performed on the slurry containing silicon particles separated from the first cleaning liquid 3 containing the silicon particles 2 after the neutralization treatment step. For example, the first cleaning liquid 3 may be evaporated.
The water washing / solid-liquid separation device can be constituted by combining two or more solid-water separation devices such as a centrifugal separator, a filtration device or a distillation device, and two or more pure water supply devices in series.

2−5.第2洗浄工程
中和処理工程において塩基で処理した第1洗浄液から分離したシリコン粒子2を含む固形分又はスラリーを酸性の第2洗浄液で洗浄する。この固形分又はスラリーは、中和処理工程後のものであればその後に他の工程を経たものであってもよい。
この工程は第2洗浄装置12を用いて行うことができる。また、シリコン粒子2を分散させるために、第2洗浄液11を攪拌機5により攪拌することもできる。また、シリコン粒子2の分散を促進するために、超音波発信装置6により第2洗浄液11に超音波を照射しシリコン粒子2などを振動させることもできる。第2洗浄工程を行う時間は、特に限定されないが、例えば、30秒〜10時間である。
第2洗浄液11に含まれるシリコン粒子2は、中和処理工程を経たものであるため、シリコン粒子凝集体13を構成するものは減少し、シリコン粒子2の分散が促進されている。その結果、シリコン粒子凝集体13の内部などに存在した第1洗浄工程では除去することができなかった金属含有物を効率的に洗浄除去することができる。従って、中和処理工程を行った後、第2洗浄工程を行うことで、不純物除去効果を劇的に高めることができる。
2-5. 2nd washing | cleaning process The solid content or slurry containing the silicon particle 2 isolate | separated from the 1st washing | cleaning liquid processed with the base in the neutralization process process is wash | cleaned with an acidic 2nd washing | cleaning liquid. As long as this solid content or slurry is after the neutralization treatment step, it may have undergone another step thereafter.
This step can be performed using the second cleaning device 12. Further, in order to disperse the silicon particles 2, the second cleaning liquid 11 can be stirred by the stirrer 5. Further, in order to promote the dispersion of the silicon particles 2, the ultrasonic transmission device 6 can irradiate the second cleaning liquid 11 with ultrasonic waves to vibrate the silicon particles 2 and the like. Although the time which performs a 2nd washing | cleaning process is not specifically limited, For example, it is 30 second-10 hours.
Since the silicon particles 2 contained in the second cleaning liquid 11 have undergone a neutralization treatment step, those constituting the silicon particle aggregate 13 are reduced, and the dispersion of the silicon particles 2 is promoted. As a result, the metal-containing material that could not be removed in the first cleaning step existing in the silicon particle aggregate 13 or the like can be efficiently cleaned and removed. Therefore, the impurity removal effect can be dramatically enhanced by performing the second cleaning step after performing the neutralization treatment step.

2−6.第2水洗・固液分離工程
第2洗浄工程後のシリコン粒子2を含む第2洗浄液11について固液分離処理及び水洗を行うことができる。具体的に説明すると、例えば、水洗・固液分離装置を用いて、第2洗浄液11と固形分との固液分離を行い、この固形分を純水により洗浄を行うことができる。このことにより、洗浄後のシリコン粒子2を含む固形分を得ることができる。なお、この工程を省略して、例えば次の乾燥工程で第2洗浄液11を蒸発させてもよい。
水洗・固液分離装置は、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と、純水供給装置を2つ以上直列に組み合わせて構成することができる。
2-6. Second Water Washing / Solid-Liquid Separation Step Solid-liquid separation treatment and water washing can be performed on the second washing liquid 11 containing the silicon particles 2 after the second washing step. More specifically, for example, using a water-washing / solid-liquid separation device, solid-liquid separation between the second washing liquid 11 and the solid content can be performed, and the solid content can be washed with pure water. Thereby, the solid content containing the silicon particles 2 after washing can be obtained. Note that this step may be omitted, and the second cleaning liquid 11 may be evaporated in the next drying step, for example.
The water washing / solid-liquid separation device can be constituted by combining two or more solid-water separation devices such as a centrifugal separator, a filtration device or a distillation device, and two or more pure water supply devices in series.

2−7.乾燥工程
第2洗浄工程後のシリコン粒子2を含む第2洗浄液又は第2水洗・固液分離工程後のシリコン粒子2を含む固形分を乾燥させることができる。乾燥させることにより、シリコン粒子2を含む固形分に残留している洗浄液や、沸点の低い有機溶媒等を除去することができる。
乾燥は、例えば、加熱すること、又は周囲雰囲気を減圧することなどによって行うことができる。
なお、乾燥工程を省略して、後述するシリコン精製方法において加熱乾燥してもよい。
また、この工程は、乾燥装置により行うことができ、乾燥装置は、シリコン粒子2を含む固形分を粉砕する機能を有する乾燥及び粉砕装置であってもよい。乾燥と粉砕は、同時に行ってもよく、乾燥を行ってから粉砕を行ってもよく、その逆であってもよい。固形分の粉砕は、粉砕羽根を用いた粉砕装置、ボールミル、ジェットミル、振動真空乾燥機などの公知の装置を用いて行うことができる。
2-7. Drying process The solid content containing the silicon particles 2 after the second washing liquid or the second water washing / solid-liquid separation process containing the silicon particles 2 after the second washing process can be dried. By drying, the cleaning liquid remaining in the solid content including the silicon particles 2, the organic solvent having a low boiling point, and the like can be removed.
Drying can be performed, for example, by heating or reducing the ambient atmosphere.
In addition, you may abbreviate | omit a drying process and heat-dry in the silicon | silicone purification method mentioned later.
Moreover, this process can be performed with a drying apparatus, and the drying apparatus may be a drying and pulverizing apparatus having a function of pulverizing the solid content including the silicon particles 2. Drying and pulverization may be performed at the same time, pulverization may be performed after drying, or vice versa. The solid content can be pulverized using a known apparatus such as a pulverizing apparatus using a pulverizing blade, a ball mill, a jet mill, or a vibration vacuum dryer.

2−8.その他
また、シリコン粒子を含む固形分が粉末の場合、必要に応じてこの固形分の成形工程、この固形分の分級・分離工程を組み込むことができる。成形工程は、かさ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。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。
2-8. In addition, when the solid content containing silicon particles is powder, the solid content forming step and the solid content classification / separation step can be incorporated as necessary. The molding process can be performed as a pretreatment for melting to increase bulk specific gravity and increase transport efficiency, or to increase thermal conductivity and facilitate melting, and pressurizes 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. The classification / separation process includes, for example, classification of particles based on physical parameters such as particle size and density using an inertia classifier or centrifugal classifier, and a method of removing magnetic impurities such as iron using a magnet. is there.

3.シリコン精製方法
「2.」に説明した金属含有物除去方法により得られシリコン粒子2を含む固形分を融解し、その後凝固させることにより不純物を除去し、精製されたシリコン塊を得ることができる。不純物の除去方法は、シリコン粒子2を含む固形分を融解し、その後凝固させる公知の精製手法を用いることができ、例えば、融解中に生成するスラグを除去すること、減圧融解下においてリンを除去すること、一方向凝固により偏析不純物の除去することなどである。より具体的に説明すると例えば、シリコン粒子2を含む固形分を融解させたものを下方から温度降下させることで、シリコンの一方向凝固を行ってシリコン塊とし、さらに、得られたシリコン塊の上部(金属不純物の濃縮部)を切断して除去し、精製シリコンインゴットを得ることができる。
3. Silicon Purification Method A solid content containing the silicon particles 2 obtained by the metal-containing material removal method described in “2.” can be melted and then solidified to remove impurities, thereby obtaining a purified silicon mass. As a method for removing impurities, a known purification method can be used in which the solid content including the silicon particles 2 is melted and then solidified. For example, slag generated during melting is removed, phosphorus is removed under reduced pressure melting. Or removing segregation impurities by unidirectional solidification. More specifically, for example, by melting the solid content containing the silicon particles 2 from below, the silicon is unidirectionally solidified to form a silicon lump, and further, the upper part of the obtained silicon lump. (Metal impurity concentration portion) can be cut and removed to obtain a purified silicon ingot.

シリコン精製方法は、加熱装置を用いて行うことができ、例えば、加熱装置を用いてシリコン粒子2を含む固形分を加熱して融解させる。加熱装置は、シリコン粒子2を含む固形分に対して、シリコンの融点以上の加熱を行いシリコン粒子2を含む固形分を融解させることのできるものであればよいが、1800℃以上、さらに好ましくは2000℃以上の加熱ができるものが好ましい。また、加熱装置は、不活性ガス中でシリコン粒子2を含む固形分を加熱、融解させることが可能であることがさらに好ましい。   The silicon purification method can be performed using a heating device. For example, the solid content containing the silicon particles 2 is heated and melted using the heating device. Any heating device may be used as long as it can melt the solid content including silicon particles 2 by heating the solid content including silicon particles 2 to a temperature higher than the melting point of silicon, and more preferably 1800 ° C. or higher. What can heat at 2000 degreeC or more is preferable. Moreover, it is more preferable that the heating device can heat and melt the solid content containing the silicon particles 2 in an inert gas.

また、シリコン粒子2を含む固形分をシリコンの融点以上の加熱を行う前に、減圧下又は不活性ガスの存在下において、シリコンの融点より低く、金属含有物除去方法で用いた洗浄液の沸点より高い温度でシリコン粒子2を含む固形分を焼成することもできる。このことにより、この固形分に残っていた洗浄液などを除去することができる。例えば不活性ガス雰囲気でこの固形分を300℃以上600℃以下の温度まで加熱して2時間以上保持し、不純物を取り除くことができる。
また、シリコン粒子2を含む固形分の融解中に、この固形分を融解することにより生成するスラグを分離、除去することができる。例えば、「2−3」に説明した中和処理工程において中和剤としてアルカリ金属の水酸化物を用いた場合、スラグ中にアルカリ金属が溶出する場合がある。このとき、スラグを除去することによりアルカリ金属を除去できる。
また、加熱装置は、公知の精製手法を用いてシリコンを精製する機能を備えていても良い。
このシリコン精製方法により得られる不純物が除去されたシリコン塊は、そのまま精製シリコンとして回収することができる。
In addition, before heating the solid content including the silicon particles 2 to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon, it is lower than the melting point of silicon under reduced pressure or in the presence of an inert gas, and higher than the boiling point of the cleaning liquid used in the metal-containing material removal method The solid content containing the silicon particles 2 can also be fired at a high temperature. As a result, the cleaning liquid remaining in the solid content can be removed. For example, this solid content can be heated to a temperature of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower in an inert gas atmosphere and held for 2 hours or longer to remove impurities.
Further, during the melting of the solid content including the silicon particles 2, the slag generated by melting the solid content can be separated and removed. For example, when an alkali metal hydroxide is used as a neutralizing agent in the neutralization treatment step described in “2-3”, the alkali metal may be eluted in the slag. At this time, the alkali metal can be removed by removing the slag.
The heating device may have a function of purifying silicon using a known purification method.
The silicon lump from which impurities obtained by this silicon purification method are removed can be recovered as purified silicon as it is.

4.効果実証実験
次に本発明の効果実証実験について説明する。ここでは、金属含有物除去方法の各工程における不純物測定実験、粒径分布測定実験を行った。また、金属含有物除去方法を行ったシリコン粒子2を含む固形分を用いたシリコン精製実験、およびその精製されたシリコンを用い製造した太陽電池の特性評価実験を行った。図3は、不純物測定実験、粒径分布測定実験、およびシリコン精製実験におけるフローチャートである。また、比較例として、中和処理工程を行わない金属含有物除去方法も行い、各工程で不純物測定実験も行った。
4). Effect Verification Experiment Next, the effect verification experiment of the present invention will be described. Here, an impurity measurement experiment and a particle size distribution measurement experiment in each step of the metal-containing material removal method were performed. Moreover, the silicon refinement | purification experiment using the solid content containing the silicon particle 2 which performed the metal inclusion removal method, and the characteristic evaluation experiment of the solar cell manufactured using the refined | purified silicon were conducted. FIG. 3 is a flowchart in an impurity measurement experiment, a particle size distribution measurement experiment, and a silicon purification experiment. In addition, as a comparative example, a method for removing a metal-containing material without performing a neutralization treatment step was also performed, and an impurity measurement experiment was performed in each step.

4−1.不純物測定実験および粒径分布測定実験
4−1−1.シリコン回収固形分の取得
4−1−1−1.シリコンの機械加工
マルチワイヤソーおよび砥粒を含むスラリーを用いて多結晶シリコンの切断加工を行った。まず、プロピレングリコールに、15wt%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を1wt%程度加えクーラントを調整した。さらにこのクーラントに砥粒を重量比1:1で混合することによりスラリーを調製した。このスラリーとマルチワイヤソーを用いて多結晶シリコンの切断加工を行い、マルチワイヤソー装置から廃スラリーが排出された。
ここでは、砥粒として粒径10μm以上30μm以下のSiCを用いた。また、廃スラリー中にはシリコンからなる切断屑は、10wt%〜12wt%程度含まれていた。
4-1. Impurity measurement experiment and particle size distribution measurement experiment 4-1-1. Acquisition of silicon recovery solid content 4-1-1-1. Silicon Machining Polycrystalline silicon was cut using a slurry containing a multi-wire saw and abrasive grains. First, about 15 wt% of water, a dispersant for facilitating dispersion of abrasive grains, and an organic acid as a pH adjuster were added to propylene glycol to adjust the coolant. Further, a slurry was prepared by mixing abrasive grains in this coolant at a weight ratio of 1: 1. Using this slurry and a multi-wire saw, polycrystalline silicon was cut and waste slurry was discharged from the multi-wire saw device.
Here, SiC having a particle size of 10 μm or more and 30 μm or less was used as the abrasive grains. The waste slurry contained about 10 wt% to 12 wt% of cutting waste made of silicon.

4−1−1−2.固液分離工程
固液分離装置を用い、マルチワイヤソー装置から排出された廃スラリーの固液分離を行い、シリコン回収固形分1を取得した。
図4は、固液分離工程におけるフローチャートである。
固液分離装置には、一次遠心分離機、二次遠心分離機及び蒸留装置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。
(1)一次遠心分離工程
まず、廃スラリーを一次遠心分離機に投入し、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。
(2)二次遠心分離工程
次に、一次液分(低比重液)を二次遠心分離機に投入し、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。
(3)蒸留工程
二次液分を蒸留装置に投入し、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回収固形分1と精製クーラントを得た。このシリコン回収固形分1中には、シリコンが90wt%以上含まれ、それ以外は不純物であった。シリコン回収固形分1に含まれる不純物のうち、半導体の特性に強く影響する鉄、ホウ素、リンの含有量の測定をICP発光装置を用いて行った。その結果を表1に示す。
4-1-1-2. Solid-liquid separation process Using a solid-liquid separation device, solid waste separation of the waste slurry discharged from the multi-wire saw device was performed, and silicon recovery solid content 1 was obtained.
FIG. 4 is a flowchart in the solid-liquid separation step.
As the solid-liquid separator, a device including a primary centrifuge, a secondary centrifuge and a distillation device was used. Solid-liquid separation was performed by combining primary centrifugation, secondary centrifugation and distillation. Details will be described below.
(1) Primary Centrifugation Step First, waste slurry is put into a primary centrifuge and subjected to primary centrifugation so that the centrifugal force is 500 G (relatively low centrifugal force, generally called “primary separation”). By operating the separator, the abrasive grains were separated into the primary solid content (heavy specific gravity liquid) of the main component and the coolant and chips (mainly containing silicon) into the primary liquid content (low specific gravity liquid) of the main component.
(2) Secondary Centrifugation Step Next, the primary liquid (low specific gravity liquid) is put into a secondary centrifuge, and the centrifugal force is 3500G (relatively high centrifugal force. The secondary centrifuge was operated so that the coolant became the main component, and the coolant was separated into the secondary liquid component and the chips and abrasive grains were separated into the secondary solid component.
(3) Distillation step The secondary liquid was put into a distillation apparatus, and the secondary liquid was subjected to distillation at a final vacuum of 10 Torr and 160 ° C to obtain a silicon recovered solid 1 and a purified coolant. The silicon recovered solid content 1 contained 90 wt% or more of silicon, and the rest were impurities. Among the impurities contained in the silicon recovery solids 1, the content of iron, boron, and phosphorus that strongly affects the characteristics of the semiconductor was measured using an ICP light emitting device. The results are shown in Table 1.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

この結果より、シリコン回収固形分1には、鉄が多く含まれ、ホウ素、リンも一定量含まれることが分かった。   From this result, it was found that the silicon recovery solid content 1 contained a large amount of iron and a certain amount of boron and phosphorus.

4−1−2.粉砕工程
次に、粉砕装置を用いて、シリコン回収固形分1の粉砕を行った。粉砕条件として、粒径の平均値が200μmとなるように調整した。具体的には、ジェットミル装置を用いて、1時間に200kgのシリコン回収固形分1を送り、さらに150Lの空気を循環送風し、粉砕を行った。
粒度分布計を用いて、この粉砕工程後のシリコン回収固形分1の粉体の粒径分布の計測を行った。図5は、粉砕工程後、第1洗浄工程後および中和処理工程後のシリコン回収固形分1又はシリコン粒子2を含む固形分の粉体の粒径分布の計測結果を示したグラフである。図5を見ると、粉砕工程後のシリコン回収固形分1には、1μm以下から100μm以上の粒径のものが含まれていることが分かった。
4-1-2. Pulverization process Next, the silicon recovered solid content 1 was pulverized using a pulverizer. The pulverization conditions were adjusted so that the average particle size was 200 μm. Specifically, using a jet mill apparatus, 200 kg of silicon recovered solid content 1 was sent per hour, and 150 L of air was circulated and pulverized.
Using a particle size distribution meter, the particle size distribution of the powder of silicon recovered solid content 1 after the pulverization step was measured. FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the particle size distribution of the solid content powder including the silicon recovered solid content 1 or the silicon particles 2 after the pulverization step, after the first washing step and after the neutralization treatment step. When FIG. 5 was seen, it turned out that the thing of the particle size of 1 micrometer or less to 100 micrometers or more is contained in the silicon | silicone collection solid content 1 after a grinding | pulverization process.

4−1−3.第1洗浄工程
次に、第1洗浄装置7において、塩酸10wt%水溶液からなる第1洗浄液3を用いて、洗浄漕4内でシリコン回収固形分1と第1洗浄液3を1:10の質量比で混合した。200rmpで回転する攪拌機5を用いて攪拌を行いながら、さらに高周波出力120Wの超音波洗浄装置6を用いて38kHzの高周波を送り、4時間の攪拌・超音波洗浄を行った。ここで、シリコン回収固形分1を分散させた第1洗浄液3の一部を抽出し、濾過、乾燥させてシリコン粒子2を含む固形分を取り出し不純物分析を行った。この固形分に含まれる不純物含有量を表2に示す。
4-1-3. First Cleaning Step Next, in the first cleaning device 7, the mass ratio of silicon recovered solids 1 and the first cleaning liquid 3 is 1:10 in the cleaning basket 4 using the first cleaning liquid 3 made of 10 wt% hydrochloric acid aqueous solution. And mixed. While stirring using a stirrer 5 rotating at 200 rpm, a high frequency of 38 kHz was further sent using an ultrasonic cleaning device 6 having a high frequency output of 120 W, and stirring and ultrasonic cleaning were performed for 4 hours. Here, a part of the 1st washing | cleaning liquid 3 which disperse | distributed the silicon | silicone collection solid content 1 was extracted, filtered and dried, solid content containing the silicon particle 2 was taken out, and the impurity analysis was performed. Table 2 shows the impurity content contained in this solid content.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表2を見ると、鉄は大幅に減少しているがまだ、400wtppm以上の存在していることが分かり、また、ホウ素、リンについても含有量は減少しているが、まだ、太陽電池の原料とするには高い含有量を有していることが分かった。   Table 2 shows that iron is greatly reduced but still exists at 400 wtppm or more, and the content of boron and phosphorus is also reduced, but it is still a raw material for solar cells. It was found to have a high content.

また、粒度分布計を用いて、第1洗浄工程後のシリコン粒子2を含む固形分の粉体の粒径分布の計測を行った。その結果を図5に示す。図5を見ると、第1洗浄工程後のシリコン粒子2を含む固形分の多くは、1μm以上10μm以下の粒径を有し、粉砕工程後のものと比べ粒径が小さくなっていることが分かった。この粒径が小さくなる理由は、例えば、粒径の大きいものはシリコン粒子2が凝集したものと考えられ、第1洗浄工程において攪拌、超音波洗浄を行うことにより凝集したシリコン粒子2の分散が促進され、粒径が小さくなったことが考えられる。   Moreover, the particle size distribution of the powder of the solid content containing the silicon particles 2 after the first cleaning step was measured using a particle size distribution meter. The result is shown in FIG. Referring to FIG. 5, most of the solids including the silicon particles 2 after the first cleaning step have a particle size of 1 μm or more and 10 μm or less, and the particle size is smaller than that after the pulverization step. I understood. The reason why the particle size becomes smaller is, for example, that when the particle size is large, it is considered that the silicon particles 2 are aggregated. In the first cleaning step, the agglomerated silicon particles 2 are dispersed by stirring and ultrasonic cleaning. It is considered that the particle size was reduced due to the promotion.

また、中和処理工程を行わない比較例についても、上記と同様の方法で第1洗浄工程まで行い、上記と同様の方法でシリコン粒子2に含まれる固形分に含まれる不純物分析を行った。この固形分に含まれる不純物含有量を表3に示す。   Moreover, also about the comparative example which does not perform a neutralization process process, it performed to the 1st washing | cleaning process by the method similar to the above, and analyzed the impurity contained in the solid content contained in the silicon particle 2 by the method similar to the above. Table 3 shows the impurity content contained in the solid content.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

ここまでは比較例も、本発明の効果実証実験と同様の工程を経ているため、表3の結果は、表2とほぼ同様の結果を示した。   Up to this point, the comparative example has undergone the same steps as the effect verification experiment of the present invention, so the results in Table 3 showed almost the same results as in Table 2.

4−1−4.中和処理工程
次に、第1洗浄液3のpHが6〜8を示すまで、アンモニア水溶液を第1洗浄液3に加え、中和処理を行った。その後、攪拌機5を200rpmで0.1時間攪拌した。
また、粒度分布計を用いて、中和処理工程後のシリコン粒子2を含む固形分の粉体の粒径分布の計測を行った。その結果を図5に示す。図5を見ると、中和処理工程後のシリコン粒子2を含む固形分の大部分は、0.1μm以上1.0μm以下の粒径を有し、第1洗浄工程後のものと比べ粒径が小さくなっていることがわかった。この粒径が小さくなる理由は、例えば、中和処理工程を行うことによりシリコン粒子凝集体13に含まれるシリコン粒子2の分散が促進され、粒径が小さくなったと考えられる。
4-1-4. Neutralization treatment step Next, an aqueous ammonia solution was added to the first washing liquid 3 until the pH of the first washing liquid 3 showed 6 to 8, and neutralization treatment was performed. Thereafter, the stirrer 5 was stirred at 200 rpm for 0.1 hour.
Moreover, the particle size distribution of the powder of the solid content containing the silicon particles 2 after the neutralization treatment step was measured using a particle size distribution meter. The result is shown in FIG. Referring to FIG. 5, most of the solid content including the silicon particles 2 after the neutralization treatment step has a particle size of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less, and the particle size compared with that after the first cleaning step. Was found to be smaller. The reason why the particle size is reduced is considered to be that, for example, the dispersion of the silicon particles 2 contained in the silicon particle aggregate 13 is promoted by performing the neutralization treatment process, and the particle size is reduced.

4−1−5.第1水洗・固液分離工程
次に、中和処理工程後の第1洗浄液3を、水洗・固液分離装置にポンプで送り、第1洗浄液3の5倍の量の純水ですすいだ後、濾過で固液分離し、シリコン粒子2を含む固形分を得た。この固形分に含まれる不純物含有量を表4に示す。
4-1-5. First washing / solid-liquid separation step Next, the first washing solution 3 after the neutralization treatment step is pumped to the washing / solid-liquid separation device and rinsed with 5 times the amount of the first washing solution 3 with pure water. The solid content containing silicon particles 2 was obtained by solid-liquid separation by filtration. Table 4 shows the impurity content contained in this solid content.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表4を見ると、中和処理工程により不純物が増えていることがわかった。理由は必ずしも明らかではないが、洗浄液に溶出していた不純物が塩基性物質と反応し、固形分として沈殿したためと考えられる。   When Table 4 was seen, it turned out that the impurity is increasing by the neutralization process process. The reason is not necessarily clear, but it is thought that the impurities eluted in the cleaning liquid reacted with the basic substance and precipitated as a solid content.

また、中和処理工程を行わない比較例について、中和処理工程を省略し、第1洗浄工程後の第1洗浄液3を水洗・固液分離装置にポンプで送り、上記の方法で第1水洗・固液分離工程を行った。この比較例で得られたシリコン粒子2を含む固形分に含まれる不純物含有量を表5に示す。   Moreover, about the comparative example which does not perform a neutralization treatment process, a neutralization treatment process is abbreviate | omitted, the 1st washing | cleaning liquid 3 after a 1st washing | cleaning process is pumped to a water-washing / solid-liquid separation apparatus, and 1st water washing is carried out by said method. -A solid-liquid separation process was performed. Table 5 shows the impurity content contained in the solid content including the silicon particles 2 obtained in this comparative example.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表5を見ると、第1洗浄工程後の比較例の表3と比べ、鉄、ホウ素、リンともに少しずつ含有量が減少していることが分かった。また、本発明の効果実証実験の中和処理工程後の不純物含有量を示した表4と比較して、比較例の方が不純物が少ないことがわかった。   When Table 5 was seen, compared with Table 3 of the comparative example after a 1st washing | cleaning process, it turned out that content is reducing little by little in iron, boron, and phosphorus. Moreover, it turned out that the comparative example has few impurities compared with Table 4 which showed the impurity content after the neutralization process process of the effect verification experiment of this invention.

4−1−6.第2洗浄工程
次に、第2洗浄装置12において、硫酸25wt%水溶液からなる第2洗浄液11を用いて、洗浄漕4内でシリコン粒子2を含む固形分と第2洗浄液11を1:10の質量比で混合した。この第2洗浄液11を200rmpで回転する攪拌機5を用いて攪拌を行い、4時間の攪拌洗浄を行った。
4-1-6. Second Cleaning Step Next, in the second cleaning device 12, the solid content containing the silicon particles 2 and the second cleaning liquid 11 in the cleaning basket 4 are 1:10 using the second cleaning liquid 11 made of a 25 wt% sulfuric acid aqueous solution. Mixed by mass ratio. The second cleaning liquid 11 was stirred using a stirrer 5 rotating at 200 rpm, and stirred and washed for 4 hours.

4−1−7.第2水洗・固液分離工程
次に、第2洗浄工程後の第2洗浄液11を、水洗・固液分離装置にポンプで送り、第2洗浄液11の5倍の量の純水ですすいだ後、濾過で固液分離し、シリコン粒子2を含む固形分を得た。この固形分に含まれる不純物含有量を表6に示す。
4-1-7. Second Washing / Solid-Liquid Separation Step Next, the second washing solution 11 after the second washing step is pumped to the washing / solid-liquid separation device and rinsed with 5 times the amount of the second washing solution 11 with pure water. The solid content containing silicon particles 2 was obtained by solid-liquid separation by filtration. Table 6 shows the impurity content contained in this solid content.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表6を見ると、中和処理工程後の不純物含有量である表4に比べ、鉄の含有量は大幅に小さくなり、ホウ素の含有量は半分以下になり、リンの含有量は大きく減少することが分かった。この理由は、例えば、中和処理工程を経ることによって、シリコン粒子凝集体13に含まれるシリコン粒子2の分散が促進され、図5に示すようにシリコン粒子2を含む固形分の粒径は小さくなる。その結果、第2洗浄液11に接するシリコン粒子2の表面積が大きくなり、洗浄効果が高くなったと考えられる。 Looking at Table 6, compared to Table 4, which is the impurity content after the neutralization treatment step, the iron content is significantly reduced, the boron content is less than half, and the phosphorus content is greatly reduced. I understood that. The reason for this is that, for example, the neutralization treatment step promotes the dispersion of the silicon particles 2 contained in the silicon particle aggregates 13, and the particle size of the solids containing the silicon particles 2 is small as shown in FIG. Become. As a result, it is considered that the surface area of the silicon particles 2 in contact with the second cleaning liquid 11 is increased, and the cleaning effect is increased.

また、中和処理工程を行わない比較例について、第1水洗・固液分離工程で得られたシリコン粒子2を含む固形分を上記の方法で、第2洗浄工程および第2水洗・固液分離工程を行った。その結果得られたシリコン粒子2を含む固形分に含まれる不純物含有量を表7に示す。   Moreover, about the comparative example which does not perform a neutralization process process, solid content containing the silicon particle 2 obtained at the 1st water washing and solid-liquid separation process is a 2nd washing process and 2nd water washing and solid-liquid separation by said method. The process was performed. Table 7 shows the impurity content contained in the solid content including the silicon particles 2 obtained as a result.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表7を見ると、比較例の第1水洗・固液分離工程後のシリコン粒子2を含む固形分の不純物含有量を示した表5に比べ、鉄の含有量は、3分の2程度に減少しているが、ホウ素及びリンの含有量は、減少しなかった。また、表6と比べ、鉄、ホウ素、リンともより高い不純物含有量を有することが分かった。この理由として、例えば、比較例では中和処理工程を経ていないため、固形分に含まれるシリコン粒子凝集体13の内部の不純物が十分に除去できないため、不純物含有量が高くなったと考えられる。   When Table 7 is seen, compared with Table 5 which showed the impurity content of the solid content containing the silicon particle 2 after the 1st water washing and solid-liquid separation process of a comparative example, iron content is about 2/3. Although decreasing, the contents of boron and phosphorus were not decreased. Moreover, it turned out that it has a higher impurity content than iron, boron, and phosphorus compared with Table 6. For this reason, for example, in the comparative example, since the neutralization process is not performed, the impurities inside the silicon particle aggregate 13 contained in the solid content cannot be sufficiently removed, and thus the impurity content is considered to be high.

4−1−8.乾燥工程
次に、乾燥装置において、シリコン粒子2を含む固形分の乾燥を行った。この乾燥は、この固形分を0.1気圧の空気中で60℃まで加熱することで1時間乾燥させた。
4-1-8. Next, the solid content containing the silicon particles 2 was dried in a drying apparatus. In this drying, the solid content was heated to 60 ° C. in air at 0.1 atm for 1 hour.

4−2.シリコン精製実験
加熱装置を用いて、「4−1」に記載した実験で得られたシリコン粒子2を含む固形分の焼成、融解及び精製を行った。具体的には、この固形分をグラファイト坩堝に入れ、10Torrの真空下で抵抗加熱により600℃、1時間の焼成を行うことにより、固形分中にわずかに残った微量有機物を除去した。次に、この固形分をAr雰囲気下で高周波誘導加熱により1800℃まで加熱し、この固形分に含まれるシリコンを融解させた。その後、坩堝下方から温度降下させることで、シリコンの一方向凝固を行ってシリコン塊を得た。さらに、得られたシリコン塊の上部(金属不純物の濃縮部)を切断して除去し、精製シリコンインゴットを得た。
精製シリコンインゴットに含まれていた不純物含有量を、通常の太陽電池用シリコンインゴットに含まれる不純物含有量と併せて、表8に示す。
4-2. Silicon refining experiment Using a heating apparatus, solid content including silicon particles 2 obtained in the experiment described in "4-1" was baked, melted, and purified. Specifically, this solid content was put in a graphite crucible and baked at 600 ° C. for 1 hour by resistance heating under a vacuum of 10 Torr, thereby removing trace organic substances slightly remaining in the solid content. Next, the solid content was heated to 1800 ° C. by high-frequency induction heating in an Ar atmosphere to melt silicon contained in the solid content. Thereafter, the temperature was lowered from below the crucible, so that silicon was unidirectionally solidified to obtain a silicon lump. Furthermore, the upper part (concentration part of a metal impurity) of the obtained silicon lump was cut and removed to obtain a purified silicon ingot.
The impurity content contained in the purified silicon ingot is shown in Table 8 together with the impurity content contained in a normal solar cell silicon ingot.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表8を見ると、本発明のシリコン精製実験により精製したシリコンインゴットは、通常の太陽電池用シリコンインゴットに比べ、鉄の含有量は大きいものの1wtppm以下であった。また、ホウ素の含有量は同じであり、リンの含有量は、若干大きい程度であることが分かった。   Referring to Table 8, the silicon ingot purified by the silicon purification experiment of the present invention had an iron content higher than that of a normal solar cell silicon ingot, but was 1 wtppm or less. It was also found that the boron content was the same, and the phosphorus content was slightly higher.

次に、「4−1」に記載した実験の中和処理工程を行っていない比較例により得られたシリコン粒子2を含む固形分を上記の方法で、シリコン精製を行った。その結果得られた精製シリコンインゴットに含まれていた不純物含有量を、通常の太陽電池用シリコンインゴットに含まれる不純物含有量と併せて、表9に示す。   Next, the solid content containing the silicon particles 2 obtained by the comparative example not performing the neutralization treatment step of the experiment described in “4-1” was subjected to silicon purification by the above method. The impurity content contained in the purified silicon ingot obtained as a result is shown in Table 9 together with the impurity content contained in a normal solar cell silicon ingot.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表9を見ると、比較例により得られたシリコンインゴットは、通常シリコンインゴットと比較して明らかに不純物が多く、太陽電池材料として用いるには不適と判断した。   When Table 9 was seen, the silicon ingot obtained by the comparative example had clearly many impurities compared with the normal silicon ingot, and was judged to be unsuitable for use as a solar cell material.

4−3.太陽電池特性評価実験
「4−2」に記載した本発明のシリコン精製実験により得られたシリコンインゴットをマルチワイヤソー装置で厚さ250μmに切断して精製シリコンウェハ(多結晶基板)を得た。この精製シリコンウェハを用いて太陽電池を作製し、光電変換特性を測定した。
本発明のシリコン精製実験により得られた精製シリコンウェハを用いた太陽電池と、市販の通常の太陽電池用シリコンウェハを用いた太陽電池の特性を表10に示す。表10は、通常の太陽電池用シリコンウェハを用いた太陽電池の特性を100%とし、精製シリコンウェハを用いた太陽電池の特性を相対比較したものである。
4-3. Solar Cell Characteristic Evaluation Experiment A silicon ingot obtained by the silicon refining experiment of the present invention described in “4-2” was cut into a thickness of 250 μm with a multi-wire saw apparatus to obtain a purified silicon wafer (polycrystalline substrate). A solar cell was produced using this purified silicon wafer, and the photoelectric conversion characteristics were measured.
Table 10 shows the characteristics of a solar cell using a purified silicon wafer obtained by the silicon purification experiment of the present invention and a solar cell using a commercially available ordinary silicon wafer for solar cells. Table 10 shows a relative comparison of the characteristics of solar cells using purified silicon wafers, with the characteristics of solar cells using ordinary silicon wafers for solar cells being 100%.

Figure 0005114436
Figure 0005114436

表10を見ると、廃スラリーを精製したシリコンウェハを用いて作製した太陽電池が、通常のシリコンウェハを用いて作製した太陽電池とほぼ同等の出力を有することがわかった。   When Table 10 was seen, it turned out that the solar cell produced using the silicon wafer which refine | purified waste slurry has a substantially equivalent output as the solar cell produced using the normal silicon wafer.

1:シリコン回収固形分 2:シリコン粒子 3:第1洗浄液 4:洗浄槽 5:攪拌機 6:超音波発信器 7:第1洗浄装置 8:中和処理槽 9:塩基溶液 10:中和処理装置 11:第2洗浄液 12:第2洗浄装置 13:シリコン粒子凝集体   1: Silicon recovery solid content 2: Silicon particles 3: First cleaning liquid 4: Cleaning tank 5: Stirrer 6: Ultrasonic transmitter 7: First cleaning apparatus 8: Neutralization processing tank 9: Base solution 10: Neutralization processing apparatus 11: Second cleaning liquid 12: Second cleaning device 13: Silicon particle aggregate

Claims (8)

シリコンを機械加工して得られかつシリコン粒子を含む廃スラリー又は前記廃スラリーから分離したシリコン回収固形分を酸性の第1洗浄液で洗浄する第1洗浄工程と、
前記シリコン粒子を含む第1洗浄液を塩基で処理する中和処理工程と、
前記塩基で処理した第1洗浄液から分離した前記シリコン粒子を含む固形分又はスラリーを酸性の第2洗浄液で洗浄する第2洗浄工程とを備え、
前記機械加工から生じかつ第1洗浄工程で除去できなかった金属含有物を第2洗浄工程で効率的に除去することを特徴とする金属含有物除去方法。
A first washing step of washing silicon waste solids obtained by machining silicon and containing silicon particles or separated from the waste slurry with an acidic first washing liquid;
A neutralization treatment step of treating the first cleaning liquid containing the silicon particles with a base;
A second washing step of washing the solid or slurry containing the silicon particles separated from the first washing liquid treated with the base with an acidic second washing liquid,
A metal-containing material removal method characterized by efficiently removing a metal-containing material resulting from the machining and not removed by the first cleaning step in the second cleaning step.
第1洗浄液又は第2洗浄液は、硫酸、フッ酸、塩酸、過酸化水素、臭化水素酸、硝酸、ホウ酸、クエン酸、酢酸、蟻酸、シュウ酸および乳酸のうち少なくとも1つを含む請求項1に記載の方法。   The first cleaning liquid or the second cleaning liquid contains at least one of sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, hydrobromic acid, nitric acid, boric acid, citric acid, acetic acid, formic acid, oxalic acid, and lactic acid. The method according to 1. 前記塩基は、アンモニア水溶液、水酸化マグネシウム水溶液及び水酸化第2銅水溶液のうち少なくとも1つを含む請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the base includes at least one of an aqueous ammonia solution, an aqueous magnesium hydroxide solution, and an aqueous cupric hydroxide solution. 前記中和処理工程後の第1洗浄液は、5以上10未満のpHを有する請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the first cleaning liquid after the neutralization treatment step has a pH of 5 or more and less than 10. 第1洗浄工程、前記中和処理工程および第2洗浄工程のうち少なくとも1つは、超音波照射により前記シリコン粒子の分散を行う請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein at least one of the first cleaning step, the neutralization treatment step, and the second cleaning step disperses the silicon particles by ultrasonic irradiation. 第1洗浄工程の前に前記廃スラリーまたは前記シリコン回収固形分を粉砕する粉砕工程をさらに備えた請求項1〜5のいずれか1つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a pulverization step of pulverizing the waste slurry or the silicon recovery solids before the first cleaning step. 第2洗浄工程の後に、前記シリコン粒子を含む第2洗浄液から固形分を分離し、第2洗浄液から分離した固形分を水洗する工程をさらに備えた請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法。   The solid content separated from the 2nd washing | cleaning liquid containing the said silicon | silicone particle | grain after the 2nd washing | cleaning process, The process of further washing with water the solid content isolate | separated from the 2nd washing | cleaning liquid was further provided. the method of. 請求項7に記載の方法により得られた前記シリコン粒子を含む固形分を融解し、その後凝固させることにより不純物を除去するシリコン精製方法。   A method for purifying silicon in which impurities are removed by melting and then solidifying the solids containing the silicon particles obtained by the method according to claim 7.
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