JPH0417889B2 - - Google Patents
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- JPH0417889B2 JPH0417889B2 JP60117461A JP11746185A JPH0417889B2 JP H0417889 B2 JPH0417889 B2 JP H0417889B2 JP 60117461 A JP60117461 A JP 60117461A JP 11746185 A JP11746185 A JP 11746185A JP H0417889 B2 JPH0417889 B2 JP H0417889B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
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- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/023—Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
- C01B33/025—Preparation by reduction of silica or free silica-containing material with carbon or a solid carbonaceous material, i.e. carbo-thermal process
-
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Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
＜発明の目的＞
産業上の利用分野
本発明は金属珪素（以下、単にシリコンとい
う。）の製造方法ならびにその装置に係り、詳し
くは、純度99.999％以上の如き高純度を要求され
る太陽電池用シリコンを粉状のSiO2等を用いて
経済的に効率よく製造する方法ならびにその装置
に係る。 従来の技術 従来から、珪石（SiO2、以下シリカという。）
および炭素からシリコンを製造する際に、アーク
炉を用いて行なう方法が一般的な工業的製造法と
して利用されている。 この方法では炉内装入物層での通気の確保や炉
内高温部でシリコンの生成反応を効率よく起させ
るために塊状のシリカの利用が不可欠である。 しかるに、最近最純度のシリコンが太陽電池等
に利用され、そのシリコンは99.999％以上という
高純度が要求されている。一般に、この高純度の
シリコンを製造するための原料としては天然のシ
リカを精製したシリカが使用されるため、シリカ
は粉末状あるいは数mm以下という細かい粒状原料
となり、従来法ではそのまま利用できず、この対
策を行なつた方法として特開昭57−11223号に開
示される方法があるが、この場合でも、炉に装入
するシリカの一部は３〜12mmという塊状のものが
必要であり、これらのところを十分に解決したも
のと言えない。 また、粉末状に精製されたシリカをそのまま用
いる方法としては特開昭58−69713号が提案され
ているが、この方法は高温のプラズマジエツト中
で炭素とシリカを反応させ、この反応生成物をジ
エツトとともにそのまま炭素充填層に吹込んでシ
リコンを作るが、この方法では、炭素充填層内で
はシリコンと炭素が反応し多量のSiCが生成する
ため長期間の操業を行なうと、炭素充填層がSiC
により閉塞してしまう欠点があり、連続的な操業
を基本とする工業的な方法とはなり得ないもので
あつた。 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的に
は、従来方法では、細粒あるいは粉状のシリカを
原料として利用した場合には、通気の悪化や高温
部での反応進行への障害によるシリコンの回収効
率の悪さのため、精製された細粒状等のシリカ原
料の塊成化等の特別の事前処理が必要であり、こ
のため、従来方法では高純度シリコンを製造する
には不向きであることの問題点を解決することを
目的とする。 ＜発明の構成＞ 問題点を解決するための手段ならびにその作用 本発明方法は炭素若しくは炭素含有物質または
これらのうちの少なくとも一方とSiC若しくはシ
リカのうちの少なくとも一方との混合物が充填さ
れたアーク炉内でその1800℃以上の高温領域、つ
まり、シリカの還元によるシリコンの生成反応が
主に起る高温領域にSiO2あるいはSiOを含む物質
を直接吹込み、このSiO2またはSiOを炭素あるい
はSiCと高温下で反応溶融させることを特徴とす
る。 また、本発明に係る装置は耐火性炉材よりなる
アーク炉々体にSiO2またはSiOを含む物質をアー
ク火点に直接供給するノズルを設けるとともに、
アーク炉々体外部の少なくともアーク火点直上に
相当するところに加熱装置を設け、更に、排ガス
中のダスト回収装置を炉頂に設け、ダスト回収装
置の固体排出口を前記ノズルに直接連結して成る
ことを特徴とする。 従来から、電気炉内でシリコンを製造する際
に、総括的には次の(1)の反応によつてシリコンが
製造されている。 SiO2＋2C→Si＋2CO ……(1) しかし、実際には(1)式の反応は次のような各素
反応に分解され、これらの素反応が併行して起つ
ているものと考えられる。 SiO2＋Ｃ→SiO＋CO ……(2) SiO＋2C→SiC＋CO ……(3) SiO2＋3C→SiC＋2CO ……(4) SiO＋Ｃ→Si＋CO ……(5) SiC＋SiO2→Si＋SiO＋CO ……(6) Si＋SiO2→2SiO ……(7) SiO＋SiC→2Si＋CO ……(8) このような反応が起つている電気炉において粉
状のシリカを使用すると、このシリカは塊状のシ
リカ（珪石）に比較して反応性が良いことから、
昇温過程で(2)式の反応が起こり、これにより多量
のSiOを発生し、とくに、SiOは蒸気圧が高く外
部に飛散し易いことから、歩留り低下を引きおこ
す。更に、残りのシリカは(4)式の反応によつて
SiCとなつて炉底に沈積固化して操業トラブルの
原因となり、高純度に精製された粉状のシリカか
ら高純度のシリコンを効率よく得ることは上記の
如く困難であつた。 この点について、本発明者等は熱力学的検討お
よび実験室での実験を重ねたところ、アーク炉内
にその炉頂から炭素若しくはピツチあるいは有機
化合物などの炭素含有物（以下、単に炭素とい
う。）あるいはこれらのうちの少なくとも一方と
SiC若しくはシリカのうちの少なくとも一方との
混合物を装入し、しかも、炉内の最高温度を示す
アーク火点に直接シリカ粉末を吹込むと、(6)式、
(7)式あるいは(2)式の反応によりシリコンの他にガ
ス状のSiOがアーク火点付近で生成するが、この
SiOは炉上部から装入されるＣ又はSiC（炉上部よ
り装入されるシリカと炭素の混合物は(4)式の反応
により炉内ではSiCとなる。）と、(3)式、(8)式に
示す反応を起こし、シリコン又はSiCを生成し、
ここで生成したSiCは新たに火点に吹込まれたシ
リカ又はSiOと再び(6)式又は(8)式の反応によつて
シリコンを生成するため、シリコンの歩留りが大
巾に改善され、さらに、火点に吹込むシリカ又は
SiOの量を調整することで(6)式又は(8)式の反応に
より炉底でのSiCの消費量を調整でき、炉底への
SiCの沈積固化によるトラブルの防止を図ること
ができ、連続操業が可能となることがわかつた。 また、実験結果より炉頂から混合物を装入する
場合は、炭素等とSiCの混合物のときはＣ／SiC
のmol比が１／２以上、炭素等とシリカの混合物
のときは、Ｃ／SiO2のmol比が3.5以上が好まし
く、こうすることによつて、炉頂からのSiOとし
てのシリコンロスを15％以下まで低減できること
がわかつた。 また、このSiOのロスは通常のシリコンの生産
においては十分に改善減少できたと云つて良い
が、さらに、このロスを低下させるためにはガス
として揮散するSiOを回収して再び炉内火点部に
シリカとともに吹込むことで解決される。 また、炉頂から炭素等とSiCの混合物あるいは
炭素等とシリカの混合物を装入した場合には炉内
の熱量（ガスの顕熱）の有効利用が図れ、かつ、
アーク火点で必要となる反応熱が減少するため、
火点の昇温が容易となり操業が非常に容易とな
り、かつ反応によつて生成するガス量が大巾に減
じるため、炉内の通気確保が容易となり安定した
操業が確保できる。 また、実際にシリカ粉末を吹込む場合、アーク
炉においては中空電極を利用し電極の内孔を通し
てキヤリヤーガスとともにシリカあるいはSiOの
粉、粒状物を炉内に吹込むこともできるが、電極
の損耗を防止するには後記の如く電極間に形成さ
れるアーク火点まで炉側壁又は底部から吹込みノ
ズルを通して吹込むことができる。このとき用い
られるキヤリヤーガスにはAr、H2、N2などの非
酸化性ガスが利用される。ノズルの材質は炭素又
はSiCなどが用いられる。中空電極を吹込みノズ
ルとして用いた場合には、その先端はアークの発
生により常に2000℃以上となつているため、シリ
カと電極の反応が起こり、電極が消耗するが、本
発明のように吹込みノズルと電極を分けることに
より電極の損耗が防止できるとともに、ノズル自
体は一定量損耗すると、ノズル先端が高温部から
はずれて1700℃〜1800℃まで温度が下がるため、
これ以上シリカとの反応による消耗は起らなくな
る利点がある。 また、炉頂から装入する炭素又は炭素とSiC、
炭素とシリカの混合物は、利用する炭材、シリカ
の混合物は、利用する炭材、シリカとも高純度に
精製されている場合には、一般に粉末となつてい
るが、砂糖、フエノール樹脂、澱粉等を結合剤と
して粒状化したものを利用するのが好ましく、こ
のようにすると、十分に通気性が確保できる。 更に、アーク炉の火点に代表される高温反応域
を後記の如く外部加熱により上部に拡大すると、
シリコンの回収率の上昇と操業の安定性が確保で
きる。この外部加熱は通常高周波誘導加熱法の利
用により、装置外壁あるいは装入物を1800℃以
上、望ましくは2000℃以上に加熱することでその
効果を得ることができる。 また、炉頂からの排ガスとともに揮散するSiO
は冷却過程で凝縮し、微細な固体となるため、通
常、バグフイルターの如き集塵装置で回収される
が、これによる回収ではSiOが非常に微粉のた
め、短時間でバグフイルターに目詰りがおき、保
持が大変であるが、これを解決する手段として、
本法においては排ガスを炉内に吹込むシリカで作
つた流動層を通すことにより、このシリカ表面に
SiOを凝縮せしめて、シリカと共に回収しあるい
は排ガス管にシリカを連続的に装入して、このシ
リカを核としてシリカ表面にSiOを凝縮せしめ、
これをサイクロンによつて回収し、そのまま炉内
に吹込むことで簡便に回収できる。更に、この場
合には反応炉の炉頂温度を1700℃以上に維持する
と、反応炉内でのSiOの凝縮が防止でき、更に、
円滑な操業が確保できる。 また、以上の通りに本発明方法によりシリコン
を製造する際に、次の通りの製造装置を用いる
と、容易にシリカ等を吹込むことができ、更に、
アーク火点は上部に拡大し、シリコンの回収率を
一層高めることができる。 すなわち、第１図は本発明方法を実施する装置
の一例の部分縦断面図であつて、符号１で示す炉
は黒鉛質耐火材よりなり、その炉体１内には下部
電極２および上部電極３が設けられている。ま
た、この電極２，３の間のアーク火点９に向つて
側壁よりシリカを吹込むための中空の黒鉛質のノ
ズ１１が挿入され、炉体１の外部の少なくともア
ーク火点９の上方に対応するところに加熱装置と
して高周波誘導加熱炉コイル４を設ける。この構
造のアーク炉においてその炉頂より上部電極３の
周囲に上記の炭素等の混合物６を装入し、下部電
極２と上部電極３の間のアーク火点９において、
ノズル１１より非酸化性ガスのキヤリアーととも
に吹込まれたシリカやSiOからシリコンが溶融物
として回収され、湯たまり１０が形成される。 また、炉体１の外部から高周波誘導加熱コイル
４によつて内部の装入物等は1800℃以上望ましく
は2000℃以上に加熱されているため、アーク火点
のほかに反応域は上部に拡大され、シリコンの回
収率は上昇する。 また、第１図に示す装置の電極１，２は、大型
炉にあつては第２図および第３図に示す如く水平
あるいは傾斜して向い合うように設置することで
同様の効果を挙げることができ、この場合、ノズ
ル１１は側壁の他に底部から挿入することもでき
る。更に、炉頂から排出されるSiOを回収する装
置は第４図に示す如く排ガス管１２をシリカ流動
層１３に連結する装置、および第５図に示す如く
排ガス管１２にシリカ粉末を供給口１７より供給
し、サイクロン１４で回収する装置の何れかが用
いられ、これらから回収されるシリカとSiOの混
合物は、流動層１３の固体排出口１５あるいはサ
イクロンの固体排出口１６と前述のシリカ吹込み
ノズル１１を直接つなぐことによつて不純物の汚
染を受けずに炉内に再循環することができる。 実施例 以下、実施例によつて更に説明する。 まず、第１図に示す小型のアーク炉（100KW）
を使用し、電源は直流を使用し、シリカ吹込みノ
ズル１１よりH2ガスをキヤリアとしてシリカ粉
末をアーク火点に直接吹込み、炉頂部から直径８
〜15mmのSiCと炭素のペレツトを装入した。な
お、このペレツはSiCを内装し表面にＣが存在す
る二層ペレツトであつた。 また、炉体の外部の高周波誘導加熱コイルによ
つて加熱高温反応ゾーンを拡大することも行なつ
た。この際の一般的な操業条件は次の通りであ
り、この外部加熱ありと外部加熱なしの各場合の
結果ならびに第５図に示すサイクロンで炉頂排ガ
スとともに炉外に排出されるSiOを回収再吹込み
した結果は第１表に示す通りであつた。 装入ペレツトのＣ／SiC＝１／１（モル比） SiCの吹込速度 ５Kg／時 H2ガスの吹込速度 3Nm3／時 なお、比較のために従来法によつて第１図で示
す装置においてシリカペレツトとＣのペレツトを
Ｃ／SiO2＝２／１のモル比で原料としてシリコ
ンを製造し、その結果も第１表に示した。
う。）の製造方法ならびにその装置に係り、詳し
くは、純度99.999％以上の如き高純度を要求され
る太陽電池用シリコンを粉状のSiO2等を用いて
経済的に効率よく製造する方法ならびにその装置
に係る。 従来の技術 従来から、珪石（SiO2、以下シリカという。）
および炭素からシリコンを製造する際に、アーク
炉を用いて行なう方法が一般的な工業的製造法と
して利用されている。 この方法では炉内装入物層での通気の確保や炉
内高温部でシリコンの生成反応を効率よく起させ
るために塊状のシリカの利用が不可欠である。 しかるに、最近最純度のシリコンが太陽電池等
に利用され、そのシリコンは99.999％以上という
高純度が要求されている。一般に、この高純度の
シリコンを製造するための原料としては天然のシ
リカを精製したシリカが使用されるため、シリカ
は粉末状あるいは数mm以下という細かい粒状原料
となり、従来法ではそのまま利用できず、この対
策を行なつた方法として特開昭57−11223号に開
示される方法があるが、この場合でも、炉に装入
するシリカの一部は３〜12mmという塊状のものが
必要であり、これらのところを十分に解決したも
のと言えない。 また、粉末状に精製されたシリカをそのまま用
いる方法としては特開昭58−69713号が提案され
ているが、この方法は高温のプラズマジエツト中
で炭素とシリカを反応させ、この反応生成物をジ
エツトとともにそのまま炭素充填層に吹込んでシ
リコンを作るが、この方法では、炭素充填層内で
はシリコンと炭素が反応し多量のSiCが生成する
ため長期間の操業を行なうと、炭素充填層がSiC
により閉塞してしまう欠点があり、連続的な操業
を基本とする工業的な方法とはなり得ないもので
あつた。 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的に
は、従来方法では、細粒あるいは粉状のシリカを
原料として利用した場合には、通気の悪化や高温
部での反応進行への障害によるシリコンの回収効
率の悪さのため、精製された細粒状等のシリカ原
料の塊成化等の特別の事前処理が必要であり、こ
のため、従来方法では高純度シリコンを製造する
には不向きであることの問題点を解決することを
目的とする。 ＜発明の構成＞ 問題点を解決するための手段ならびにその作用 本発明方法は炭素若しくは炭素含有物質または
これらのうちの少なくとも一方とSiC若しくはシ
リカのうちの少なくとも一方との混合物が充填さ
れたアーク炉内でその1800℃以上の高温領域、つ
まり、シリカの還元によるシリコンの生成反応が
主に起る高温領域にSiO2あるいはSiOを含む物質
を直接吹込み、このSiO2またはSiOを炭素あるい
はSiCと高温下で反応溶融させることを特徴とす
る。 また、本発明に係る装置は耐火性炉材よりなる
アーク炉々体にSiO2またはSiOを含む物質をアー
ク火点に直接供給するノズルを設けるとともに、
アーク炉々体外部の少なくともアーク火点直上に
相当するところに加熱装置を設け、更に、排ガス
中のダスト回収装置を炉頂に設け、ダスト回収装
置の固体排出口を前記ノズルに直接連結して成る
ことを特徴とする。 従来から、電気炉内でシリコンを製造する際
に、総括的には次の(1)の反応によつてシリコンが
製造されている。 SiO2＋2C→Si＋2CO ……(1) しかし、実際には(1)式の反応は次のような各素
反応に分解され、これらの素反応が併行して起つ
ているものと考えられる。 SiO2＋Ｃ→SiO＋CO ……(2) SiO＋2C→SiC＋CO ……(3) SiO2＋3C→SiC＋2CO ……(4) SiO＋Ｃ→Si＋CO ……(5) SiC＋SiO2→Si＋SiO＋CO ……(6) Si＋SiO2→2SiO ……(7) SiO＋SiC→2Si＋CO ……(8) このような反応が起つている電気炉において粉
状のシリカを使用すると、このシリカは塊状のシ
リカ（珪石）に比較して反応性が良いことから、
昇温過程で(2)式の反応が起こり、これにより多量
のSiOを発生し、とくに、SiOは蒸気圧が高く外
部に飛散し易いことから、歩留り低下を引きおこ
す。更に、残りのシリカは(4)式の反応によつて
SiCとなつて炉底に沈積固化して操業トラブルの
原因となり、高純度に精製された粉状のシリカか
ら高純度のシリコンを効率よく得ることは上記の
如く困難であつた。 この点について、本発明者等は熱力学的検討お
よび実験室での実験を重ねたところ、アーク炉内
にその炉頂から炭素若しくはピツチあるいは有機
化合物などの炭素含有物（以下、単に炭素とい
う。）あるいはこれらのうちの少なくとも一方と
SiC若しくはシリカのうちの少なくとも一方との
混合物を装入し、しかも、炉内の最高温度を示す
アーク火点に直接シリカ粉末を吹込むと、(6)式、
(7)式あるいは(2)式の反応によりシリコンの他にガ
ス状のSiOがアーク火点付近で生成するが、この
SiOは炉上部から装入されるＣ又はSiC（炉上部よ
り装入されるシリカと炭素の混合物は(4)式の反応
により炉内ではSiCとなる。）と、(3)式、(8)式に
示す反応を起こし、シリコン又はSiCを生成し、
ここで生成したSiCは新たに火点に吹込まれたシ
リカ又はSiOと再び(6)式又は(8)式の反応によつて
シリコンを生成するため、シリコンの歩留りが大
巾に改善され、さらに、火点に吹込むシリカ又は
SiOの量を調整することで(6)式又は(8)式の反応に
より炉底でのSiCの消費量を調整でき、炉底への
SiCの沈積固化によるトラブルの防止を図ること
ができ、連続操業が可能となることがわかつた。 また、実験結果より炉頂から混合物を装入する
場合は、炭素等とSiCの混合物のときはＣ／SiC
のmol比が１／２以上、炭素等とシリカの混合物
のときは、Ｃ／SiO2のmol比が3.5以上が好まし
く、こうすることによつて、炉頂からのSiOとし
てのシリコンロスを15％以下まで低減できること
がわかつた。 また、このSiOのロスは通常のシリコンの生産
においては十分に改善減少できたと云つて良い
が、さらに、このロスを低下させるためにはガス
として揮散するSiOを回収して再び炉内火点部に
シリカとともに吹込むことで解決される。 また、炉頂から炭素等とSiCの混合物あるいは
炭素等とシリカの混合物を装入した場合には炉内
の熱量（ガスの顕熱）の有効利用が図れ、かつ、
アーク火点で必要となる反応熱が減少するため、
火点の昇温が容易となり操業が非常に容易とな
り、かつ反応によつて生成するガス量が大巾に減
じるため、炉内の通気確保が容易となり安定した
操業が確保できる。 また、実際にシリカ粉末を吹込む場合、アーク
炉においては中空電極を利用し電極の内孔を通し
てキヤリヤーガスとともにシリカあるいはSiOの
粉、粒状物を炉内に吹込むこともできるが、電極
の損耗を防止するには後記の如く電極間に形成さ
れるアーク火点まで炉側壁又は底部から吹込みノ
ズルを通して吹込むことができる。このとき用い
られるキヤリヤーガスにはAr、H2、N2などの非
酸化性ガスが利用される。ノズルの材質は炭素又
はSiCなどが用いられる。中空電極を吹込みノズ
ルとして用いた場合には、その先端はアークの発
生により常に2000℃以上となつているため、シリ
カと電極の反応が起こり、電極が消耗するが、本
発明のように吹込みノズルと電極を分けることに
より電極の損耗が防止できるとともに、ノズル自
体は一定量損耗すると、ノズル先端が高温部から
はずれて1700℃〜1800℃まで温度が下がるため、
これ以上シリカとの反応による消耗は起らなくな
る利点がある。 また、炉頂から装入する炭素又は炭素とSiC、
炭素とシリカの混合物は、利用する炭材、シリカ
の混合物は、利用する炭材、シリカとも高純度に
精製されている場合には、一般に粉末となつてい
るが、砂糖、フエノール樹脂、澱粉等を結合剤と
して粒状化したものを利用するのが好ましく、こ
のようにすると、十分に通気性が確保できる。 更に、アーク炉の火点に代表される高温反応域
を後記の如く外部加熱により上部に拡大すると、
シリコンの回収率の上昇と操業の安定性が確保で
きる。この外部加熱は通常高周波誘導加熱法の利
用により、装置外壁あるいは装入物を1800℃以
上、望ましくは2000℃以上に加熱することでその
効果を得ることができる。 また、炉頂からの排ガスとともに揮散するSiO
は冷却過程で凝縮し、微細な固体となるため、通
常、バグフイルターの如き集塵装置で回収される
が、これによる回収ではSiOが非常に微粉のた
め、短時間でバグフイルターに目詰りがおき、保
持が大変であるが、これを解決する手段として、
本法においては排ガスを炉内に吹込むシリカで作
つた流動層を通すことにより、このシリカ表面に
SiOを凝縮せしめて、シリカと共に回収しあるい
は排ガス管にシリカを連続的に装入して、このシ
リカを核としてシリカ表面にSiOを凝縮せしめ、
これをサイクロンによつて回収し、そのまま炉内
に吹込むことで簡便に回収できる。更に、この場
合には反応炉の炉頂温度を1700℃以上に維持する
と、反応炉内でのSiOの凝縮が防止でき、更に、
円滑な操業が確保できる。 また、以上の通りに本発明方法によりシリコン
を製造する際に、次の通りの製造装置を用いる
と、容易にシリカ等を吹込むことができ、更に、
アーク火点は上部に拡大し、シリコンの回収率を
一層高めることができる。 すなわち、第１図は本発明方法を実施する装置
の一例の部分縦断面図であつて、符号１で示す炉
は黒鉛質耐火材よりなり、その炉体１内には下部
電極２および上部電極３が設けられている。ま
た、この電極２，３の間のアーク火点９に向つて
側壁よりシリカを吹込むための中空の黒鉛質のノ
ズ１１が挿入され、炉体１の外部の少なくともア
ーク火点９の上方に対応するところに加熱装置と
して高周波誘導加熱炉コイル４を設ける。この構
造のアーク炉においてその炉頂より上部電極３の
周囲に上記の炭素等の混合物６を装入し、下部電
極２と上部電極３の間のアーク火点９において、
ノズル１１より非酸化性ガスのキヤリアーととも
に吹込まれたシリカやSiOからシリコンが溶融物
として回収され、湯たまり１０が形成される。 また、炉体１の外部から高周波誘導加熱コイル
４によつて内部の装入物等は1800℃以上望ましく
は2000℃以上に加熱されているため、アーク火点
のほかに反応域は上部に拡大され、シリコンの回
収率は上昇する。 また、第１図に示す装置の電極１，２は、大型
炉にあつては第２図および第３図に示す如く水平
あるいは傾斜して向い合うように設置することで
同様の効果を挙げることができ、この場合、ノズ
ル１１は側壁の他に底部から挿入することもでき
る。更に、炉頂から排出されるSiOを回収する装
置は第４図に示す如く排ガス管１２をシリカ流動
層１３に連結する装置、および第５図に示す如く
排ガス管１２にシリカ粉末を供給口１７より供給
し、サイクロン１４で回収する装置の何れかが用
いられ、これらから回収されるシリカとSiOの混
合物は、流動層１３の固体排出口１５あるいはサ
イクロンの固体排出口１６と前述のシリカ吹込み
ノズル１１を直接つなぐことによつて不純物の汚
染を受けずに炉内に再循環することができる。 実施例 以下、実施例によつて更に説明する。 まず、第１図に示す小型のアーク炉（100KW）
を使用し、電源は直流を使用し、シリカ吹込みノ
ズル１１よりH2ガスをキヤリアとしてシリカ粉
末をアーク火点に直接吹込み、炉頂部から直径８
〜15mmのSiCと炭素のペレツトを装入した。な
お、このペレツはSiCを内装し表面にＣが存在す
る二層ペレツトであつた。 また、炉体の外部の高周波誘導加熱コイルによ
つて加熱高温反応ゾーンを拡大することも行なつ
た。この際の一般的な操業条件は次の通りであ
り、この外部加熱ありと外部加熱なしの各場合の
結果ならびに第５図に示すサイクロンで炉頂排ガ
スとともに炉外に排出されるSiOを回収再吹込み
した結果は第１表に示す通りであつた。 装入ペレツトのＣ／SiC＝１／１（モル比） SiCの吹込速度 ５Kg／時 H2ガスの吹込速度 3Nm3／時 なお、比較のために従来法によつて第１図で示
す装置においてシリカペレツトとＣのペレツトを
Ｃ／SiO2＝２／１のモル比で原料としてシリコ
ンを製造し、その結果も第１表に示した。
【表】
第１表の対比から明らかのように本発明方法に
よる場合は外部加熱ありなしの何れかのときにも
従来法に較べると、シリコンの歩留りは大巾に向
上し、しかも、シリカが飛散せずに固定されるた
め、電力原単位も大巾に向上している。 また、本発明方法による場合でも高周波誘導加
熱によつて外部加熱を行なつた時には外部加熱を
行なわない場合に較べると、シリコン歩留りは10
％向上して95％に達し、電力原単位も19KW／Kg
−Siに達し、大巾に向上した。また、SiOを回収
再吹込みすることでさらに改善でき、シリコン歩
留りは99％に達し、電力原単位は18KW／Kg−Si
に達した。 なお、SiCとＣとから成るペレツトを使用せず
にシリカとＣとから成るペレツトを炉頂部から装
入し、上記の如き条件でシリカ粉末をキヤリアガ
スとともに吹込んで、シリコンを製造した。この
場合も第１表に示す結果（外部加熱のあり、なし
の何れの場合も）とほとんど同様な結果が得られ
た。 ＜発明の効果＞ 以上詳しく説明したように、本発明方法は、ア
ーク炉内にその炉頂部から炭素若しくは炭素と炭
化珪素の混合物を装入し、シリカの還元によるシ
リコンの生成反応が主として起こる高温領域にシ
リカ等を粉末状態で供給してシリコンを製造する
ものである。従つて、高純度のシリコンの製造
に、国産の低品位シリカを精製して純度を向上さ
せた粉状のシリカを原料として利用できるため、
従来例のガス化法に依存せずに、太陽電池用のシ
リコンが安価かつ大量、更には効率よく製造でき
る。
よる場合は外部加熱ありなしの何れかのときにも
従来法に較べると、シリコンの歩留りは大巾に向
上し、しかも、シリカが飛散せずに固定されるた
め、電力原単位も大巾に向上している。 また、本発明方法による場合でも高周波誘導加
熱によつて外部加熱を行なつた時には外部加熱を
行なわない場合に較べると、シリコン歩留りは10
％向上して95％に達し、電力原単位も19KW／Kg
−Siに達し、大巾に向上した。また、SiOを回収
再吹込みすることでさらに改善でき、シリコン歩
留りは99％に達し、電力原単位は18KW／Kg−Si
に達した。 なお、SiCとＣとから成るペレツトを使用せず
にシリカとＣとから成るペレツトを炉頂部から装
入し、上記の如き条件でシリカ粉末をキヤリアガ
スとともに吹込んで、シリコンを製造した。この
場合も第１表に示す結果（外部加熱のあり、なし
の何れの場合も）とほとんど同様な結果が得られ
た。 ＜発明の効果＞ 以上詳しく説明したように、本発明方法は、ア
ーク炉内にその炉頂部から炭素若しくは炭素と炭
化珪素の混合物を装入し、シリカの還元によるシ
リコンの生成反応が主として起こる高温領域にシ
リカ等を粉末状態で供給してシリコンを製造する
ものである。従つて、高純度のシリコンの製造
に、国産の低品位シリカを精製して純度を向上さ
せた粉状のシリカを原料として利用できるため、
従来例のガス化法に依存せずに、太陽電池用のシ
リコンが安価かつ大量、更には効率よく製造でき
る。
第１図は本発明を実施する装置の一例の部分縦
断面図、第２図および第３図はそれぞれ他の例の
部分縦断面図、第４図および第５図はそれぞれ本
発明を実施する排ガス中の含シリカダストの回収
装置の一例を示す説明図である。 符号１……炉体、２……電極、３……電極、４
……高周波誘導コイル、５……出湯口、６……炭
素等の充填部分、７……炉頂部から装入される炭
素等、９……アーク火点、１０……溶融Siのたま
り、１１……シリカの吹込みノズル、１２……炉
頂排ガス管、１３……シリカ流動層、１４……サ
イクロン、１５……固体排出口（流動層）、１６
……固体排出口（サイクロン）、１７……シリカ
供給口。
断面図、第２図および第３図はそれぞれ他の例の
部分縦断面図、第４図および第５図はそれぞれ本
発明を実施する排ガス中の含シリカダストの回収
装置の一例を示す説明図である。 符号１……炉体、２……電極、３……電極、４
……高周波誘導コイル、５……出湯口、６……炭
素等の充填部分、７……炉頂部から装入される炭
素等、９……アーク火点、１０……溶融Siのたま
り、１１……シリカの吹込みノズル、１２……炉
頂排ガス管、１３……シリカ流動層、１４……サ
イクロン、１５……固体排出口（流動層）、１６
……固体排出口（サイクロン）、１７……シリカ
供給口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アーク炉内に炭素および／若しくは炭素含有
物質あるいは、これらのうち少なくとも一方と、
炭化珪素若しくは珪石のうちの少なくとも一方と
の混合物を充填し、電極間に発生するアーク火点
に炉側壁または底部より挿入したノズルにより
SiO2またはSiOを含む物質を直接供給して高温下
で反応溶融し、金属珪素を製造することを特徴と
する金属珪素の製造方法。 ２ アーク炉内に炭素および／若しくは炭素含有
物質あるいは、これらのうち少なくとも一方と、
炭化珪素若しくは珪石のうちの少なくとも一方と
の混合物を充填し、電極間に発生するアーク火点
に炉側壁または底部より挿入したノズルにより炉
頂排ガスをシリカ流動層の中に吹込みあるいはシ
リカとともにサイクロンに導くことにより排ガス
中の含シリコンダストをシリカとともに回収した
SiO2またはSiOを含む物質を直接供給して高温下
で反応溶融し、金属珪素を製造することを特徴と
する金属珪素の製造方法。 ３ 耐火性炉材より成るアーク炉々体にSiO2ま
たはSiOを含む物質をアーク火点に直接供給する
ノズルを設けるとともに、アーク炉々体外部の少
なくともアーク火点直上に相当するところに加熱
装置を設け、更に、排ガス中のダスト回収装置を
炉頂に設け、ダスト回収装置の固体排出口を前記
ノズルに直接連結してなることを特徴とする金属
珪素の製造装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60117461A JPS61275124A (ja) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 金属珪素の製造方法ならびにその装置 |
| AU57999/86A AU599316B2 (en) | 1985-05-29 | 1986-05-28 | Method and apparatus for preparing high-purity metallic silicon |
| CA000510225A CA1308233C (en) | 1985-05-29 | 1986-05-28 | Method and apparatus for preparing high-purity metallic silicon |
| NO862115A NO172228C (no) | 1985-05-29 | 1986-05-28 | Apparatur og fremgangsmaate for fremstilling av metallisk silisium av hoey renhet |
| DE8686401144T DE3688304T2 (de) | 1985-05-29 | 1986-05-29 | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von metallischem silicium hoher reinheit. |
| KR1019860004212A KR930005316B1 (ko) | 1985-05-29 | 1986-05-29 | 고순도금속 규소의 제조방법 및 장치 |
| EP86401144A EP0208567B1 (en) | 1985-05-29 | 1986-05-29 | Method and apparatus for preparing high-purity metallic silicon |
| US07/753,005 US5244639A (en) | 1985-05-29 | 1991-08-23 | Method and apparatus for preparing high-purity metallic silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60117461A JPS61275124A (ja) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 金属珪素の製造方法ならびにその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61275124A JPS61275124A (ja) | 1986-12-05 |
| JPH0417889B2 true JPH0417889B2 (ja) | 1992-03-26 |
Family
ID=14712248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60117461A Granted JPS61275124A (ja) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 金属珪素の製造方法ならびにその装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0208567B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61275124A (ja) |
| KR (1) | KR930005316B1 (ja) |
| AU (1) | AU599316B2 (ja) |
| CA (1) | CA1308233C (ja) |
| DE (1) | DE3688304T2 (ja) |
| NO (1) | NO172228C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1321706C (en) * | 1986-04-29 | 1993-08-31 | Alvin William Rauchholz | Silicon carbide as raw material for silicon production |
| US4981668A (en) * | 1986-04-29 | 1991-01-01 | Dow Corning Corporation | Silicon carbide as a raw material for silicon production |
| JPS6379717A (ja) * | 1986-09-24 | 1988-04-09 | Kawasaki Steel Corp | 金属珪素の製造方法およびその装置 |
| US4897852A (en) * | 1988-08-31 | 1990-01-30 | Dow Corning Corporation | Silicon smelting process |
| US4997474A (en) * | 1988-08-31 | 1991-03-05 | Dow Corning Corporation | Silicon smelting process |
| DE10048472A1 (de) * | 2000-09-29 | 2002-04-11 | Peter Plichta | Neuartiges Konzept zur Energieerzeugung über einen anorganischen Stickstoff-Zyklus, ausgehend vom Grundstoff Sand unter Erzeugung Höherer Silane |
| DE102008041334A1 (de) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | Evonik Degussa Gmbh | Herstellung von Silizium durch Umsetzung von Siliziumoxid und Siliziumcarbid gegebenenfalls in Gegenwart einer zweiten Kohlenstoffquelle |
| DE102010001093A1 (de) * | 2010-01-21 | 2011-07-28 | Evonik Degussa GmbH, 45128 | Verfahren zur Grobentkohlung einer Siliciumschmelze |
| DE102010001094A1 (de) * | 2010-01-21 | 2011-07-28 | Evonik Degussa GmbH, 45128 | Verfahren zur Entkohlung einer Siliciumschmelze |
| CN101850977B (zh) * | 2010-05-19 | 2011-04-20 | 南京亚格泰新能源材料有限公司 | 一种硅化镁反应炉 |
| IT1400174B1 (it) | 2010-05-25 | 2013-05-17 | Soilmec Spa | Asta telescopica (kelly) per la realizzazione di pali trivellati. |
| KR101220876B1 (ko) * | 2010-11-08 | 2013-01-11 | 임종문 | 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조장치 및 방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1310789A (fr) * | 1960-11-22 | 1962-11-30 | Union Carbide Corp | Production de silicium métallique |
-
1985
- 1985-05-29 JP JP60117461A patent/JPS61275124A/ja active Granted
-
1986
- 1986-05-28 AU AU57999/86A patent/AU599316B2/en not_active Ceased
- 1986-05-28 NO NO862115A patent/NO172228C/no unknown
- 1986-05-28 CA CA000510225A patent/CA1308233C/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-05-29 EP EP86401144A patent/EP0208567B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-05-29 DE DE8686401144T patent/DE3688304T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-29 KR KR1019860004212A patent/KR930005316B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3688304T2 (de) | 1993-08-05 |
| EP0208567A2 (en) | 1987-01-14 |
| JPS61275124A (ja) | 1986-12-05 |
| NO862115L (no) | 1986-12-01 |
| DE3688304D1 (de) | 1993-05-27 |
| EP0208567B1 (en) | 1993-04-21 |
| EP0208567A3 (en) | 1987-10-28 |
| AU599316B2 (en) | 1990-07-19 |
| NO172228B (no) | 1993-03-15 |
| CA1308233C (en) | 1992-10-06 |
| NO172228C (no) | 1993-06-23 |
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| KR860009152A (ko) | 1986-12-20 |
| KR930005316B1 (ko) | 1993-06-17 |
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