KR101088901B1 - Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag - Google Patents

Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag Download PDF

Info

Publication number
KR101088901B1
KR101088901B1 KR20090072522A KR20090072522A KR101088901B1 KR 101088901 B1 KR101088901 B1 KR 101088901B1 KR 20090072522 A KR20090072522 A KR 20090072522A KR 20090072522 A KR20090072522 A KR 20090072522A KR 101088901 B1 KR101088901 B1 KR 101088901B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slag
silica
reaction
polysilicon
silicon
Prior art date
Application number
KR20090072522A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100056354A (en
Inventor
정지우
Original Assignee
정지우
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정지우 filed Critical 정지우
Publication of KR20100056354A publication Critical patent/KR20100056354A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101088901B1 publication Critical patent/KR101088901B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/023Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/037Purification
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

본 발명은 폴리실리콘의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 원료로 하는 폴리실리콘의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polysilicon, and more particularly, to a method for producing polysilicon based on silica recovered from slag generated in a steelmaking process.

본 발명은 제철공정에서 발생하는 슬래그로부터 실리카를 회수하는 제 1단계와, 실리카를 환원시켜 메탈실리콘을 형성하는 제 2단계를 포함한다. The present invention includes a first step of recovering silica from the slag generated in the steelmaking process, and a second step of reducing the silica to form metal silicon.

상술한 바와 같이 본 발명의 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법에 의하면 제철공정에서 발생하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 반도체나 태양전지의 원료로 재활용함으로써 슬래그를 통해 고부가가치를 창출할 수 있다.As described above, according to the method for producing polysilicon using silica recovered from the slag of the present invention, high value can be created through slag by recycling the silica recovered from the slag generated in the steelmaking process as a raw material of a semiconductor or a solar cell. have.

태양전지, 반도체, 폴리실리콘, 슬래그, 메탈실리콘, 삼염화실란, 모노실란 Solar Cell, Semiconductor, Polysilicon, Slag, Metal Silicon, Trichlorosilane, Monosilane

Description

슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법{Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag}Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag

본 발명은 폴리실리콘의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 원료로 하는 폴리실리콘의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polysilicon, and more particularly, to a method for producing polysilicon based on silica recovered from slag generated in a steelmaking process.

제철산업은 대량의 원료와 에너지를 소비하여 철강을 생산하는 것과 더불어 원료, 제선, 제강, 압연 등 복잡한 연결생산체제를 거치면서, 여러 가지 종류의 부산물과 폐기물을 다량 발생시킨다.The steel industry consumes large quantities of raw materials and energy to produce steel, as well as through complex connection production systems such as raw materials, steelmaking, steelmaking, and rolling, producing a large amount of various by-products and wastes.

이러한 부산물과 폐기물은 양적으로는 주제품인 철강의 65%에 이르고 있다. 이 중 고체상태의 부산물과 폐기물의 약 80% 정도가 슬래그(slag)이고, 나머지는 더스트나 슬러지 형태로 발생된다. These by-products and waste account for 65% of the main product, steel. About 80% of the solid by-products and waste are slag, and the remainder is in the form of dust or sludge.

일반적으로 제철소에서 발생되는 슬래그는 크게 고로 공정에서 발생하는 고로슬래그와 제강공정에서 발생하는 제강슬래그로 나뉜다. 이외에도 제강의 예비처리 공정에서 발생되는 예비처리 슬래그, 전기로의 산화 및 환원시 발생되는 슬래그, 스테인리스 제강공정의 정련로 슬래그 등이 있다. In general, slag generated in steelworks is divided into blast furnace slag generated in the blast furnace process and steel slag generated in the steelmaking process. In addition, there is a pretreatment slag generated in the pretreatment process of steelmaking, slag generated during the oxidation and reduction of the electric furnace, refining furnace slag of the stainless steel making process.

고로슬래그는 철광석, 코크스, 석회석을 고로에서 용융하면서 약 1500℃이 쇳물과 함께 광물성분이 용해되 용융슬래그가 발생된다. 용융슬래그는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과 분리하게 되는 데 냉각방법에 따라 괴재슬래그(palletized slag-air cooled)와 수재슬래그(granulated slag-water cooled)로 구별된다. 그리고 제강슬래그는 철에서 강을 만들기 위해서 쇳물에 녹아있는 탄소, 규소성분을 제거하는 공정에서 발생된다.The blast furnace slag melts iron ore, coke and limestone in the blast furnace, and the molten slag is generated by dissolving the mineral component together with the molten iron at about 1500 ℃. Molten slag is separated from water using the difference in specific gravity. The molten slag is classified into palletized slag-air cooled and granulated slag-water cooled according to the cooling method. And steelmaking slag is produced in the process of removing carbon and silicon components dissolved in iron to make steel from iron.

이러한 슬래그들의 주성분은 CaO, SiO2로 구성되어 있으며, 슬래그의 입자 성상 및 특성에 따라 시멘트 원료, 콘크리트 제품원료, 도로노반재, 성토재, 재하제 등으로 재활용되고 있다. The main components of these slags are composed of CaO, SiO 2 and are recycled as cement raw materials, concrete product raw materials, road furnace materials, landfill materials, loading materials, etc. according to the particle properties and characteristics of the slag.

그러나 상술한 바와 같이 지금까지는 슬래그가 재활용되는 분야는 그 부가가치가 매우 낮은 실정이다. 노반재로 사용하기 위해서는 팽창을 방지하기 위해 일정기간의 방치기간이 필요하거나 또는 수증기 등으로 전처리 공정을 하여야 하므로 재활용에 많은 제약이 따르게 된다. 또한, 시멘트 원료로서 사용에 있어서도 이를 미립화하는 데 많은 비용이 들어가고, 또한 물류비용의 부담도 만만치 않아 슬래그의 원활한 활용에 방해요인이 되고 있다. However, as described above, so far, the value added of the slag is recycled. In order to use it as roadbed, it is necessary to leave a certain period of time in order to prevent expansion or pretreatment process with water vapor, etc., which leads to many restrictions on recycling. In addition, even when used as a raw material for cement, it is expensive to atomize it, and also the burden of logistics costs is not enough, which is an obstacle to the smooth utilization of slag.

이와 같이 슬래그가 그의 활용에 있어서 많은 어려움과 문제점을 가지는 가장 근본적인 원인 중의 하나는 이의 활용용도와 방법이 단순하고 수동적이어서 낮은 부가가치의 물질로 밖에 이용되지 못하는 데 있다고 할 수 있다. 이러한 면은 고로슬래그의 경우에서도 마찬가지로 대부분이 특별한 처리기술이나 부가가치를 창 출할 수 있는 적용되는 경우는 거의 없고 매운 단순한 물리적 가공에 의해 거의 대부분이 시멘트원료로서만이 재활용되고 있는 실정이다.As such, one of the most fundamental reasons that slag has many difficulties and problems in its use is that its use and method are simple and passive, so that they can only be used as low-value materials. In the case of blast furnace slag, most of them are rarely applied to generate special treatment technology or added value, and most of them are recycled only as cement raw materials by very simple physical processing.

한편, 폴리실리콘(polysilicon)은 고순도의 다결정 분자 구조를 지닌 화합물로서, 쿼츠나 샌드를 정제하여 만들어진다. 6N(99.9999%) 이상의 순도의 폴리실리콘은 태양전지 기판의 원료(SoG-Si)로 사용되고, 9N 이상의 순도의 폴리 실리콘은 반도체 웨이퍼 제조용 단결정 원료(EG-Si)로 사용된다. 폴리 실리콘 제조 산업은 반도체, 태양광 발전 외에도 정밀화학/소재, 광통신, 유기실리콘 등의 산업들과 직접 연관된다.On the other hand, polysilicon (polysilicon) is a compound having a high purity polycrystalline molecular structure, it is made by purifying quartz or sand. Polysilicon having a purity of 6N (99.9999%) or more is used as a raw material (SoG-Si) of a solar cell substrate, and polysilicon having a purity of 9N or more is used as a single crystal raw material (EG-Si) for semiconductor wafer manufacturing. Polysilicon manufacturing industry is directly related to industries such as fine chemicals / materials, optical communication, and organosilicon in addition to semiconductor and solar power generation.

이러한 폴리실리콘은 최근 정보통신 및 반도체 산업의 발전과 석유 에너지 고갈, 지구온난화 방지를 위한 태양열 에너지를 이용하는 산업이 급부상하면서 그 수요가 급증하고 있는 추세이다.The demand for polysilicon is increasing rapidly due to the rapid development of the information and communication industry, the depletion of petroleum energy, and the use of solar energy for preventing global warming.

2006년 기준 세계 폴리실리콘 시장 규모는 4만5천t인 반면 생산능력은 3만5천t으로 공급이 부족한 실정이며 폴리실리콘 시장은 연평균 12-20%의 성장이 예상되는 가운데 2010년에는 8만t 규모에 이를 것으로 예상되고 있다. As of 2006, the global polysilicon market size was 45,000 tons, while its production capacity was 35,000 tons and the supply was insufficient. The polysilicon market is expected to grow at an average annual rate of 12-20%, and 80,000 in 2010. It is expected to reach t scale.

폴리 실리콘 생산량 중 태양전지용의 비중은 2005년 29% 수준에서 2007년 40%, 2010년 69% 수준까지 상승할 것으로 예상되고 있다. 그리고 앞으로 태양광 산업의 비약적인 발전으로 폴리 실리콘의 부족 현상은 전 세계적으로 더욱 심화될 것으로 전망되고 있고, 이에 따라 실리콘 원료 소재의 가격 폭등현상이 발생하고 있다. 따라서 실리콘 원재료의 원활한 수급을 확보하기 위한 노력이 관련 산업계에서 현안으로 등장하고 있다.The share of solar cells in polysilicon production is expected to rise from 29% in 2005 to 40% in 2007 and 69% in 2010. In addition, due to the rapid development of the photovoltaic industry, the shortage of polysilicon is expected to intensify worldwide. As a result, the price of silicon raw materials is rising. Therefore, efforts to secure smooth supply and demand of silicon raw materials have emerged as an issue in related industries.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 제철공정에서 발생하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 반도체나 태양전지의 원료로 재활용함으로써 슬래그를 통해 고부가가치를 창출할 수 있는 폴리실리콘의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and provides a method for producing polysilicon that can create high added value through slag by recycling the silica recovered from the slag generated in the steelmaking process as a raw material of a semiconductor or a solar cell. Its purpose is to.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법은 제철 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그로부터 실리카를 회수하는 제 1단계와; 상기 실리카를 환원시켜 메탈실리콘을 형성하는 제 2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Method for producing polysilicon using the silica recovered from the slag of the present invention for achieving the above object comprises a first step of recovering silica from the slag generated in the steelmaking or steelmaking process; And a second step of reducing the silica to form metal silicon.

상기 제 1단계에서 상기 슬래그는 고로슬래그 또는 니켈슬래그인 것을 특징으로 한다. In the first step, the slag is characterized in that the blast furnace slag or nickel slag.

상기 제 1단계에서 상기 실리카는 상기 슬래그를 산용액과 혼합하여 반응시킨 후 여과하여 회수한 것을 특징으로 한다. In the first step, the silica is characterized in that the slag is mixed with an acid solution and reacted, and then recovered by filtration.

상기 산용액은 60%의 질산수용액이며, 상기 제 1단계는 상기 슬래그에 대하여 무게비로 2.5 내지 50배의 상기 질산수용액를 혼합하여 반응시킨 것을 특징으로 한다. The acid solution is a nitric acid solution of 60%, the first step is characterized in that the reaction mixture by mixing 2.5 to 50 times the nitric acid solution in weight ratio with respect to the slag.

상기 산용액은 30%의 염산수용액이며, 상기 제 1단계는 상기 슬래그에 대하여 무게비로 3 내지 100배의 상기 염산수용액을 혼합하여 반응시킨 것을 특징으로 한다. The acid solution is 30% aqueous hydrochloric acid solution, the first step is characterized in that the reaction by mixing the aqueous hydrochloric acid solution of 3 to 100 times by weight ratio with respect to the slag.

상기 산용액은 염산수용액 및 질산수용액이며, 상기 제 1단계는 상기 슬래그를 상기 염산수용액과 혼합하여 1차 반응시킨 후 상기 질산수용액을 더 혼합하여 2차 반응시킨 것을 특징으로 한다. The acid solution is an aqueous solution of hydrochloric acid and an aqueous solution of nitric acid. The first step is characterized in that the slag is mixed with the aqueous solution of hydrochloric acid for the first reaction and further mixed with the aqueous solution of nitric acid for the second reaction.

상기 제 2단계 수행 후 상기 메탈실리콘을 염화수소와 반응시킨 후 정제하여 삼염화실란을 형성하는 제 3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. After performing the second step, the third step of reacting the metal silicon with hydrogen chloride and then purified to form a trichlorosilane; further comprising a.

상기 제 2단계 수행 후 상기 메탈실리콘을 사염화규소 및 수소와 반응시킨 후 정제하여 삼염화실란을 형성하는 제 3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. After performing the second step, the third step of reacting the metal silicon with silicon tetrachloride and hydrogen and then purified to form a trichlorosilane; further comprising a.

상기 삼염화실란을 불균등 반응에 의해 모노실란으로 형성하는 제 4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. It characterized in that it further comprises; a fourth step of forming the trichloride silane to monosilane by an inhomogeneous reaction.

상기 삼염화실란으로부터 실리콘을 석출시키는 제 4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. And a fourth step of depositing silicon from the trichlorosilane.

상기 제 4단계의 상기 실리콘은 반응기의 내부에 상기 삼염화실란을 투입하여 수소분위기에서 환원시켜 석출시킨 것을 특징으로 한다. The silicon of the fourth step is characterized in that the trichlorosilane is added to the inside of the reactor and reduced by precipitation in a hydrogen atmosphere.

상술한 바와 같이 본 발명의 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법에 의하면 단순한 물리적 가공에 의해 대부분 시멘트원료로 재활용되고 있어 부가가치가 매우 낮은 종래의 슬래그 재활용 분야에서 벗어나 슬래그로부터 회수된 실리카를 반도체나 태양전지의 원료로 이용함으로써 슬래그를 통해 고 부가가치를 창출할 수 있다.As described above, according to the method for producing polysilicon using silica recovered from the slag of the present invention, the silica recovered from the slag is removed from the conventional slag recycling field having a very low added value because it is mostly recycled to cement raw materials by simple physical processing. By using it as a raw material for semiconductors or solar cells, high added value can be created through slag.

또한, 통상적으로 반도체나 태양전지용 폴리 실리콘을 제조하기 위해 쿼츠나 샌드로부터 복잡한 정제과정을 통하여 실리카를 얻는 반해, 본원 발명은 슬래그를 분쇄하여 산처리하는 간단한 공정만으로 98% 이상의 순도를 가지는 실리카를 회수할 수 있어 산업적으로 매우 유용한 발명인 것이다.In addition, in general, silica is obtained through a complex purification process from quartz or sand to manufacture polysilicon for semiconductors or solar cells, and the present invention recovers silica having a purity of 98% or more by a simple process of crushing slag and acid treatment. The invention is very useful industrially.

그리고 대부분 수입에 의존하고 있는 폴리실리콘의 원재료를 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용하여 폴리실리콘을 제조할 수 있으므로 원재료의 수입대체 효과가 매우 크다. 또한, 최근 급증하고 있는 폴리실리콘의 수요에 맞춰 값싼 원료를 이용하여 국내에서 안정적으로 공급할 수 있어 국내기업이나 우리나라의 국제경쟁력을 크게 제고시킬 수 있다.In addition, polysilicon may be manufactured using silica recovered from slag of polysilicon, which is mostly dependent on import, and thus import substitution effect of raw materials is very large. In addition, in line with the rapidly increasing demand for polysilicon, it is possible to stably supply domestically using inexpensive raw materials, which can greatly enhance the international competitiveness of domestic companies or Korea.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폴리실리콘의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing polysilicon according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a method for producing polysilicon using silica recovered from slag according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 제철소에서 발생되는 슬래그를 부가가치가 매우 높은 반도체나 태양전지 분야에 재활용될 수 있도록 슬래그로터 회수된 실리카를 원재료로 하여 폴리실리콘을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing polysilicon using the silica recovered from the slag rotor as a raw material so that the slag generated in the steel mill can be recycled in the field of semiconductors and solar cells with high added value.

도 1을 참조하면, 본 발명에서 이용되는 슬래그는 제철소의 제철공정 또는 제강공정에서 발생되는 슬래그를 이용한다. 구체적으로 슬래그로 고로 슬래그, 제강슬래그를 이용할 수 있다. 이외에도 제강의 예비처리 공정에서 발생되는 예비처 리 슬래그, 전기로의 산화 및 환원시 발생되는 슬래그, 스테인레스 제강공정의 정련로 슬래그 등을 이용할 수 있다.Referring to Figure 1, the slag used in the present invention uses the slag generated in the steelmaking process or steelmaking process of the steel mill. Specifically, blast furnace slag and steelmaking slag may be used as slag. In addition, pre-processing slag generated during the pretreatment process of steelmaking, slag generated during oxidation and reduction of the electric furnace, slag generated in the stainless steelmaking process, etc. may be used.

바람직하게는 실리카의 함량이 높은 고로슬래그를 이용한다. 철광석, 코크스, 석회석을 고로에서 용융하면서 약 1500℃의 쇳물과 함께 광물성분이 용해되어 용융슬래그가 발생된다. 용융슬래그는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과 분리하게 되는 데 냉각방법에 따라 공기 중에서 서서히 냉각시킨 괴재슬래그(palletized slag-air cooled)와 물을 분사하여 냉각시킨 수재슬래그(granulated slag-water cooled)로 구별된다.Preferably, blast furnace slag having a high content of silica is used. While melting ore, coke and limestone in the blast furnace, the molten slag is generated by dissolving the mineral component together with the molten iron at about 1500 ° C. The molten slag is separated from the molten slag by using the difference in specific gravity. The slag-air cooled is gradually cooled in air according to the cooling method and the granulated slag-water cooled by spraying water. Are distinguished.

이 중 수재슬래그는 실리카의 함량의 약 32 내지 34% 정도로 약 11 내지 15%인 괴재슬래그에 비해 높고, 냉각과정에서 미립화되어 괴재슬래그보다 분쇄비용이 상대적으로 낮다. 따라서, 본 발명에서 슬래그로 수재슬래그를 이용하는 것이 특히 바람직하다. Among them, the reclaimed slag is about 32 to 34% of the silica content, which is higher than that of the aggregated slag, which is about 11 to 15%. Therefore, it is particularly preferable to use handmade slag as slag in the present invention.

본 발명에서 사용된 슬래그는 광양제철소에서 배출된 수재슬래그를 사용하였으며, 이의 조성은 하기 표1과 같다.The slag used in the present invention was used for the slag discharged from Gwangyang Works, the composition thereof is shown in Table 1.

SiO2 SiO 2 CaOCaO Fe2O3 Fe 2 O 3 Al2O3 Al 2 O 3 MgOMgO P2O5 P 2 O 5 TiO2 TiO 2 ZnZn 33.45 wt%33.45 wt% 41.07 wt%41.07 wt% 0.55 wt%0.55 wt% 13.62 wt%13.62 wt% 6.78 wt%6.78 wt% 0.01 wt%0.01 wt% 0.62 wt%0.62 wt% 0.002 wt%0.002 wt%

본 발명에서 이용되는 슬래그는 상기 고로 슬래그 외에 니켈슬래그를 이용할 수 있다. 가령 페로니켈(ferronickel)의 제조시 전기로의 용융환원과정에서 발생하는 니켈슬래그를 이용할 수 있다. 이러한 니켈슬래그는 상기 고로슬래그에 비해 실리카의 함량이 약 52 내지 55wt%로 높을 뿐만 아니라 불순물이 적어 고순도의 실리카를 회수할 수 있다.The slag used in the present invention may use nickel slag in addition to the blast furnace slag. For example, in the manufacture of ferronickel, nickel slag generated during melt reduction of an electric furnace may be used. The nickel slag has a high silica content of about 52 to 55 wt% compared to the blast furnace slag, as well as a small amount of impurities to recover high purity silica.

광양제철소 페로니켈공장에서 배출된 수재슬래그의 조성은 하기 표2와 같다.The composition of the reclaimed slag discharged from Gwangyang Ferronickel plant is shown in Table 2 below.

SiO2 SiO 2 MgOMgO FeFe Al2O3 Al 2 O 3 CaOCaO 53.45 wt%53.45 wt% 35.50 wt%35.50 wt% 4.50 wt%4.50 wt% 1.45 wt%1.45 wt% 0.65 wt%0.65 wt%

본 발명에서는 실리카를 함유하는 슬래그로부터 실리카를 회수하기 위한 일 예로 슬래그를 산용액과 반응시켜 실리카를 회수한다. 이 경우 슬래그의 성분 중 실리카를 제외한 다른 금속들은 산과 반응하여 용해되어 금속염의 형태로 존재하게되나, 실리카는 산에 용해되지 않고 석출되어 고상의 형태로 존재한다.In the present invention, to recover the silica from the slag containing silica as an example to recover the silica by reacting the slag with an acid solution. In this case, other metals except silica in the slag react with acid to dissolve and exist in the form of metal salt, but silica does not dissolve in acid but precipitates and exists in solid form.

산 용액으로는 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 염산(HCl), 인산(H3PO4) 등의 수용액을 이용할 수 있다. 슬래그와 각종 산과의 반응식은 하기와 같다.As the acid solution, an aqueous solution of nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), or the like may be used. The reaction formula of slag and various acids is as follows.

슬래그(Si, Ca, Al,Mg...) + HNO3 → SiO2↓+ M(NO3)n, M=Ca, Al, Mg...Slag (Si, Ca, Al, Mg ...) + HNO 3 → SiO 2 ↓ + M (NO 3 ) n, M = Ca, Al, Mg ...

슬래그(Si, Ca, Al,Mg...) + HCl → SiO2↓ + M(Cl)n, M=Ca, Al, Mg...Slag (Si, Ca, Al, Mg ...) + HCl → SiO 2 ↓ + M (Cl) n, M = Ca, Al, Mg ...

슬래그(Si, Ca, Al,Mg...) + H2SO4 → SiO2↓ + M(SO4)n, M=Ca, Al, Mg...Slag (Si, Ca, Al, Mg ...) + H 2 SO 4 → SiO 2 ↓ + M (SO 4 ) n, M = Ca, Al, Mg ...

슬래그(Si, Ca, Al,Mg...) + H3PO4 → SiO2↓ + M(PO4)n, M=Ca, Al, Mg...Slag (Si, Ca, Al, Mg ...) + H 3 PO 4 → SiO 2 ↓ + M (PO 4 ) n, M = Ca, Al, Mg ...

산과의 반응시 슬래그는 빠른 반응을 위해 적절한 크기로 분쇄하여 미분화시켜 이용한다. 입자의 크기가 너무 크면 반응속도가 낮아 반응시간이 길어져 생산성면에서 비효율적이다. 그리고 입자의 크기가 너무 작으면 미분화가 어렵고 비용이 상승되는 측면이 있다. 따라서 대략 20 내지 100메쉬 입도 크기를 가지는 슬래그 분말을 이용한다. In the reaction with acid, the slag is pulverized to an appropriate size for rapid reaction and used for micronization. If the particle size is too large, the reaction rate is low and the reaction time is long, which is inefficient in terms of productivity. If the particle size is too small, micronization is difficult and costs are increased. Therefore, slag powder having a size of approximately 20 to 100 mesh particles is used.

산용액으로 60%의 질산수용액 또는 30%의 염산수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 질산 농도가 60%미만 또는 염산 농도가 30%미만인 경우 반응속도가 느리거나 거의 반응이 일어나지 않는다. 특히, 질산수용액은 무게비로 상기 슬래그에 대하여 2.5 내지 50배를 혼합하여 슬래그와 반응시키는 것이 바람직하다. 질산수용액의 양이 2.5배 미만일 경우 질산칼슘의 석출에 의해 겔화가 발생하여 교반 및 반응이 잘 이루어지지 않는다. 그리고 50배를 초과하는 경우 실리카의 회수가 어렵다는 문제점이 있다. 그리고 질산 농도가 60%초과하는 경우 혼합량을 2.5 배 이하로 반응시킬 수 있다. 가령, 60% 농도의 질산 수용액의 경우 슬래그 무게에 대하여 약 2.0배를 혼합할 수 있다. It is preferable to use 60% aqueous nitric acid solution or 30% aqueous hydrochloric acid solution as the acid solution. When the nitric acid concentration is less than 60% or the hydrochloric acid concentration is less than 30%, the reaction rate is slow or hardly occurs. In particular, the aqueous nitric acid solution is preferably 2.5 to 50 times with respect to the slag in a weight ratio to react with the slag. When the amount of the nitric acid solution is less than 2.5 times, the gelation occurs due to the precipitation of calcium nitrate, so that stirring and reaction are not performed well. And when more than 50 times, there is a problem that the recovery of silica is difficult. And when the nitric acid concentration exceeds 60%, the mixed amount can be reacted at 2.5 times or less. For example, in the case of 60% aqueous nitric acid solution, about 2.0 times of the slag weight may be mixed.

그리고 염산수용액의 경우 무게비로 상기 슬래그에 대하여 3 내지 100배를 혼합하여 슬래그와 반응시키는 것이 바람직하다. 이는 염산수용액의 양이 2.5배 미만일 경우 염화칼슘의 석출에 의해 겔화가 발생하여 교반 및 반응이 잘 이루어지지 않는다. 그리고 50배를 초과하는 경우 실리카의 회수가 어렵다는 문제점이 있다.And in the case of aqueous hydrochloric acid solution it is preferable to react with the slag by mixing 3 to 100 times with respect to the slag by weight ratio. This is because when the amount of aqueous hydrochloric acid solution is less than 2.5 times, gelation occurs due to precipitation of calcium chloride, so that stirring and reaction are not performed well. And when more than 50 times, there is a problem that the recovery of silica is difficult.

또한, 산용액으로서 염산수용액 및 질산수용액을 함께 이용할 수 있다. 이 경우 먼저 염산수용액을 슬래그에 혼합하여 1차 반응시킨 후 질산수용액을 더 혼합하여 2차 반응시킨다. 상기와 같이 먼저 슬래그와 염산을 반응시켜 선처리 하는 경우 반응이 완전히 이루어지지 않아 다량의 칼슘이 남는다. 따라서 고순도의 실리카를 회수하기 위해서는 질산을 추가하여 반응시키는 후처리가 필요하다. 질산과의 반응에 의해 실리카 외의 잔존하는 불순물들을 용해시켜 실리카의 순도를 높일 수 있다. 또한, 질산으로만 반응시킨 것에 비해 상대적으로 질소산화물의 발생을 줄일 수 있어 친환경적 공정이다. 이는 염산처리시에는 흄만 발생되기 때문이다. 또한, 염산이 질산보다 저렴하므로 질산의 사용량을 줄여 경제적인 공정을 도모할 수 있다. As the acid solution, an aqueous hydrochloric acid solution and an aqueous nitric acid solution can be used together. In this case, firstly, the aqueous hydrochloric acid solution is mixed with slag and subjected to the first reaction, followed by further mixing the aqueous nitric acid solution with the secondary reaction. As described above, when the slag and hydrochloric acid are first reacted and the pretreatment is not completed, a large amount of calcium remains. Therefore, in order to recover high purity silica, post-treatment by adding nitric acid is required. The purity of the silica may be increased by dissolving remaining impurities other than silica by reaction with nitric acid. In addition, it is an environmentally friendly process because it can reduce the generation of nitrogen oxides relative to the reaction with only nitric acid. This is because only fume is generated during hydrochloric acid treatment. In addition, since hydrochloric acid is cheaper than nitric acid, an economical process can be achieved by reducing the amount of nitric acid used.

슬래그와 산의 반응이 종결되면 여과기를 이용하여 금속염이 혼합된 용액으로부터 석출된 고상의 실리카를 분리해낸다. 여과는 압력여과기나 원심분리기, 벨트프레스, 섬유상 여과기 등 다양한 고액분리기를 이용하여 실리카를 용액으로부터 분리해낼 수 있다. 이외에도 여과지를 이용해 간단하게 여과할 수 있다. When the reaction of slag and acid is terminated, the precipitated solid silica is separated from the solution containing the metal salt by using a filter. Filtration can separate silica from solution using various solid-liquid separators such as pressure filters, centrifuges, belt presses and fibrous filters. In addition, it can be easily filtered using filter paper.

분리된 실리카는 탈이온수로 세척한다. 탈이온수는 증류수 등을 이용할 수 있다. 세척된 실리카는 건조시킨다. 이 경우 건조 전에 여과공정을 더 거칠 수 있다.The separated silica is washed with deionized water. As the deionized water, distilled water or the like can be used. The washed silica is dried. In this case, the filtration process may be further processed before drying.

상기와 같이 슬래그로부터 회수된 실리카는 순도가 매우 높아 98% 이상의 순도로 분리되며, 평균 입도 크기는 30 내지 50㎛를 나타낸다. 이는 반도체나 태양전지에 이용되는 폴리실리콘의 원료로 이용될 수 있는 충분한 품질을 가진다.As described above, the silica recovered from the slag is very high and separated into 98% or more purity, and the average particle size shows 30 to 50 μm. It has sufficient quality that can be used as a raw material of polysilicon used in semiconductors or solar cells.

슬래그로부터 회수된 실리카는 환원시켜 메탈실리콘으로 만든다. 일예로, 회수된 실리카를 아크 방전 또는 일렉트론 빔을 이용하는 고온로에서 탄소분위기하에 반응시켜 실리카를 환원시켜 얻어진다. 이때의 반응은 하기와 같다.The silica recovered from the slag is reduced to metal silicon. For example, the recovered silica is obtained by reacting the recovered silica in a high temperature furnace using an arc discharge or an electron beam under a carbon atmosphere to reduce the silica. The reaction at this time is as follows.

SiO2 + C → Si + CO2 SiO 2 + C → Si + CO 2

상기와 같이 생성된 금속급의 메탈실리콘(metallugical grade silicon)은 약 95%의 순도를 가진다. 또한, 실리카를 마그네슘을 이용하여 환원시켜 메탈실리콘을 얻을 수 있다(SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO).Metallurgical grade silicon produced as described above has a purity of about 95%. In addition, silica can be reduced using magnesium to obtain metal silicon (SiO 2 + 2Mg → Si + 2MgO).

상기 메탈실리콘은 태양전지에 필요한 5N(Si 99.999%) 또는 반도체에 필요한 9N이상의 순도를 가지기 위해 메탈실리콘에 함유된 여러가지 불순물들을 제거하여 고순도의 실리콘으로 정제하는 과정이 필요하다.The metal silicon needs to be purified to high purity silicon by removing various impurities contained in the metal silicon in order to have a purity of 5N (Si 99.999%) required for solar cells or 9N or more required for semiconductors.

메탈실리콘을 고순도의 실리콘으로 정제하기 위해 다양한 방법들을 이용할 수 있다. Various methods may be used to purify metal silicon into high purity silicon.

일 예로 메탈실리콘을 유동층 반응기에서 염화수소가스와 반응시켜 삼염화실란으로 전환시킨 다음 종형 반응기에서 수소환원 반응 또는 열분해에 의해 고순도의 폴리실리콘을 제조할 수 있다. For example, polysilicon of high purity may be prepared by reacting metal silicon with hydrogen chloride gas in a fluidized bed reactor to trichlorosilane and then hydrogen reduction or pyrolysis in a vertical reactor.

메탈실리콘을 삼염화실란(SiHCl3)으로 전환시키기 위해 유동층반응기에 메탈실리콘을 충전한 다음 반응기 내부를 약 200 내지 400℃로 승온시킨 후 염화수소가스를 공급하면 하기와 같은 염화수소화반응(hydrochlorination)에 의해 삼염화실란이 생성된다.In order to convert the metal silicon into trichlorosilane (SiHCl 3 ), the fluidized bed reactor was filled with metal silicon, and then the temperature of the reactor was raised to about 200 to 400 ° C., and then hydrogen chloride gas was supplied. Trichlorosilane is produced.

Si + 3HCl → SiHCl3 + H2 Si + 3HCl → SiHCl 3 + H 2

상기와 같은 반응에 의해 삼염화실란이 생성되지만, 이외에도 반응에 수반하여 사염화규소(SiCl4), 이염화실란(SiH2Cl2)이나 모노염화실란(SiH3Cl)이 일부 생성될 수 있다. 또한, 메탈실리콘에 포함된 Al,Fe,Cu,Ca,B,P등의 불순물들도 염화수소와 반응하여 금속 염화물형태(AlCl3, FeCl3, BCl3 등)로 생성될 수 있다. The trichlorosilane is produced by the above reaction, but in addition to the reaction, silicon tetrachloride (SiCl 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) or monochlorosilane (SiH 3 Cl) may be partially produced. In addition, impurities such as Al, Fe, Cu, Ca, B, and P included in the metal silicon may also be generated in the form of metal chlorides (AlCl 3 , FeCl 3 , BCl 3, etc.) by reacting with hydrogen chloride.

이 경우 상기 불순물로 포함된 금속들이 상기 염화수소화 반응의 촉매로 작용하여 반응속도를 빠르게 진행시킬 수 있다. 필요할 경우 촉매로 3 내지 6wt%의 Cu를 촉매로 사용할 수 있다. In this case, the metals included as impurities may act as a catalyst of the hydrogen chloride reaction to speed up the reaction rate. If necessary, 3 to 6 wt% of Cu may be used as a catalyst.

그리고 상기 염화수소화반응에서 발생된 수소는 별도로 저장하여 후술할 실리콘 석출공정에서 환원가스로 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응에 반응물로 이용되는 염화수소는 후술할 실리콘 석출공정에서 재활용할 수 있다는 장점이 있다. Hydrogen generated in the hydrogen chloride reaction is preferably stored separately and used as a reducing gas in a silicon precipitation process to be described later. In addition, the hydrogen chloride used as a reactant in the reaction has the advantage that can be recycled in the silicon precipitation process to be described later.

상기 반응에 의해 생성된 삼염화실란은 순도를 높이기 위해 부반응으로 생성된 불순물들을 제고하는 정제과정을 거친다.The trichlorosilane produced by the reaction is subjected to a purification process to enhance impurities generated by side reactions in order to increase the purity.

정제과정으로 반응기에서 배출되는 가스는 먼지필터(dust filter)를 통과시켜 배출시킨다. 그리고 배출된 가스는 냉각에 의해 응축시켜 금속염화물들을 침전시켜 분리해낸다. 그리고 응축된 액체혼합물은 증류공정을 통해 기타 불순물들을 제거하여 고순도의 삼염화실란을 얻게 된다. 이외에도 상기 정제공정은 반도체나 태양전지용 실리콘을 만들기 위한 통상적인 정제공정에 의해 정제될 수 있음은 물론이다.The gas discharged from the reactor during the refining process is discharged through a dust filter. The discharged gas is then condensed by cooling to precipitate and separate the metal chlorides. The condensed liquid mixture removes other impurities through a distillation process to obtain high purity trichlorosilane. In addition, the purification process may be purified by a conventional purification process for making silicon for semiconductors or solar cells.

메탈실리콘을 삼염화실란(SiHCl3)으로 전환시키기 위한 다른 방법으로 수소화 반응(hydrogenation)을 이용한다.Hydrogenation is used as another method to convert metalsilicon to trichlorosilane (SiHCl 3 ).

수소화 반응을 위해 유동층반응기에 메탈실리콘을 충전한 다음 반응기의 내부로 사염화규소와 수소를 동시에 공급하면 하기와 같은 수소화 반응에 의해 삼염화실란이 생성된다. When the metal bed is charged to the fluidized bed reactor for the hydrogenation reaction and then silicon tetrachloride and hydrogen are simultaneously supplied to the inside of the reactor, trichlorosilane is produced by the hydrogenation reaction as follows.

3SiCl4 + 2H2 + Si → 4SiHCl3 + H2 3SiCl 4 + 2H 2 + Si → 4SiHCl 3 + H 2

상기 수소화반응은 흡열반응으로, 반응온도가 400 내지 700℃로 높아 표면적과 효과적인 반응온도 유지를 위해 유동층반응기를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응에서 생성되는 수소는 후술할 실리콘 석출공정에서 환원가스로 이용되는 수소로 재활용할 수 있다는 장점이 있다. The hydrogenation reaction is an endothermic reaction, the reaction temperature is high to 400 to 700 ℃ it is preferable to use a fluidized bed reactor to maintain the surface area and effective reaction temperature. In addition, the hydrogen generated in the reaction has the advantage that can be recycled to the hydrogen used as a reducing gas in the silicon precipitation process to be described later.

상술한 바와 같이 생성된 고순도의 삼염화실란은 통상적인 지멘스(siemens) 방식 또는 유동층반응기(FBR)에서 석출하는 방법등을 이용하여 폴리 실리콘으로 제조된다. The high-purity trichlorosilane produced as described above is made of polysilicon using a conventional Siemens method or a method of precipitation in a fluidized bed reactor (FBR).

일 예로 상기의 정제된 고순도의 삼염화실란과 수소가스를 내부에 실리콘 로드가 장착된 종형반응기에서 투입하여 환원시켜서 다결정 실리콘을 형성할 수 있다. 이때 반응기 내부에서 실리콘을 석출시키는 반응은 하기의 반응식으로 나타난다.For example, the purified high-purity trichlorosilane and hydrogen gas may be reduced in a bellows reactor equipped with a silicon rod therein to form polycrystalline silicon. At this time, the reaction of depositing silicon in the reactor is represented by the following reaction formula.

2SiHCl3 + 2H2 → 2Si + 6HCl 2SiHCl 3 + 2H 2 → 2Si + 6HCl

이외에도 삼염화실란을 반응기에서 고온으로 열분해시켜 다결정 실리콘을 형성할 수 있다. In addition, trichlorosilane can be pyrolyzed to high temperature in the reactor to form polycrystalline silicon.

한편, 본 발명의 폴리실리콘을 제조하기 위해서 삼염화실란을 환원시키기 쉽고 정제하기 용이한 모노실란(SiH4)으로 전환시킨 후 모노실란을 통상적인 열분해 또는 수소환원반응에 의해 실리콘을 석출시킬 수 있다.On the other hand, in order to prepare the polysilicon of the present invention, after converting the trichlorosilane into monosilane (SiH 4 ) which is easy to reduce and easy to purify, the monosilane may be precipitated by silicon by conventional pyrolysis or hydrogen reduction.

삼염화실란은 불균등화 반응을 통해 모노실란으로 전환된다. 이 경우 사염화규소도 부산물로 함께 생성된다. 삼염화실란의 불균등화 반응의 매커니즘을 하기에 나타낸다.Trichlorosilane is converted to monosilane through disproportionation. In this case, silicon tetrachloride is also produced as a by-product. The mechanism of the disproportionation reaction of trichlorosilane is shown below.

2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4 2SiHCl 3 ↔ SiH 2 Cl 2 + SiCl 4

2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3 2SiH 2 Cl 2 ↔ SiH 3 Cl + SiHCl 3

2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2 2SiH 3 Cl ↔ SiH 4 + SiH 2 Cl 2

상기 반응에서 이염화실란(SiH2Cl2 ), 모노염화실란(SiH3Cl)은 중간체로서 형성된다. 그리고 상기 반응에서 사용되는 촉매는 통상적인 아민-관능화된 폴리스티렌, 아민-관능화된 무기지지체, 유기폴리실록산 촉매 형태의 이온교환체가 사용될 수 있다.In the reaction, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and monochlorosilane (SiH 3 Cl) are formed as intermediates. And the catalyst used in the reaction may be used an ion exchanger in the form of conventional amine-functionalized polystyrene, amine-functionalized inorganic support, organopolysiloxane catalyst.

한편, 메탈실리콘을 고순도의 실리콘으로 정제하기 위해 상술한 바와 달리 금속정련 공법을 이용할 수 있다. 금속정련공법은 메탈실리콘을 정제용 도가니에 넣고 아르곤 가스나 수증기 등을 주입하고 가열하여 불순물을 산화시키고, 상부에 떠오르는 찌꺼기를 제거해 고순도의 실리콘(UMG:upgrade metaiiugical grade silicon)을 제조할 수 있다. 금속정련공법은 상술한 폴리실리콘의 제조방법들에 비해 불순물의 함량이 높다는 단점이 있으나 설비가 상대적으로 간단하고, 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다.Meanwhile, in order to purify the metal silicon into silicon of high purity, a metal refining method may be used unlike the above. In the metal refining method, metal silicon is placed in a refining crucible, infused with argon gas or water vapor, and heated to oxidize impurities and remove residues floating on the top to produce high purity silicon (UMG: upgrade metaiiugical grade silicon). The metal refining method has a disadvantage in that an impurity content is higher than that of the above-described polysilicon manufacturing method, but the installation is relatively simple and the manufacturing cost is low.

(제 1실험예)(Example 1)

슬래그와 산용액의 반응 실험을 하였다. 광양제철소에서 배출된 고로수재슬래그를 분쇄기에서 분쇄하여 약 50메쉬입도 크기의 분말만을 선별하였다. 이 경우 슬래그의 조성은 상기 표1에 기재된 바와 같다. The reaction experiment of slag and acid solution was carried out. The blast furnace slag discharged from Gwangyang Works was pulverized in a grinder to select only powders of about 50 mesh particle size. In this case, the composition of the slag is as described in Table 1 above.

다음으로, 반응용기에 질산수용액과 슬래그 분말을 혼합한 다음 상온에서 40분 동안 교반시키면서 반응을 진행시켰다. 그 결과를 도 4 내지 도 10에 나타냈다.Next, the mixture was mixed with an aqueous solution of nitric acid and slag powder in a reaction vessel, followed by stirring for 40 minutes at room temperature. The results are shown in FIGS. 4 to 10.

먼저, 도 4는 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:2로 혼합하여 반응시킨 사진이고, 도 5는 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:2.5로 혼합하여 반응시킨 사진이고, 도 6은 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:3으로 혼합하여 반응시킨 사진이고, 도 7은 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:8로 혼합하여 반응시킨 사진이고, 도 8은 도 5는 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:10으로 혼합하여 반응시킨 사진이다. First, FIG. 4 is a photograph of a 60% nitric acid solution mixed with slag and a weight ratio of 1: 2, and FIG. 5 is a photo of a 60% nitric acid solution mixed with a slag and a weight ratio of 1: 2.5. FIG. 6 is a photograph of a 60% nitric acid solution mixed with slag and a weight ratio of 1: 3, and FIG. 7 is a photograph of a 60% nitric acid solution mixed with a slag and a weight ratio of 1: 8. FIG. 5 is a photograph of 60% nitric acid solution mixed with slag at a weight ratio of 1:10.

도 4에서는 사진에 나타난 바와 같이 반응시작부터 찰흙처럼 굳어버리고, 흄이 급격하게 발생하였다. 하지만 1:2.5 비율로 혼합한 경우 도 5에 나타난 바와 같이 반응 후 용액상태로 유지되어 교반이 양호한 상태가 됨을 확인할 수 있었다. 이는 도 6 내지 도 8에서도 동일하였다.In FIG. 4, as shown in the photograph, the reaction hardens like clay from the start of the reaction, and the fume suddenly occurs. However, when mixed in a 1: 2.5 ratio, as shown in FIG. 5, the solution was maintained in a solution state and it was confirmed that the stirring was in a good state. This was the same in FIGS. 6 to 8.

그리고 도 9 및 도 10에서는 20%의 질산수용액을 슬래그와 혼합하여 반응시킨 사진을 나타내었다. 슬래그와 무게비로 1:2로 혼합한 경우 도 9에 나타난 바와 같이 반응 시작부터 찰흙처럼 굳어 버리는 현상이 발생하였다. 그리고 슬래그와 무게비로 1:12로 혼합한 경우 반응 초기 액상으로 유지되다가 시간이 지날수록 묵처럼 변하였다. 9 and 10 show photographs of 20% nitric acid solution mixed with slag and reacted. In the case of mixing 1: 2 in the slag and the weight ratio, as shown in FIG. 9, the phenomenon of hardening like clay occurred from the start of the reaction. In the case of mixing 1:12 in slag and weight ratio, it was maintained as a liquid phase at the beginning of the reaction and then changed like jelly as time passed.

(제 2실험예)(Example 2)

슬래그로부터 회수된 실리카가 반도체나 태양전지용 원료로서 상업적 이용이 가능한지 알아보기 위해 슬래그로부터 회수된 실리카에 대한 성분 분석을 하였다. In order to find out whether the silica recovered from the slag is commercially available as a raw material for semiconductors or solar cells, component analysis was performed on the silica recovered from the slag.

실험을 위해 먼저, 광양제철소에서 배출된 고로수재슬래그를 분쇄기에서 분쇄하여 약 50메쉬입도 크기의 분말만을 선별하였다. 이 경우 슬래그의 조성은 상기 표1에 기재된 바와 같다. For the experiment, first, the blast furnace slag discharged from Gwangyang Works was pulverized in a pulverizer to select only powder of about 50 mesh particle size. In this case, the composition of the slag is as described in Table 1 above.

다음으로, 반응용기에 60%의 질산수용액과 선별된 슬래그 분말을 무게비 1:6으로 투입한 다음 상온에서 40분 동안 교반시키면서 반응을 진행시켰다. 반응이 종료된 후 용기를 냉각시키고 용기 내의 내용물은 원심분리기를 이용하여 고액을 분리시키고, 분리된 고상의 실리카 입자는 증류수를 사용하여 세척한 후 건조기에서 125℃로 건조함으로써, 수재 슬래그로부터 실리카를 회수하였다. Next, 60% nitric acid solution and the selected slag powder were added to the reaction vessel in a weight ratio of 1: 6, and the reaction was performed while stirring at room temperature for 40 minutes. After the reaction is completed, the vessel is cooled, and the contents in the vessel are separated by a centrifuge to separate solid solution. The separated solid silica particles are washed with distilled water and dried at 125 ° C. in a dryer to remove silica from the water slag. Recovered.

상기와 같이 슬래그로부터 회수된 실리카의 주사전자 현미경 사진을 도 2에서 보면 평균 입도 크기가 30 내지 50㎛임을 알 수 있다. Scanning electron micrograph of the silica recovered from the slag as described above in Figure 2 it can be seen that the average particle size is 30 to 50㎛.

그리고 슬래그로부터 회수된 실리카의 성분분석 결과는 도 3에 첨부하였다. And the results of the component analysis of the silica recovered from the slag is attached to FIG.

도 3을 참조하면, 분석결과 실리카의 순도는 약 98.873wt%로 매우 높음을 확인할 수 있었다. 통상적으로 반도체나 태양전지용 실리콘으로 이용하기 위한 실리카가 쿼츠나 샌드를 정제하여 약 90%이상의 순도를 가지는 실리카를 얻는다는 점을 감안할 때 본 발명은 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용함으로써 공정의 간소화와 적은 비용으로 고품질의 반도체나 태양전지용 폴리실리콘을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 더욱이 분석결과 폴리실리콘의 제조시 다른 불순물보다 제거가 어려운 붕소나 인이 함유되어 있지 않아 불순물의 제거가 용이하다는 장점도 함께 가진다.Referring to FIG. 3, it was confirmed that the purity of the silica was very high, about 98.873 wt%. In view of the fact that silica for use as a silicon for semiconductors or solar cells is generally obtained by refining quartz or sand to obtain silica having a purity of about 90% or more, the present invention simplifies the process by using silica recovered from slag. It can be seen that high-quality polysilicon for semiconductors and solar cells can be manufactured at a cost. Furthermore, as a result of the analysis, it is possible to remove impurities because it does not contain boron or phosphorus, which is difficult to remove than other impurities in the production of polysilicon.

이상에서 본 발명은 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록도이고,1 is a block diagram schematically showing a method for producing polysilicon using silica recovered from slag according to a preferred embodiment of the present invention,

도 2는 슬래그로부터 회수된 실리카 분말의 주사전자 현미경사진이고,2 is a scanning electron micrograph of silica powder recovered from slag,

도 3은 슬래그로부터 회수된 실리카의 성분분석 결과를 나타낸 분석성적서이고,3 is an analysis report showing the results of the component analysis of the silica recovered from the slag,

도 4는 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:2로 혼합하여 반응시킨 사진이고, Figure 4 is a photograph of the reaction mixture by mixing 60% nitric acid solution in a 1: 2 ratio of slag and weight,

도 5는 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:2.5로 혼합하여 반응시킨 사진이고, FIG. 5 is a photograph of 60% nitric acid solution mixed with slag and 1: 2.5 in weight ratio for reaction.

도 6은 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:3으로 혼합하여 반응시킨 사진이고, FIG. 6 is a photograph of 60% nitric acid solution mixed with slag in a weight ratio of 1: 3 and reacted.

도 7은 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:8로 혼합하여 반응시킨 사진이고, FIG. 7 is a photograph of 60% nitric acid solution reacted with a slag and a weight ratio of 1: 8.

도 8은 60%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:10으로 혼합하여 반응시킨 사진이고,FIG. 8 is a photograph of 60% nitric acid solution mixed with slag at a weight ratio of 1:10 and reacted.

도 9은 20%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:2로 혼합하여 반응시킨 사진이고,Figure 9 is a photograph of the reaction mixture by mixing the nitric acid solution of 20% in the ratio of slag 1: 2,

도 10은 20%의 질산수용액을 슬래그와 무게비로 1:12로 혼합하여 반응시킨 사진이다. FIG. 10 is a photograph of reacting 20% nitric acid solution by mixing 1:12 in slag and weight ratio.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제철 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그로부터 실리카를 회수하는 제 1단계와;Recovering silica from slag generated in the steelmaking or steelmaking process; 상기 실리카를 환원시켜 메탈실리콘을 형성하는 제 2단계;를 포함하고, A second step of forming the metal silicon by reducing the silica; 상기 제 2단계 수행 후 상기 메탈실리콘을 염화수소와 반응시킨 후 정제하여 삼염화실란을 형성하는 제 3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법.And a third step of reacting the metal silicon with hydrogen chloride and then purifying the second step to form trichlorosilane. 2. The method of claim 1, further comprising a silica recovered from the slag. 제철 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그로부터 실리카를 회수하는 제 1단계와;Recovering silica from slag generated in the steelmaking or steelmaking process; 상기 실리카를 환원시켜 메탈실리콘을 형성하는 제 2단계;를 포함하고, A second step of forming the metal silicon by reducing the silica; 상기 제 2단계 수행 후 상기 메탈실리콘을 사염화규소 및 수소와 반응시킨 후 정제하여 삼염화실란을 형성하는 제 3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법.And performing a second step of reacting the metal silicon with silicon tetrachloride and hydrogen after the second step to purify to form trichlorosilane. 2. The method of manufacturing polysilicon using silica recovered from slag, further comprising: 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 삼염화실란을 불균등 반응에 의해 모노 실란으로 형성하는 제 4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법.The method of claim 7 or 8, wherein the trichloride silane is formed into monosilane by an inhomogeneous reaction. The method of manufacturing polysilicon using the silica recovered from the slag, characterized in that it further comprises. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 삼염화실란으로부터 실리콘을 석출시키는 제 4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법.The method of claim 7 or 8, further comprising the step of precipitating silicon from the trichlorosilane; polysilicon using a silica recovered from the slag, characterized in that it further comprises. 제 10항에 있어서, 상기 제 4단계의 상기 실리콘은 반응기의 내부에 상기 삼염화실란을 투입하여 수소분위기에서 환원시켜 석출시킨 것을 특징으로 하는 슬래그로부터 회수된 실리카를 이용한 폴리실리콘의 제조방법.The method of claim 10, wherein the silicon of the fourth step is added to the trichloride silane inside the reactor and reduced by precipitation in a hydrogen atmosphere to precipitate polysilicon using the silica recovered from the slag.
KR20090072522A 2008-11-19 2009-08-06 Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag KR101088901B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080115411 2008-11-19
KR20080115411 2008-11-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100056354A KR20100056354A (en) 2010-05-27
KR101088901B1 true KR101088901B1 (en) 2011-12-07

Family

ID=42280522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20090072522A KR101088901B1 (en) 2008-11-19 2009-08-06 Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101088901B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101693794B1 (en) * 2015-05-29 2017-01-09 (주)제이엔티아이엔씨 cement mortar compositon and cement mortar comprising the same, method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100056354A (en) 2010-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101426722B (en) Method for making silicon for solar cells and other applications
US7972584B2 (en) Magnesiothermic methods of producing high-purity silicon
Safarian et al. Processes for upgrading metallurgical grade silicon to solar grade silicon
US6887448B2 (en) Method for production of high purity silicon
Ceccaroli et al. Solar grade silicon feedstock
JP4856738B2 (en) Manufacturing method of high purity silicon material
US4241037A (en) Process for purifying silicon
CN102030329A (en) Polycrystalline silicon producing device and process
WO2006041272A1 (en) Method of silane production
EP3554998B1 (en) Process for the production of commercial grade silicon
KR101088901B1 (en) Manufacturing method of polysilicone using silica recovered from slag
CN101181997A (en) Method for preparing metallic silicon material
JP5256588B2 (en) Manufacturing method of high purity silicon
CN111762787B (en) Combined preparation method of chlorosilane and quartz
JP2009084129A (en) Method for producing high purity silicon
CN101423218B (en) Method for melting refractory element in silicon metal by plasma flame gun bottom blowing
JP2010030873A (en) High purity silicon and production method thereof
CN116395702A (en) Device and method for preparing high-purity silicon tetrachloride and polysilicon in short process
CN115744914A (en) Method for removing impurities and purifying industrial silicon
JP2009091228A (en) Method for producing silicon
Mukashev et al. A Novel Low Cost Process for the Production of Semiconductor Polycrystalline Silicon from Recycled Industrial Waste

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141215

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee