JPH05333B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規なケイ素粉末製品及び該ケイ素粉
末の連続的製造法に関する。

従来の技術 ケイ素は主として電気炉における炭素熱還元
（carbothermal reduction）によつて製造されて
いる。電気炉から湯出しされた溶融ケイ素は通
常、例えば鋳鉄鋳型内に鋳造されて、やゝ大きい
ブロツク状に鋳造される。多くの種々の応用では
ケイ素が粉末状で用いられるので、これらの応用
のために塊状ケイ素又はケイ素片は機械的に破砕
された後、所望の化学的分析値を有する設定粒子
サイズに粉砕する。しかしながら、この方法は多
くの不利益と欠陥を有する。溶融ケイ素に添加さ
れる合金化成分及び溶融ケイ素に含有されている
不純物類はケイ素塊鋳造時に強い偏析傾向を示
し、かつ固体ケイ素中の結晶粒子サイズはケイ素
のブロツク鋳造によつて必然的に得られる遅い冷
却速度によつて大きくなる。塊状鋳造ケイ素の機
械的破砕及び粉砕の際に、種々の応用には不都合
である、偏析及び初めから大きい粒子サイズによ
つて不均一な粉末製品が得られる。

ケイ素の塊状鋳造では更に酸化物、炭化物、窒
化物及び炭窒化物が形成される。これらの化合物
は少量であつても望ましくないものである。

破砕及び粉砕工程も、破砕及び粉砕設備の磨耗
による鉄によりケイ素が汚染される。

ケイ素塊の破砕及び粉砕時に、ケイ素粒子の破
断面が酸化され、従つて、生成された粉末は個々
の粒子表面上に望ましくない酸化物層を有するこ
とになる。

最後に、破砕及び粉砕工程は騒音、粉塵及び熱
応力の環境問題を構成する要因となる。

従つて、電気製錬炉から湯出しされた溶融ケイ
素から直接ケイ素粉末を連続的に製造する方法を
提供することが必要となつた。

例えば、不活性ガスによる噴霧化、液体による
噴霧化、急速回転デスクによる噴霧化等の如き、
種々の方法が一般に金属粉末の製造用として知ら
れている。しかしながら、金属粉末製造のこれら
公知方法は、一定量の金属を溶融しかつ噴霧化す
るバツチ式工程であり、そのために経済的に成り
立たず、これら公知方法の使用では、通常の鋳造
工程及び再溶解のルートを経ることなしに、製錬
炉から湯出しされた溶融金属から直接ケイ素粉末
を連続的に製造することは不可能である。本発明
者等の知る限りでは、ケイ素のガス噴霧法は公知
でない。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は塊状鋳造ケイ素から製造された
ケイ素粉末の前述の諸欠点を示さないケイ素粉末
を提供しかつケイ素粉末の連続的製造法を提供す
るものである。

課題を解決するための手段 本発明の第１の要旨は、溶融ケイ素のガス噴霧
によりケイ素粉末を製造し、該ケイ素粉末が0.1
〜1000μmの粒子サイズ、0.001〜１m²／ｇの比表
面積及び下記の重量％の化学的組成を有し： 0.1−１％ Fe 0.01−１％ Al ０−８％ Cu ０−１％ Ca ０−１％ Zn ０−１％ Sn ０−0.5％ Ｂ ０−0.5％ Ｐ ０−0.5％ Na ０−0.5％ Li ０−0.5％ Ｋ ０−0.5％ Mg ０−0.5％ Sr ０−0.5％ Ba ０−0.5％ Be 残部がケイ素と、Ti，Ｖ，Cr，Mo，Ｗ及びZr
の如き0.3％より少ない不純物、 からなることを特徴とするケイ素粉末に関する。

前記ケイ素粉末の好ましい具体例としては、重
量％で0.25−0.55％のFe、0.05−0.45％のAl、
0.005−0.20％のCa、残部通常の不純物を除いて、
ケイ素である。

前記ケイ素粉末の別の好ましい具体例として
は、重量％で0.25−0.55％のFe、0.05−0.45％の
Al、0.005−0.20％のCa、１−６％のCu、残余通
常の不純物を除いてケイ素である。

本発明によるケイ素粉末は、ケイ素粉末をアル
キルー又はアリルクロライドと反応させてオルガ
ノシラン類の製造に用いかつクロロシラン類の製
造に特に好適である。

オルガノシラン類の製造では、ケイ素粉末は銅
触媒と亜鉛及び錫の如き促進剤の存在でアルキル
ー又はアリルクロライドと反応される。本発明に
よるケイ素粉末を用いるとシランの製造時に大い
に増加した製造比率が得られる。オルガノシラン
類の製造に本発明のケイ素粉末の使用による特段
の利点は、銅触媒及び亜鉛及び錫の如き促進剤が
本発明のケイ素粉末自体に存在し得ることであ
る。

本発明によるケイ素粉末は更にセラミツク及び
耐火物材料用及びアルミニウム溶湯中にケイ素粉
末の注入によるアルミニウムの合金化用に有利に
用いられる。

本発明のその他の要旨は： ａ 電気製錬炉においてケイ素を連続的に製造
し、 ｂ 金属処理容器において溶融ケイ素を精製及び
合金化し、 ｃ 該金属処理容器から保持炉へ溶融ケイ素を連
続的に供給し、 ｄ 密閉型噴霧装置へ連続的に溶融ケイ素を供給
し、該噴霧装置内で溶融ケイ素を圧力容器又は
圧縮ユニツトから供給される不活性ガスによつ
て噴霧化し、 ｅ 該噴霧装置から噴霧化したケイ素粉末を連続
的に取り出し、 ｆ 噴霧化したケイ素粉末と不活性ガスを固体／
ガス分離機内で分離し、 ｇ 該ケイ素粉末を設定粒子サイズ部分に篩分け
し、 ｈ ケイ素粉末の異なる粒子サイズ部分を密閉型
製品サイロに供給し、 ｉ 不活性ガスから若干残つている固体粒子を除
去するために、前記ｆ工程からの不活性ガスを
過し、 ｊ 前記ｉ工程からの不活性ガスを冷却かつ圧縮
し、かつこの圧縮不活性ガスを圧力容器又は直
接噴霧装置に再循環する ことを特徴とするケイ素粉末の連続製造法に関す
る。

本発明の好ましい具体例では、噴霧化したケイ
素粒子の表面を改質するための化合物を噴霧化装
置の出口端部に、噴霧化装置と固体／ガス分離機
間に、又は固体／ガス分離機内に、噴射すること
からなる粉末ケイ素の製造法にある。

本発明による製造法では、溶融ケイ素の工程ｄ
における噴霧化ユニツトへの供給から、篩分けし
たケイ素粉末を製品サイロに供給されるまで、ク
ローズドシステム及び不活性雰囲気で処理され
る。

従つて、ケイ素粉末への不純物類の供給の可能
性は排除される。

本発明によるケイ素粉末の製法を添付図面に基
いて詳述する。

第１図は本発明製造法の概略図である。

第１図には、二酸化ケイ素原料と炭素質還元材
からケイ素の炭素熱還元用の電気製錬炉１が図示
してある。溶融ケイ素は湯出口２で該電気炉１か
ら連続的に湯出しされ、処理槽３に移され、そこ
でケイ素は精製されかつ通常の方法で合金化され
る。しかるのち、処理済溶融ケイ素は保持炉４に
移される。該保持炉４から連続的かつ一定又は実
質的に一定量のケイ素が噴霧化装置５に供給され
る。

この噴霧化装置５はその上部が密閉タンク６か
らなり、不活性ガス供給用の多数のノズルを有す
る噴霧化ユニツト７が配設してあり、そこでケイ
素の連続流を小さい溶融小滴に破断し、前記タン
ク６を通る自由な落下中に凝固する。噴霧化装置
５では、ケイ素が数秒中に凝固する。このために
偏析のない極めて均質なケイ素粒子が得られかつ
不活性雰囲気によつて、酸化物、炭化物、窒化物
又は炭窒化物がケイ素粒子内に形成されない。従
つて、清浄かつ均質な粉末が得られる。

ケイ素粉末は密閉タンク６の底部８に集められ
る。該タンク６の底部８からケイ素粉末及び不活
性ガスは粉末と不活性ガスとの分離装置９に供給
される。該装置９はサイクロンが好適である。粉
末と不活性ガスとの分離装置９の底部１０から、
ケイ素粉末を異なるサイズ部分に篩分けする密閉
式篩分けユニツト１１に連続的に供給する。しか
るのち、ケイ素粉末の異なるサイズ部分はケイ素
粉末用の製品サイロ群１２にクローズドシステム
（閉回路方式）で移送される。

前述のことから明らかなように、噴霧化装置５
内で形成されたケイ素粉末から、該粉末が製品サ
イロ群１２に供給されるまで不活性雰囲気である
クローズドシステムでケイ素粉末が移送される。
従つて個々の粒子の表面酸化は生じない。

ケイ素粉末と不活性ガスとの分離装置９から、
不活性ガスはフイルター１３、好ましくはバグフ
イルターに仕向けられ、そこで若干残つているケ
イ素粒子が除去されかつ製品サイズ１２の１つに
移送される。清浄化した不活性ガスは、該不活性
ガスがコンプレツサー１５内で圧縮されかつ不活
性ガス用の圧力タンク１６に供給される前に、不
活性ガスを冷却するクーラー１４に向けられる。
この圧力タンク１６からの不活性ガスは噴霧化ユ
ニツト７のノズル群に再循環される。

噴霧化工程の始動前には、前記クローズドシス
テムからすべての酸素含有ガスを除去することが
必要である。このために、不活性ガス用の第２圧
力タンク１７を備えている。更に、フイルター１
３の下流に、始動前に酸素含有ガスを除去するの
に用いられたガス抜き用ブリードバルブが配設し
てある。更に第２圧力タンク１７は、噴霧化工程
時に篩分けユニツト及び製品サイロ群でロスした
不活性ガスの消費量に対する不活性ガスの追加量
を供給するのにも用いられる。しかしながら、こ
のロスは極めて低く、通常噴霧化ユニツト７に供
給される不活性ガスの１％より少ない。

噴霧化タンク６の底部８とケイ素粉末と不活性
ガスとの分離装置の間に、ケイ素粉末粒子の表面
を改質する化合物類の添加用装置１８を配設する
のが好ましい。

噴霧化装置に供給される溶融ケイ素量に関連し
て噴霧化ノズル群５への不活性ガスの量を調節す
るために、不活性ガス量の自動調節用コントロー
ルユニツトが配設してある。

下記の実施例は、ケイ素とメチルクロライドの
反応によりオルガノシラン類の製造に本発明によ
るケイ素粉末を用いて得られる利点が示されてい
る。

実施例 １ 直径30mmでスパイラル攪拌具を備えた攪拌ベツ
ト反応器において、下記のテストを実施した。

すべてのテストにおいて、同量のケイ素又は
銅、ケイ素合金を用いた。ケイ素の粒子サイズは
70〜160μm間とした。圧力２バールでメチルクロ
ライドを反応器底部に供給した。メチルクロライ
ドの量を一定に保ちかつ全テストにおいて２バー
ルで約1.5／時とした。予熱后反応を開始し、
静止状テスト相を300℃に設定した。これらの条
件下で単位時間当りのシランの生成量を測定し
た。得られた結果は２バール、1.5／時間メチ
ルクロライド及び300℃の一定条件下で４個のテ
ストの平均値である。反応器に供給された接触配
合材は40ｇのケイ素、3.2ｇの銅触媒及び0.05ｇ
のZnOからなつている。この配合材は反応器に添
加前に均質としてある。

テストＡ及びＢは通常の方法による破砕及び粉
砕で製造されたケイ素粉末による試験である。テ
ストＣは本発明により製造されたケイ素粉末によ
る試験である。

テストＡ，Ｂ及びＣに用いられたケイ素の化学
組成は下記のとおりである： Ａ Ｂ Ｃ 重量％ 重量％ 重量％ Fe 0.43 0.3 0.52 Al 0.32 0.19 0.38 Ca 0.07 0.10 0.08 下記のシラン生成率がこれら３種類のテストで
得られた： テストＡ： 5.7ｇ／時間 テストＢ： 5.2ｇ／時間 テストＣ： 8.3ｇ／時間 このテスト結果は、本発明による噴霧化したケ
イ素粉末を用いることにより45％の生成率の増加
を示し、従来のケイ素粉末に比較してそれぞれ56
％達成された。

実施例 ２ 実施例１に記載した同一反応器にかつ同一条件
（２バール、1.5／時間のメチルクロライド及び
300℃）で、下記の化学組成を重量％で有し： Fe：0.34％，Al：0.40％，Cu：5.75％，
Zn：0.14％，Ca：0.10％ 残余が不純物以外はケイ素である。本発明によ
る噴霧化したケイ素粉末を供給した。

２種のテスト試験におけるシラン類の生成率は
夫々8.13ｇ／時間及び9.9ｇ／時間と測定され、
かつ実施例１のテストＡ及びＢの通常の破砕及び
粉砕したケイ素の使用に比べて生成率の大いなる
増加を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一例を示すフローシート
であり、 図中：１……電気製錬炉、２……湯出口、３…
…処理槽、４……保持炉、５……噴霧化装置、６
……密閉タンク、７……噴霧化ユニツト、８……
底部、９……分離装置、１０……底部、１１……
篩分けユニツト、１２……製品サイロ、１３……
フイルター、１４……クーラー、１５……コンプ
レツサー、１６……圧力タンク、１７……第２圧
力タンク、１８……添加装置。

【特許請求の範囲】

１ 電気炉にて、シリコン、炭化珪素又はフエロ
シリコン製造用の未焼結ブリケツトを製造する方
法であつて、珪砂、カーボン担体及びビチユーメ
ン結合剤を混合して成るペレツトを使用しその加
熱処理により製造する方法において、該方法を溶
融ビチユーメン状粘結炭を有しないペレツトを用
いて行い、かつ該ペレツトの比重を上記混合物の
混合割合で制御しかつ圧縮度合で調節して珪砂の
嵩密度より大となし、上記ペレツトを、その加熱
処理が珪砂の湿潤床中で行うべく、下部に珪砂を
充填した加熱回転管状炉中に導入することを特徴
とする方法。 ２ 請求項１記載の方法において、35〜65重量％
の珪砂を含有しかつ1.4〜1.6の比重を有するペレ
ツトを使用する方法。 ３ 請求項１又は２記載の方法において、回転管
状炉、したがつて珪砂湿潤床が最終的に500℃ま
で加熱される方法。 ４ 請求項１〜３のいずれか１項記載の方法にお

Claims (1)

1. の如き0.3％より少ない不純物、 からなることを特徴とするケイ素粉末。 ２ 重量％で0.025−0.55％のFe、0.05−0.45％の
   Al、0.005−0.20％のCa、通常の不純物を除いて、
   残部がケイ素である請求項１記載のケイ素粉末。 ３ 重量％で0.025−0.55％のFe、0.05−0.45％の
   Al、0.005−0.20％のCa、１−６％のCu、通常の
   不純物を除いて残余がケイ素である請求項１記載
   のケイ素粉末。 ４ ａ 電気製錬炉においてケイ素を連続的に製
   造し、 ｂ 金属処理容器において溶融ケイ素を精製及び
   合金化し、 ｃ 該金属処理容器から保持炉へ溶融ケイ素を連
   続的に供給し、 ｄ 密閉型噴霧装置へ連続的に溶融ケイ素を供給
   し、該噴霧装置内で溶融ケイ素を圧力容器又は
   圧縮ユニツトから供給される不活性ガスによつ
   て噴霧化し、 ｅ 該噴霧装置から噴霧化したケイ素粉末を連続
   的に取り出し、 ｆ 噴霧化したケイ素粉末と不活性ガスを固体／
   ガス分離機内で分離し、 ｇ 該ケイ素粉末を設定粒子サイズ部分に篩分け
   し、 ｈ ケイ素粉末の異なる粒子サイズ部分を密閉型
   製品サイロに供給し、 ｉ 不活性ガスから若干残つている固体粒子を除
   去するために、前記ｆ工程からの不活性ガスを
   過し、 ｊ 前記ｉ工程からの不活性ガスを冷却かつ圧縮
   し、かつこの圧縮不活性ガスを圧力容器又は直
   接噴霧装置に再循環する ことを特徴とするケイ素粉末の連続製造法。 ５ 噴霧化したケイ素粒子の表面を改質するため
   の化合物を噴霧化装置の出口端部に、噴霧化装置
   と固体／ガス分離機間に、又は固体／ガス分離機
   内に、噴射することからなる請求項４記載のケイ
   素粉末の連続製造法。