KR101005530B1 - 클로로실란으로부터 알루미늄과 기타 염화 금속을 제거하는 방법 - Google Patents

클로로실란으로부터 알루미늄과 기타 염화 금속을 제거하는 방법 Download PDF

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Abstract

씨드 공급원을 불순물을 함유한 액체 클로로실란 용액 내로 도입하는 단계, 제1 교반 용기내에서 액체 클로로실란으로부터 씨드 상에 알루미늄과 기타 염화 금속의 결정화를 개시하는 단계, 추가 결정화를 위한 제2 교반 용기내로 냉각기를 통해 생성된 고체와 액체 혼합물을 통과시키는 단계, 고체 제거 장치 내로 생성된 고체와 액체 혼합물을 이동시키는 단계, 추가 공정 또는 용기로 고체 함량이 감소된 액체를 이동시키는 단계, 및 고체 함량이 높은 액체를 폐기물 농축 장치로 이동시키는 단계, 추가 공정 또는 용기로 고체 함량이 감소된 생성된 액체를 통과시키는 단계, 및 고체 함량이 매우 높은 생성된 액체를 교반하는 폐기물 저장 용기로 통과시키는 단계를 갖는, 액체 클로로실란으로부터 알루미늄과 기타 염화 금속을 제거하는 방법.

Description

클로로실란으로부터 알루미늄과 기타 염화 금속을 제거하는 방법{A PROCESS FOR REMOVING ALUMINUM AND OTHER METAL CHLORIDES FORM CLOROSILANES}
본 발명은 일반적으로 클로로실란 제조 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 클로로실란으로부터 알루미늄 및 기타 염화 금속을 제거하는 방법에 관한 것이다.
광전지 장치에 대한 요구가 증가함에 따라, 고순도의 규소를 제조하는 대부분의 방법에서, 제1 단계는 야금 등급 규소(metallurgical grade silicon, MGS)로 알려져 있는 불순물이 섞여 있는 약 99%의 규소를, 액체 클로로실란, 일반적으로 트리클로로실란, SiHCl3로 전환하는 단계이며, 이는 매우 높은 수준으로 정제될 수 있으며 그 후 매우 높은 순도의 고체 규소로 다시 전환된다. 유동층 반응기(fluidized bed reactor)에서 통상적으로 일어나는 이 제1 단계에서, 불순물이 섞여 있는 고체 규소는 염소 함유 기체와 반응하고 많은 불순물은 사이클론과 같은 먼지 제거 설비나 이 반응기 내에서 고체로서 유지된다. 그러나, 알루미늄, 및 안티몬, 붕소, 탄소, 인듐, 인산갈륨, 탈륨, 주석, 티타늄, 아연 및 지르코늄과 같은 기타 다른 오염물질의 특성상 이들은 소정의 클로로실란과 수행 반응기에서 휘발성 화합물을 형성하게 된다. 따라서 이의 주된 성분들이 디클로로실란, SiH2Cl2, 트리클로로실란, SiHCl3 및 사염화규소(또한 테트라클로로실란으로도 알려짐), SiCl4인 액체 클로로실란 혼합물을 형성하기 위해, 이들은 냉각되는 반응기로부터 유출되는 기체 중에 존재하며, 이는 통상적인 수단, 주로 증발에 의해 정제될 수 있다. 알루미늄은 야금 등급 공급 원료 중에 2000-10000 ppma의 많은 양으로 존재하고 붕소와 같이 고순도의 규소 중에 전기적으로 활성 도펀트(dopant)로서 작용하기 때문에, 매우 낮은 정도로 감소되어야만 한다는 것이 특히 중요하다. 그러나 붕소는 야금 등급 공급 원료 중에 약 20-100 ppma으로만 존재한다. 또한, 염화 알루미늄, AlCl3은 대기압에서 액체 상을 형성하지 않는 특이한 특성을 갖는다. 일반적으로 증발에 사용될 수 있는 대기압에 근접한 압력에서, 고체에서 기체로 바로 전환된다. 그러나 클로로실란 중 부분 가용성은 온도에 의존한다. 따라서, 염화 알루미늄을 증류에 의해서 제거할 수 있으나, 증류 시스템 내에서 고체 침착물을 형성하는 것은 매우 어렵고, 고 농도의 알루미늄을 갖는 액체 폐기물을 직접 생성하는 것도 불가능하며, 따라서 높은 경제성 및 환경적 측면에서 더 많은 폐기물의 폐기 처리가 필요하다. 전술한 바와 같이, 휘발성 화합물이 형성되고 또한 염화물인 기타 금속들이 존재한다. 이들 염화물 중 대부분의 안티몬, 인듐, 갈륨, 탈륨, 주석, 아연 및 지르코늄은 알루미늄과 유사하게 움직이며, 따라서 이와 함께 제거되는 경향이 있으나, 하나, 티타늄은 그러하지 않다. 휘발성 화합물을 형성하는, 남은 원소, 붕소, 탄소 및 인 중, 붕소와 탄소 화합물은 알루미늄과 같이 행동하지 않으며, 기타 다른 방법으로 제거되어야만 한다. 또한 인 화합물은 알루미늄과 같이 행동하지 않으나, 특정 인 화합물, PH3, PH4Cl, PCl5 및 POCl3은 염화 알루미늄과 결합하여 부산물을 형성할 수 있으며, 알루미늄과 제거될 수 있으나, 하나, PCl3는 그러하지 아니하다. 부산물은 루이스 염기 및 루이스 산의 혼합물과 약하게 결합하며, 용이하게 형성되고 분리될 수 있다. 고체 염화 알루미늄/포스핀 부산물의 분리 가능성은 특히 필터 또는 탱크 중에 포획된 고체가 예기치 않게 기체성 또는 용해된 포스핀을 방출할 수 있으며, 인 농도의 스파이크(spike)를 야기할 수 있기 때문에, 특히 중요하다.
클로로실란 제조에 관한 대부분의 종래 특허는 염화 금속의 제거나 염화 알루미늄에 이를 결합시켜 인을 제거하는 것에 대해 개시하고 있지 않다. Breneman의 미국 특허 4,676,967의 "고 순도의 실란과 규소 생성물"에서, 염화 금속의 존재는 폐기물 스트림 중 일부로서 우연하게 제거되는 것으로 언급되며, 이의 주된 목적은 이월 야금 규소 분말의 제거이다. 고체는 컬럼의 바닥에 가라앉게 되며, 액체와 고체의 바닥 내용물은 주기적으로 폐기를 위해 블로우 다운(blown down)된다. 이것은 "전체 통합 과정에서의 폐기물 스트림 일 뿐"이다(5 페이지 40 줄).
Block 등의 US 특허 출원 2004/0042949 A1의 "클로로실란으로부터의 알루미늄 제거 방법" 및 Block 등의 미국 특허 6,887,448의 "고 순도 규소의 제조 방법."이들 발명은 160℃ 보다 높은 온도 및 고압(25-40 bar)에서 증류를 이용한다.
Lord의 미국 특허 출원 2007/0098612 A1의 "규소 제조 설비에서 불순물을 제거 하기 위한 일련의 방법." 이 명세서에서는 다양한 종래 기술의 공정에 대해 논의하고 있으며, 고체 염화 알루미늄을 제거하기 위해 추가 여과 단계가 필요하며, 클로로실란계 공정에서, 클로로실란과 브로모실란간의 차이에 기초한 공정이 수행됨을 언급하고 있다.
또한 종래 기술의 분리 기술의 단점이 알루미늄을 함유하는 폐기물을 처리하기 위한 종래 기술에서 논의된다. Ruff, US 5,066,472, 1 페이지, 28 줄에는, "클로로실란이 일반적으로 증류에 의해 고체 잔류물에서부터 대개 분리되며, 잔류물로서 별개 공정이 필요한 현탁액을 남긴다." 그는 또한 1 페이지, 67 줄에서 "따라서, 증류 잔류물의 제조를 위한 방법에서 클로로실란의 회수의 문제가 발생한다.."고 기술하고 있다. 제1 단계에서, 잔류물은 스크류 건조기(screw dryer)에서 증발시켜 농축된다.
유사한 단계가 Breneman의 미국 특허 4,743,344 및 Breneman의 특허 출원 US 2006/0183958에 개시되어 있다. 따라서 종래 기술의 주된 문제점은 알루미늄을 함유하는 폐기물 스트림이 중요한 클로로실란을 너무 많이 함유하며 이 물질을 회수하기 위해 상당한 에너지가 소비되어야 한다는 점은 명백하다.
Block, US 2004/0042949 A1은 염화 알루미늄이 기체 상에서 승화에 의해 전체 컬럼의 도처에 분포되어 알루미늄을 분리하지 못하고, 컬럼의 도처에 고체 염화 알루미늄을 침착시키며 궁극적으로 세정을 위한 컬럼을 폐쇄시킨다고 하는 종래의 증류 분리의 추가적인 결함을 밝혀냈다. 이의 발명에서 고온 및 고압(25-40 bar)에서의 증류는 염화 알루미늄 액체를 유지하나 고압으로 인해 고 에너지 소비와 많은 자본의 소비와 같은 유사한 결점을 갖는다. 사실상 반응기로부터의 전체 유출물이 위로 비등 제거되기 때문에 에너지 소비는 높은 것으로 알려져 있다. 또한 유사하게, 전체 플랜트 유출물은 증발되어야 하기 때문에 자본비(capital cost)가 높다. 또한 추가 증류가 부산물로서 사염화규소로부터 소정의 트리클로로실란을 분리하기 위해 필요하다.
Lord, US 2007/0098612 A1는 염화 알루미늄을 여과하는 방법, 또는 더욱 중요하게는, 용이하게 여과될 수 있는 적절한 고체의 형성을 야기하는 방법을 단정하고 있지는 않다. 여과 공정은 높은 자본의 배치법으로 수행된다. 종래 기술에서의 추가 단점은 염화 금속이 사염화규소에서 보다 트리클로로실란에서 덜 가용성이라는 점, 또는 염화 알루미늄을 포함하는 포획된 고체가 흡수될 수 있으며 포스핀, PH3, 또는 염화 알루미늄에 결합되는 기타 잠재적인 인 화합물, PH4Cl, POCl, PCl5을 방출할 수 있다는 점에 대해 언급하고 있지 않다.
발명의 개요
본 발명의 주된 목적은 클로로실란으로부터 염화 알루미늄을 제거하는 우수한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다른 고체 오염물질과 고체로서 알루미늄을 제거하는것이다.
본 발명의 다른 목적은 또한 고체를 형성하는 클로로실란 중에 일반적으로 존재하는 기타 휘발성 염화 금속을 제거하는 것이다.
다른 목적은 염화 알루미늄에 인 화합물을 결합시키고 트리클로로실란 내로 인 화합물의 스파이크의 연속 재방출을 억제하여 인을 제거하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 적은 공정 비용의 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 자본비의 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 염소 내용물의 회수에 적절한 형태의 폐기물 스트림을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부되는 도면과 관련하여, 하기 설명으로부터 명백히 기술될 것이며, 여기서, 본 발명의 구체예는 설명과 실시예에 의해 개시된다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 액체 클로로실란으로부터 알루미늄 및 기타 염화 금속을 제거하는 방법을 개시하며, 이는 하기 단계를 포함한다:
교반 수단을 공정 용기에 제공하는 단계,
불순물을 함유한 액체 클로로실란의 용액 및 씨드(seed) 물질을 공정 용기 내로 도입하는 단계로서, 상기 불순물을 함유한 액체 클로로실란의 용액은 그 안에 염화 알루미늄과 기타 염화 금속을 갖는 것인 단계,
씨드와 액체 클로로실란 용액을 혼합하면서 액체 클로로실란 용액 중에 용해되거나 현탁된 염화 알루미늄 및 기타 부분 가용성 염화 금속을 유지시켜 씨드 상에 알루미늄과 염화 금속 층을 침착시키는 단계,
씨드와 액체 클로로실란 용액의 혼합물을 고체 제거 용기 내로 이동시키는 단계로서, 고체 함량이 높은 액체의 제1 스트림과 고체 함량이 감소된 액체 용액의 제2 스트림이 생성되는 것인 단계,
고체 함량이 감소된 액체 용액의 제2 스트림을 추가 공정 또는 용기로 이동시키고, 고체 함량이 높은 액체의 제1 스트림을 폐기물 저장 용기 또는 추가 공정 용기로 이동시키는 단계.
도면은 본 발명의 상세한 설명을 구성하며, 다양한 형태로 구체화될 수 있는 본 발명에 대한 예시 구체예를 포함한다. 본 발명의 이해를 돕기 위해 본 발명의 일부 다양한 양태가 과장하거나 확대되어 도시될 수 있을 것으로 이해된다.
도 1은 통상적인 클로로실란 제조 설비 내 본 방법 및 이의 통합을 포함하는 공정의 흐름도이다.
도 2는 사염화규소(STC) 및 트리클로로실란(TCS) 중 삼염화알루미늄의 용해도의 차트이다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
바람직한 구체에의 상세한 설명이 본 명세서에 개시된다. 그러나 이는 본 발명이 다양한 형태로 포함될 수 있다는 것으로 이해되는 것이다. 따라서, 본 명세서의 상세한 설명은 이로 제한하려는 것이 아니라 실제로 임의의 적절한 구체적인 시스템, 구조 또는 방식으로 본 발명을 실시하기 위해 당업자에게 교시하기 위한 예시적인 사항 및 청구항에 대한 사항으로 해석된다.
먼저 도 1에서, 일반적인 클로로실란 제조 반응기(100)가 도시되며, 이는 분말 규소 및 기타 고체, 클로로실란, 수소, 염화수소, 염화 알루미늄과 기타 염화 금속에 제한되지 않으나 이들을 비롯한 기체 및 고체의 혼합물을 포함하는 유출물(101)을 생산한다. 이 스트림(101)은 사이클론이나 필터 시스템과 같은 고체 제거 수단(102)으로 유입되고, 이로부터 대부분의 고체가 스트림(103)으로 배출된다. 그러나, 씨드의 외부 공급원으로 작용하는 충분한 고체가 정제된 기체 스트림(104) 에 남아있다. 그 후 정제된 기체(104)가 열 교환기나 냉각 시스템과 같은 열 제거 수단(105)에 의해 냉각되고, 정제된 기체 스트림(104)의 일부가 응축되어 고체, 액체 및 기체를 함유하는 스트림(106)을 형성한다. 그 후 이 스트림(106)은 초기 기체 분리장치/결정장치(107)로 유입된다. 기체 스트림(112)은 냉각 공급제(118)과 회수물(119)을 갖는, 열 제거 시스템(113)에서 냉각된다. 주로 수소와 염화수소를 포함하게 되는 기체 스트림(112)은 초기 기체 분리장치/결정장치를 이탈하여 재생된다. 액체와 고체가 초기 기체 분리장치/결정장치(107)의 바닥에 수집되며, 여기서 교반기(108)에 의해 혼합되어 액체 중에 고체가 현탁되도록 유지되며 경우에 따라 추가 씨드로 제공될 수 있는, 잠재적인 재생 시스템(152) 중에서 혼합된다. 스트림(120) 중의 액체와 고체 혼합물은 초기 기체 분리장치/결정장치(107)에서 배출되고, 열 교환기 또는 냉각 시스템과 같은 추가 열 제거 장치(121)로 유입되어 과포화 용액(122) 및 용액(122) 중에 현탁된 씨드 상에 추가 결정을 형성하게 된다. 그 후 과포화 용액(122)은 조절 밸브(123)을 통과하고, 저압 스트림(124)으로 배출되고, 제2 기체 분리장치/결정장치(125)로 유입된다. 임의의 방출 기체 및 증기(128)가 위로 나가고, 그 후 제2 기체 분리장치/결정장치(125) 내 압력을 조절하는 조절 밸브(129)를 통과한다. 그 후 감압 기체 스트림(170)은 제1 클로로실란 증류 컬럼(160)으로 유입된다. 제2 기체 분리장치/결정장치(125)에 유입되는 기체와 고체는 이의 바닥 부분에 유지되며 교반기(126)로 혼합된다. 슬러리(127)가 제2 분리장치/결정장치(125)에서 빠져나와 액체 사이클론 또는 필터(130)와 같은 제1 고체 분리장치 수단으로 유입된다. 대부분의 고체는 일부 액체 클로로실란과 함께 고체 스트림(131)으로 배출된다. 그 후 이 스트림은 액체 사이클론 또는 필터(132)와 같은 제2 고체 분리 수단에서 추가 처리되어, 높은 고체 스트림(140)에서 고체를 더 농축하게 되며, 추가의 유용한 클로로실란은 주로 액체 스트림(133)에서 회수된다. 높은 고체 스트림(140)은 폐기물 탱크(142)로 바로 밸브(141)를 통해 배출괴며, 이는 교반기(143)로 교반되고, 차례로 가열 공급기(148) 및 회수물 스트림(149)를 갖는, 자켓(147)에서 가열된다. 액체 및 고체 스트림(144)은 추가 처리 또는 폐기를 위해 보내진다. 증기 스트림(145)도 폐기 또는 추가 처리를 위해 보내질 수 있다. 추가 폐기물 스트림(146)은 설비 중의 어느 부분으로부터 탱크로 유입되는 것으로 도시된다.
고체가 감소된 스트림을 갖는 회수된 액체 클로로실란(136)은 제1 고체 분리 수단(130)에서 배출되며, 조절 밸브(137)를 통해 통과되어 압력이 낮은 스트림(138)을 형성한다. 고체가 감소된 스트림을 갖는 회수된 액체 클로로실란(133)은 제2 고체 분리 수단(132)에서 배출되며, 조절 밸브(134)를 통해 통과되어 낮은 압력 스트림(135)을 형성한다. 양 스트림은 병합되어 일반적으로 2-10 bar에서 작동하는, 증발 컬럼(160)을 위한, 액체 공급물 스트림(139)을 형성한다. 1 ppb 미만의 일반 알루미늄 농도를 갖는 정제된(purified) 트리클로로실란이 스트림(161)으로 배출되며, 남은 AlCl3은 일반적으로 30-100 ppm 농도로 바닥 스트림(162)으로 배출된다. 공급물 스트림(139)은 임의 공급물 히터(163)에 의해 가열되어 일반적인 증발 지침에서와 같이 컬럼(160)내로 유입되기 전에, 가열된 스트림(159)을 형성할 수 있다. 또한 추가 흡입 라인(150), 펌프(151) 및 배출 라인(152)의 제공에 의해, 제2 기체 분리장치/결정장치(125)로부터 슬러리 중 일부가 재생되는 것도 가능하다. 동일한 목적을 위한 추가 변형이 가능하다. 예를 들어, 압축장치(164)가 제2 기체 분리장치/결정장치(125)에서 압력을 감소시키기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 액체가 증발됨으로써 냉각되며; 이것은 슬러리 스트림(127)을 가압하기 위한 펌프(도시 않음)의 사용을 필요로 할 수 있다. 조절 밸브(123)는 냉각 수단(121)의 전면에 위치할 수 있다.
도 1에 따른 공정의 사용의 실시예의 경우, 물질 밸런스를 표 1에 도시한다. 반응기(100)는 30 bar에서 작동되며, 고체 제거 수단(102)은 유출물 중 0.03 kg/hr의 씨드를 생산하는, 96%의 효율을 갖는 사이클론이다. 기체와 씨드의 혼합물은 본 공정에서 열을 회수하는, 튜브 열 교환기(105) 및 쉘(shell)에서 냉각되며 그 후 초기 탈기제/결정장치(107)로 유입되며, 이는 자기 드라이브 교반기(108)를 갖으며 1 시간의 체류시간의 압력 용기이다. 배출구 액체 스트림(120)은 일반적으로 클로로실란과 메틸 클로로실란 외에 표 2에 도시된 바와 같은 농도의 불순물을 함유한다. 열 제거 수단(121)은 스티킹(sticking)을 줄이기 위해 내부적으로 광택 있거나 또는 테플론 코팅 튜브를 갖는 튜브 열 교환기 및 쉘이다. 배출구 온도는 바람직하게는 40-60℃로 유지되어 AlCl3ㆍPH3 부산물의 융점, 83℃ 미만으로 보장된다. 제2 탈기제/결정장치(125)는 10 bar의 낮은 압력에서 1 시간의 체류 시간의 압력 용기이며, 유사한 자기 드라이브 교반기(126)로 교반된다. 또한 양 교반기가 교반기 블레이드, 용기 벽과 씨드 자체의 존재하는 씨드 결정에 영향을 줌으로써, 씨드를 형성한다는 점을 주의하여야 한다. 따라서 결정 크기 분포는 바람직하게는 5 내지 200 미크론의 크기 범위 내로 조절될 수 있다. 슬러리(127)는 액체 사이클론 또는 하이드로클론(hydroclone)인, 제1 고체 제거 장치(130)로 공급되며, 이는 액체 압력을 이용하여 많은 일반 기체 사이클론과 유사한 방식으로 고체를 제거하고 액체를 회전시킨다. 약 98%의 높은 효율에 달성하기 위해, 4개의 1 인치 직경의 액체 사이클론을 일반 압력 용기에 함께 매니폴드한다. 공정은 연속적이며 상이한 압력으로 조절되는, 조절 밸브(137) 및 (134)에 의해 조절되며 따라서 유동이 나뉘어 진다. 사이클론 중의 부식(erosion)은 벽 상에서 매우 견고한 알루미나 세라믹스(alumina ceramics)의 사용 및/또는 배출 노즐 및 용이하게 대체가능한 마모 부분의 제공에 의해 감소된다. 제2 고체 제거 장치(132)는 또한 하이드로클론이나, 일반적으로 4-16 시간 마다, 주기적인 고체의 배출이 이루어지며 높은 고체 농도(일반적으로 40 중량%)의 축적을 가능하게 하는 고체 축적기, 및 1/2 인치 직경의 하나의 액체 사이클론만을 갖는다. 고체 배출 중에도 액체 배출은 여전히 연속적으로 이루어진다. 폐기물 탱크(142)는 고체 중 소량이나 사염화티타늄과 삼염화붕소와 같은 다른 불순물을 갖는, 일부 기타 폐기물(146)을 수용한다. 자켓(147)은 150 psig 스트림(148)에 의해 가열되며, 응축 스트림(149)이 존재한다. 증기 스트림(145) 및 액체/고체 스트림(144)은 추가 공정을 위해 보내진다. 폐기물 탱크(142)는 인 부가물을 함유할 수 있는 고체를 분리하고 일부 인이 방출되는 경우에도 시스템으로의 인의 회수를 방지한다. 이는 표 1에서 확인될 수 있으며, 고체 스트림(140)은 단지 1 kg/hr의 고체를 갖는다. 따라서, 하이드로클론(132)이 매 16 시간 마다 1번씩, 최대 배출 주기에서만 비워지며, 최대 고체 함량은 단지 16 kg이고; 따라서, 상당한 인 스파이크(spike)의 기회가 최소화된다.
도 2에서, 물 분율의 로그값을 상호 절대 온도에 대해 플로팅한 경우, 염화 알루미늄 AlCl3의 용해도는 상당히 선형으로 보일 수 있다. 트리클로로실란(TCS) 중의 용해도가 사염화규소(STC) 중의 용해도의 1/3 내지 1/4이라는 점은 중요하다. 따라서 AlCl3의 용해도는 온도, 및 클로로실란 혼합물 중의 TCS와 STC의 몰 분율에 따라 달라진다. AlCl3의 계산된 공급물 농도가 공급되는 경우, AlCl3가 증류 컬럼(160)을 통해 용액 중에 머무르게 된다는 것을 정립하는 것은 중요한다. 먼저, 매 단계에서의 이상적인 AlCl3, TCS 및 STC 농도를 설정하기 위해, AlCl3가 용해되는 추정치에 기초한 클로로실란과 염화 알루미늄의 표준 특성으로, 단계 증류 컬럼 프로그램에 의한 단계를 이용하는 것이 가장 편리한 방법이다. 두번째로, AlCl3 농도를 조성물과 온도에 대한 용해도 한계 미만으로 유지되도록 확인하는 것이다. 용해된 AlCl3가 액체 AlCl3의 전체 증기압에 이의 농도를 곱한 값에 대하여 이의 증기압을 배출하는 동안, 고체상 AlCl3가 이의 전체 증기압을 배출한다는 점은 중요하다. 간단한 체크로서, 컬럼 중 AlCl3 모두를 함유하는 바닥 스트림(162)이 필수적으로 용액 중에 유지될 수 있도록 확인하는 것이다. 스트림(159)로부터의 AlCl3의 양은 1.35 E-3 kg 몰이며, STC는 28.8 kg 몰이다. 이의 농도는 4.69E-5이다. 도 2의 식으로부터의 최소 온도는 하기와 같다:
STC 중 몰 용해도 = (1.35E-3)/28.8 = 4.69E-5
STC 중 용해도 로그 = -0.6221*(1000/T) - 2.5361
로그 (4.69E-5) = -4.33 = -0.6221*(1000/T) - 2.5361
T= 346.9 K = 73.8℃
따라서, 바닥 스트림(162)의 최소 온도는 73.8℃이다. 이러한 타워 공정 압력은 바닥 온도가 이 최소 온도를 초과하도록 세팅될 수 있다. 이 실시예에서의 압력은 8 bar이며, 바닥 온도는 소정의 온도를 확실히 초과하는 140-150℃ 사이일 것이다. 최소한으로 필요로 하는 압력은, 바닥 스트림(162) 중 100% STC를 추정할 때, 1.6 bar일 것이다. 유사한 계산식이 사이드 드로우(side draw)를 이용하는 것과 같은 다른 컬럼 디자인을 위해 수행될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 유입되는 공급물 스트림(159)에 현탁된 고체가 존재하지 않는 것을 체크하기 위해 추가 단계가 필요하다. 81.7℃(354.85 K)의 공급물 스트림 온도에서, 도 2의 식으로부터 용해도는 하기와 같다:
온도의 역(reverse) 1000/T = 2.818
STC 중 용해도 로그 = -0.6221*2.818 - 2.5361 = -4.289
STC 중 몰 용해도 = 10^(-4.289) = 5.14 E-5
TCS 중 용해도 로그 = -0.3609*2.818 - 3.8276 = -4.845
TCS 중 몰 용해도 = 10^(-4.845) = 1.43E-5
추가 단계는 각각의 몰 용해도를 STC와 TCS의 몰 수(표 1 참고, 스트림 (139))로 곱한 후, 이들을 합하여 스트림 중에 용해될 수 있는 AlCl3 최대 몰 수를 얻을 수 있다.
STC 중 용해된 AlCl3 kg 몰 = 5.14 E-5*28.8 = 1.48E-3
TCS 중 용해된 AlCl3 kg 몰 = 1.43 E-5*10.8 = 1.54E-4
혼합물 중에 용해된 AlCl3 최대 kg 몰 = 1.634E-3
표 1의 스트림(139)에서, 총 AlCl3의 함량 1.348 E-3 kg/몰에 대해서, 현탁된 AlCl3의 함량은 2.28 E-4 kg 몰이며, 용해된 AlCl3의 함량은 1.12 E-3 kg 몰이다. 81.7℃에서, 스트림(139)의 조성물의 경우, 스트림(139) 중의 실제 AlCl3 함량(1.348 E-3 kg/몰)에 대한 AlCl3의 최대 용해 함량(1.634 E-3 kg/몰)의 비는 1.21이며, 이것은 체류 시간 동안, 히터(163)과 증류 컬럼(16)에 연결 파이프에 의해 제공되는, 고체 분리 장치를 통해 수행되는, 극 미세 입자를 용해하기에 충분한 구동력을 제공한다. 낮은 구동력은 긴 체류 시간 동안에 충분할 수 있으며 그 역도 성립한다.
바람직한 구체예와 관련하여 본 발명에 기술되나, 이는 특히 기술된 특정 형태로 본 발명의 범주를 제한하려는 의도가 아니며, 역으로, 첨부되는 청구항에 기술된 바와 같이, 본 발명의 범주 및 사상 내에 포함될 수 있는 이러한 변형, 대안, 및 등가물을 포함할 수 있다는 의도이다.
Figure 112010036676519-pct00001
Figure 112010036676519-pct00002

Claims (12)

  1. 하기 단계를 포함하는, 액체 클로로실란으로부터 염화 알루미늄 및 기타 부분 가용성 염화 금속을 제거하는 방법:
    규소를 제조하는 공정에서 수득되는 클로로실란을 포함하는 유출물 기체를 응축시켜 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액과 기체를 함유하는 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액은 불순물로서, 용해되고 현탁된 염화 알루미늄 및 기타 부분 가용성 염화 금속을 함유하는 것인 단계;
    공정 용기의 바닥에 액체 함유 챔버를 구비한 공정 용기를 제공하는 단계;
    액체 함유 챔버에 교반기를 제공하는 단계;
    공정 용기 내로 고체 씨드(seed) 물질 및 상기 스트림을 도입하는 단계;
    공정 용기로부터 상기 스트림 중의 기체를 제거하고, 액체 함유 챔버에서 상기 스트림 중 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액 및 고체 씨드 물질을 수집하는 단계;
    고체 씨드 물질 상에 염화 알루미늄 및 염화 금속 층의 침착이 이루어지며 슬러리를 형성하는 조건하에서 액체 함유 챔버에서 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액 및 고체 씨드 물질을 혼합하는 단계;
    슬러리를 고체 제거 용기 내로 이동시키는 단계로서, 고체 함량이 높은 액체의 제1 스트림 및 고체 함량이 감소된 액체 용액의 제2 스트림이 생성되는 것인 단계;
    고체 함량이 감소된 액체 용액의 제2 스트림을 추가 공정 또는 용기로 이동시키고, 고체 함량이 높은 액체의 제1 스트림을 폐기물 저장 용기 또는 추가 공정 용기로 이동시키는 것인 단계.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액은 AlCl3, SbCl3, InCl, InCl2, GaCl, GaCl2, GaCl3, SnCl2, TlCl, ZnCl2 및 ZrCl4를 포함하는 화합물의 제1 그룹에서 선택되는 하나 이상의 제거가능한 부분 가용성 염화 금속을 함유하며, 상기 제1 그룹의 부분 가용성 염화 금속은 본 방법에 의해 제거되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액은 BCl3, TiCl4 및 PCl3를 포함하는 제2 화합물의 그룹에서 선택되는 하나 이상의 완전히 혼화가능한 염화물을 더 함유하며, 상기 제2 화합물은 본 방법에 의해 제1 그룹의 화합물보다는 적은 함량으로 제거되는 것인 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액은 PH3, PH4Cl, POCl 및 PCl5를 포함하는 화합물 그룹에서 선택되는 하나 이상의 제거가능한 인 화합물을 더 함유하며, 상기 제거가능한 인 화합물은 본 방법에서 염화 알루미늄과 기타 염화물에 결합되어 제거되는 것인 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 고체 제거 용기는 액체 사이클론(liquid cyclone)인 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폐기물 저장 용기는 하나 이상의 증기용 배출구, 및 하나 이상의 고체용 배출구를 갖는 가열된 용기(heated vessel)인 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 공정 단계 중 1 이상의 단계가 반복되는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 고체 함량이 감소된 액체 용액의 제2 스트림에서, 그 스트림의 온도를 증가시켜, 고체를 용해시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 온도의 감소에 의해 혼합 단계에서 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액 중의 염화 알루미늄 및 기타 부분 가용성 염화 금속의 용해도가 감소되는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 클로로실란의 증발에 의해 혼합 단계에서 불순물을 함유하는 액체 클로로실란 용액 중의 염화 알루미늄 및 기타 부분 가용성 염화 금속의 용해도가 감소되는 것인 방법.
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