KR101264252B1 - Apparatus for refining silicon and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명은 공급되는 실리콘 분말과 산용액을 반응시켜 상기 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 반응조; 상기 반응조와 연결되고 상기 반응조로부터 상기 실리콘 분말과 상기 산용액의 혼합액을 공급받으며 상기 혼합액을 원심분리법을 통해 고상의 고순도 실리콘과 액상의 폐액으로 분리하는 고액분리부; 및 상기 반응조 및 상기 고액분리부로부터 배출되는 유해가스를 처리 및 배출시키는 유해가스 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치을 제공한다.
본 발명에 의하면, 실리콘에 함유되어 있는 금속 불순물을 산처리를 통해 제거함으로써, 고순도의 태양광급 실리콘을 제조할 수 있다.
The present invention is a reaction tank for removing impurities contained in the silicon powder by reacting the supplied silicon powder and acid solution; A solid-liquid separator connected to the reactor and receiving a mixed solution of the silicon powder and the acid solution from the reactor, and separating the mixed solution into solid-phase high-purity silicon and liquid waste liquid by centrifugation; And it provides a silicon refining device comprising a harmful gas treatment unit for processing and discharge the harmful gas discharged from the reaction tank and the solid-liquid separator.
According to the present invention, high purity solar-grade silicon can be produced by removing metal impurities contained in silicon through acid treatment.

Description

실리콘 정련 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR REFINING SILICON AND METHOD THEREOF}Silicon refining apparatus and its method {APPARATUS FOR REFINING SILICON AND METHOD THEREOF}

본 발명은 실리콘 정련 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘에 함유되어 있는 금속 불순물을 산처리를 통해 제거함으로써, 고순도의 태양광급 실리콘을 제조할 수 있는 실리콘 정련 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon refining apparatus and a method thereof, and more particularly, to a silicon refining apparatus and a method for producing a solar-grade silicon of high purity by removing metal impurities contained in the silicon through acid treatment. will be.

일반적으로, 반도체용이나 태양전지용 웨이퍼로 사용되는 실리콘의 경우, 자연상태의 규석(SiO2)과 코크스 등의 탄소환원제를 아크(arc) 등을 이용하여 고온에서 반응시키는 열탄소환원법에 의해 얻어지게 된다. 그러나 이때 얻어진 실리콘은 다량의 불순물들을 함유하고 있고 약 99% 정도의 순도를 갖게 되므로, 추가적인 정련과정을 거쳐야만 반도체용 웨이퍼(순도 99.99999999%(10N))나 태양전지용 웨이퍼(순도 99.9999%(6N))로 사용할 수 있게 된다.In general, in the case of silicon used as a wafer for semiconductors or solar cells, a carbon reducing agent such as silica (SiO 2 ) and coke in a natural state is obtained by a thermal carbon reduction method of reacting at high temperature using an arc or the like. do. However, the silicon obtained at this time contains a large amount of impurities and has a purity of about 99%. Thus, the semiconductor wafer (purity 99.99999999% (10N)) or the solar cell wafer (purity 99.9999% (6N)) must be further refined. It can be used as.

여기서, 반도체 용도로 이용되는 실리콘은, 규석을 환원하여 얻어진 순도 98% 정도의 야금급 금속 실리콘을 실리콘 염화물로 변환하고, 그 후에 이 실리콘 염화물을 증류한 후에 열 분해하는 방법으로 제조되고 있으며, 상당히 복잡한 제조 공정 및 지극히 엄격한 공정 관리를 필요로 하므로, 필연적으로 제조 비용이 높아진다. 이 때문에, 이 반도체 용도의 실리콘은, 품질이 지나치게 좋으며 제조 비용이 너무 높기 때문에 수요의 신장에 동반하여 저비용화가 요구되고 있는 태양전지의 용도로는 적합하지 않다.Here, silicon used for semiconductor applications is manufactured by converting metallurgical grade metal silicon having a purity of about 98% obtained by reducing silica into silicon chloride, and then distilling the silicon chloride and then thermally decomposing it. Complex manufacturing processes and extremely tight process control are required, which inevitably leads to high manufacturing costs. For this reason, the silicon for this semiconductor use is not suitable for the use of the solar cell which is required to reduce cost with increase of demand because the quality is too high and manufacturing cost is too high.

그러므로, 가격이 저렴한 야금급 금속 실리콘을 원료로 하여, 태양전지 용도로 적합한 순도 6N급 이상으로 정련 즉, 실리콘에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 다양한 방법이 제안되고 있는 실정이다.Therefore, various methods of refining, that is, removing impurities contained in silicon with a purity of 6N or higher, suitable for solar cells, have been proposed, using metallurgical metal silicon of low cost as a raw material.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 실리콘에 함유되어 있는 금속 불순물을 산처리를 통해 제거함으로써, 고순도의 태양광급 실리콘을 제조할 수 있는 실리콘 정련 장치 및 그 방법의 제공을 그 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a silicon refining apparatus and a method for producing a solar-grade silicon of high purity by removing metal impurities contained in silicon through acid treatment. It is done.

본 발명은 공급되는 실리콘 분말과 산용액을 반응시켜 상기 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 반응조; 상기 반응조와 연결되고 상기 반응조로부터 상기 실리콘 분말과 상기 산용액의 혼합액을 공급받으며 상기 혼합액을 원심분리법을 통해 고상의 고순도 실리콘과 액상의 폐액으로 분리하는 고액분리부; 및 상기 반응조 및 상기 고액분리부로부터 배출되는 유해가스를 처리 및 배출시키는 유해가스 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치을 제공한다.The present invention is a reaction tank for removing impurities contained in the silicon powder by reacting the supplied silicon powder and acid solution; A solid-liquid separator connected to the reactor and receiving a mixed solution of the silicon powder and the acid solution from the reactor, and separating the mixed solution into solid-phase high-purity silicon and liquid waste liquid by centrifugation; And it provides a silicon refining device comprising a harmful gas treatment unit for processing and discharge the harmful gas discharged from the reaction tank and the solid-liquid separator.

여기서, 상기 반응조와 연결되어 상기 반응조로 상기 실리콘 분말 및 상기 산용액을 공급하는 원료 공급부를 더 포함하되, 상기 원료 공급부는 상기 실리콘 분말을 공급하는 실리콘 공급기 및 증류수와 혼합된 상기 산용액을 공급하는 산용액 공급기로 이루어지는 것에도 그 특징이 있다.Here, the raw material supply unit is connected to the reaction tank for supplying the silicon powder and the acid solution to the reaction tank, wherein the raw material supply for supplying the silicon solution and the acid solution mixed with the distilled water supplying the silicon powder It is also characterized by an acid solution feeder.

더불어, 상기 반응조는 내벽과 외벽의 이중구조로 형성되되, 상기 내벽과 외벽 사이에는 열매체유가 주입 및 순환되는 것에도 그 특징이 있다.In addition, the reactor is formed of a double structure of the inner wall and the outer wall, the heat medium oil is injected and circulated between the inner wall and the outer wall is characterized by.

이때, 상기 반응조에 연결되고 상기 반응조로 공급되는 상기 열매체유를 가열하는 오일히터를 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.At this time, it is also characterized in that it further comprises an oil heater for heating the heat medium oil connected to the reaction tank and supplied to the reaction tank.

또한, 상기 반응조는 상기 실리콘 분말 및 상기 산용액의 반응을 촉진시키기 위해 교반, 버블, 초음파 또는 압력 중 어느 하나를 발생시키는 장치를 구비하고 있는 것에도 그 특징이 있다.In addition, the reaction tank is characterized in that it is provided with a device for generating any one of stirring, bubble, ultrasonic waves or pressure to promote the reaction of the silicon powder and the acid solution.

한편, 본 발명은 실리콘 분말과 산용액을 준비하는 단계; 상기 실리콘 분말과 상기 산용액을 반응시켜 상기 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘 분말과 상기 산용액의 혼합액을 고상의 실리콘 분말과 액상의 폐액으로 원심분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 방법을 제공한다.On the other hand, the present invention comprises the steps of preparing a silicon powder and an acid solution; Reacting the silicon powder with the acid solution to remove impurities contained in the silicon powder; And centrifuging the mixed solution of the silicon powder and the acid solution into a solid silicon powder and a liquid waste solution.

여기서, 원심분리된 상기 실리콘 분말을 세척하는 단계를 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.Here, there is also a feature that further comprises the step of washing the silicon powder centrifuged.

본 발명에 의하면, 실리콘에 함유되어 있는 금속 불순물을 산처리를 통해 제거함으로써, 고순도의 태양광급 실리콘을 제조할 수 있다.According to the present invention, high purity solar-grade silicon can be produced by removing metal impurities contained in silicon through acid treatment.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 정련 장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 정련 방법을 공정 순으로 나타낸 공정 순서도.
1 is a block diagram showing a silicon refining apparatus according to the present invention.
2 is a process flowchart showing the silicon refining method according to the present invention in the order of process.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

그러면, 본 발명에 따른 실리콘 정련 장치에 대하여 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.Next, the silicon refining apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 정련 장치(100)는 고순도의 태양광급(6N) 실리콘을 제조하기 위해 저순도의 실리콘 분말에 함유되어 있는 금속 불순물을 산처리를 통해 제거하는 정련 장치로, 반응조(120), 고액분리부(130) 및 유해가스 처리부(140)를 포함하여 형성된다. 이때, 실리콘 정련 장치(100)는 반응조(120)로 실리콘 분말과 산용액을 공급하는 원료 공급부(110)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1, the silicon refining apparatus 100 according to the present invention is a refining apparatus for removing metal impurities contained in a low purity silicon powder through acid treatment in order to manufacture high purity solar class (6N) silicon. , Reaction tank 120, solid-liquid separator 130 and harmful gas treatment unit 140 is formed. In this case, the silicon refining apparatus 100 may include a raw material supply unit 110 supplying silicon powder and an acid solution to the reaction tank 120.

원료 공급부(110)는 반응조(120)로 실리콘 분말 및 산용액을 공급하는 장치로, 반응조(120)와 연결된다. 이때, 실리콘 분말과 산용액은 반응조(120)로 각각 공급되어 반응조(120) 내에서 혼합된다. 따라서, 원료 공급부(110)는 이를 위해 실리콘 공급기(111)와 산용액 공급기(112)로 이루어질 수 있다. 즉, 실리콘 공급기(111)에는 실리콘 분말이 채워지는데, 그 입자 크기는 대략 5㎛ 이상일 수 있고, 반응조(120)로 공급되는 실리콘 분말의 양은 3~10㎏일 수 있다. 더불어, 반응조(120)로 공급되는 실리콘 분말의 비산 방지를 위해, 실리콘 공급기(111)에 증류수가 공급되어, 실리콘 슬러리 형태로 공급되는 것이 바람직하다.The raw material supply unit 110 is a device for supplying silicon powder and an acid solution to the reaction tank 120, and is connected to the reaction tank 120. At this time, the silicon powder and the acid solution are respectively supplied to the reaction tank 120 and mixed in the reaction tank 120. Therefore, the raw material supply unit 110 may be composed of a silicon supply 111 and the acid solution supply 112 for this purpose. That is, the silicon supply 111 is filled with silicon powder, the particle size may be approximately 5㎛ or more, the amount of the silicon powder supplied to the reactor 120 may be 3 ~ 10kg. In addition, in order to prevent the scattering of the silicon powder supplied to the reaction tank 120, distilled water is supplied to the silicon feeder 111, it is preferably supplied in the form of a silicon slurry.

또한, 산용액 공급기(112)는 염산, 질산, 불산 등의 산성용액이 각각의 봄베에 채워진 형태로 구성된다. 이때, 반응조(120)로 공급되는 산성용액은 대략 30~120L일 수 있는데, 이러한 산성용액 공급량은 실리콘 분말의 공급량 및 반응조(120)의 수용 용량을 고려하여 설정한다. 그리고 이러한 산성용액은 증류수와 함께 혼합된 상태로 반응조(120)에 공급된다.In addition, the acid solution supplier 112 is configured in a form in which the acid solution, such as hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid is filled in each cylinder. At this time, the acid solution supplied to the reaction tank 120 may be approximately 30 ~ 120L, this acid solution supply amount is set in consideration of the supply amount of the silicon powder and the storage capacity of the reaction tank 120. The acid solution is supplied to the reaction tank 120 in a mixed state with distilled water.

더불어, 이와 같은 실리콘 분말 및 산용액은 각각의 배관라인에 설치되어 있는 펌프(150)의 펌핑 작용에 의해 이동되고, 반응조(120)로의 공급 여부 및 공급량은 배관라인에 설치되어 있는 각종 밸브류에 의해 제어될 수 있다.
In addition, the silicon powder and the acid solution are moved by the pumping action of the pump 150 installed in each piping line, and whether or not the supply and the amount of supply to the reaction tank 120 is applied to various valves installed in the piping line. Can be controlled.

반응조(120)는 실리콘 분말과 산용액 간의 반응이 진행되는 공간을 제공한다. 즉, 불순물이 함유되어 있는 저순도 실리콘 분말은 반응조(120) 내에서 염산, 질산, 불산 등의 산성용액과 혼합되고, 이들 산성용액와 불순물 간의 화학적 반응에 의해 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물이 제거된다.The reactor 120 provides a space in which the reaction between the silicon powder and the acid solution proceeds. That is, the low purity silicon powder containing impurities is mixed with an acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid in the reaction tank 120, and impurities contained in the silicon powder are removed by chemical reaction between these acid solutions and impurities. .

이러한 반응조(120)의 상부 또는 측부에는 실리콘 분말 및 산용액이 주입될 수 있도록 각각의 주입구가 형성된다. 그리고 반응조(120)는 실리콘 분말과 산용액 간의 원활한 반응 환경을 조성하기 위해 즉, 반응조(120) 내부를 일정하게 유지하기 위해 내벽과 외벽으로 이루어진 이중구조로 형성될 수 있다.Each injection hole is formed at the top or side of the reactor 120 so that the silicon powder and the acid solution can be injected. In addition, the reaction tank 120 may be formed in a dual structure consisting of an inner wall and an outer wall to create a smooth reaction environment between the silicon powder and the acid solution, that is, to maintain a constant inside of the reaction tank 120.

그리고 이러한 내벽과 외벽 사이에는 열매체유가 주입되고, 이러한 열매체유의 순환을 통해 반응조(120) 내부의 온도는 일정하게 유지될 수 있다. 이때, 이러한 열매체유는 오일히터(122)에 의해 반응조(120)로 주입될 수 있다.And heat medium oil is injected between the inner wall and the outer wall, the temperature inside the reaction tank 120 through the circulation of the heat medium oil can be kept constant. At this time, the heat medium oil may be injected into the reaction tank 120 by the oil heater 122.

즉, 오일히터(122)는 반응조(120)에 연결되어 열매체유를 가열하여 반응조(120)의 둘레를 따라 지속적으로 순환시키게 된다. 이때, 이러한 열매체유의 순환은 펌프(150)에 의해 이루어질 수 있다. 그리고 이러한 오일히터(122)가 반응조(120)를 순환하는 열매체유의 가열을 위한 충분한 가열용량을 가져야 함은 물론이다.That is, the oil heater 122 is connected to the reaction tank 120 to heat the heat medium oil to continuously circulate along the circumference of the reaction tank 120. At this time, the circulation of the heat medium oil may be made by the pump 150. And it is a matter of course that the oil heater 122 has a sufficient heating capacity for heating the heat medium oil circulating through the reaction tank (120).

예컨대, 오일히터(122)는 반응조(120) 내부의 온도가 100℃인 점을 감안하여 최대 110℃까지 열매체유를 가열할 수 있을 정도의 가열용량을 가져야 한다. 또한, 오일히터(122)는 이상가열에 의한 오버히팅(overheating)을 차단할 수 있어야 하며, 반응조(120) 내부에 설치되는 써모커플(thermocouple)의 온도 측정결과와 연계되어, 이를 바탕으로 한 온도보정을 통해 열매체유를 적정온도로 가열하도록 형성될 수 있다.For example, the oil heater 122 should have a heating capacity that can heat the heat medium oil up to 110 ℃ in consideration of the temperature of the reaction tank 120 is 100 ℃. In addition, the oil heater 122 should be able to block overheating due to abnormal heating, and in connection with the temperature measurement result of the thermocouple installed inside the reactor 120, based on this temperature correction Through it can be formed to heat the heat medium oil to an appropriate temperature.

한편, 반응조(120) 내에서 실리콘 분말과 산용액이 반응하게 되면, 이 과정에서 유해가스가 필연적으로 발생하게 된다. 따라서, 반응조(120)의 상부에는 이러한 유해가스를 유해가스 처리부(140)로 배출시키는 배출구가 형성된다.On the other hand, when the silicon powder and the acid solution in the reaction tank 120, the harmful gas is inevitably generated in this process. Therefore, an outlet for discharging the harmful gas to the harmful gas processing unit 140 is formed in the upper portion of the reaction tank 120.

또한, 반응조(120)는 공급되는 염산, 질산, 불산 등의 강산성 용액에 대한 내산성을 가지는 재질로 형성되어야 함은 물론이다.In addition, the reaction tank 120 should be formed of a material having acid resistance to a strong acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, and the like.

그리고 앞서 언급한 바와 같이, 반응조(120) 상부 및 측부를 포함하는 복수 부분에는 실리콘 분말과 산용액 간의 반응 시 내부 온도를 측정하고 열매체유의 온도를 조절하는 오일히터(122)와의 온도보정을 위한 써모커플이 설치될 수 있다.As mentioned above, the plurality of portions including the upper and side portions of the reaction tank 120 measure the internal temperature during the reaction between the silicon powder and the acid solution, and a temperature for temperature correction with the oil heater 122 for adjusting the temperature of the heat medium oil. Couples may be installed.

또한, 반응조(120)의 상부 또는 측부에는 작업자가 반응조(120) 내부를 관찰할 수 있도록 투시창이 형성될 수 있다.In addition, a viewing window may be formed on the upper side or side of the reaction tank 120 so that an operator may observe the inside of the reaction tank 120.

더불어, 반응조(120)는 분리형으로 형성되어 내부세척 등에 대한 편의를 증진시킬 수 있다. 이때, 반응조(120)의 분리 및 결합부분은 유해가스로부터의 안전을 위해 충분한 밀폐력을 확보하고 있어야 한다.In addition, the reaction tank 120 may be formed in a separate type to promote convenience for internal cleaning. At this time, the separation and coupling portion of the reaction tank 120 should ensure a sufficient sealing force for safety from harmful gases.

한편, 반응조(120)에 공급되는 실리콘 분말과 산용액은 서로 접촉될 시 화학적 반응이 일어나게 되는데, 이러한 반응을 더욱 촉진시키기 위해 인공적으로 혼합시키는 것이 바람직하다. 따라서, 반응조(120)에는 교반기가 설치되거나 버블 발생기, 초음파 발생기 또는 가압기 등의 장치가 설치되어, 실리콘 분말과 산용액 간의 반응을 촉진시킬 수 있다. 이에 따라, 도 1에는 반응 촉진 장치로, 반응조(120)에 교반기(121)가 설치된 상태를 도시하였다. 하지만, 이는 하나의 실시예일뿐 위의 버블 발생기, 초음파 발생기 또는 가압기가 설치되어 교반기(121)를 대체할 수 있음은 물론이다.On the other hand, the silicon powder and the acid solution supplied to the reaction tank 120 is a chemical reaction occurs when contacted with each other, it is preferable to artificially mix to further promote this reaction. Therefore, the reaction tank 120 may be provided with a stirrer or a device such as a bubble generator, an ultrasonic generator, or a pressurizer to promote a reaction between the silicon powder and the acid solution. Accordingly, FIG. 1 illustrates a state in which a stirrer 121 is installed in the reaction tank 120 as a reaction promoting device. However, this is only one embodiment of the above-described bubble generator, ultrasonic generator or pressurizer can be installed to replace the stirrer 121, of course.

교반기(121)는 실리콘 분말과 산용액의 반응을 촉진시키기 위한 이들을 교반시키는 장치이다. 이러한 교반기(121)는 모터(121a), 회전축(121b) 및 임펠러(121c)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 모터(121a)는 반응조(120) 외부 상측에 배치되고, 이에 회전 가능하게 연결되는 회전축(121b)에 회전력을 부여한다. 그리고 모터(121a)에 회전 가능하게 연결된 회전축(121b)은 반응조(120)의 길이 방향을 따라 반응조(120) 내부에 배치된다. 그리고 회전축(121b)의 하단에는 임펠러(121c)가 결합되어 회전축(121b)의 회전 시 연동되어 회전하게 되며, 이러한 임펠러(121c)에 의해 발생되는 소용돌이형 기류에 의해 실리콘 분말과 산용액이 전체적으로 섞이게 되어 이들의 반응이 촉진된다. 이때, 실리콘 분말 및 산용액과 직접 접촉하는 회전축(121b)과 임펠러(121c)는 교반과정에서 실리콘 분말을 오염시키지 않도록 내산성을 갖는 재질로 형성되어야 함은 물론이다.The stirrer 121 is an apparatus for stirring these for promoting the reaction of the silicon powder and the acid solution. The stirrer 121 may be formed to include a motor 121a, a rotating shaft 121b, and an impeller 121c. Here, the motor 121a is disposed above the outer side of the reaction tank 120 and imparts rotational force to the rotating shaft 121b rotatably connected thereto. The rotation shaft 121b rotatably connected to the motor 121a is disposed in the reaction tank 120 along the length direction of the reaction tank 120. And the impeller 121c is coupled to the lower end of the rotating shaft 121b to rotate in conjunction with the rotation of the rotating shaft 121b, so that the silicon powder and the acid solution are mixed as a whole by the swirling airflow generated by the impeller 121c. To facilitate their reaction. At this time, the rotary shaft 121b and the impeller 121c in direct contact with the silicon powder and the acid solution should be formed of a material having acid resistance so as not to contaminate the silicon powder in the stirring process.

이러한 교반기(121)의 회전속도는 rpm 단위로 조절 가능하게 형성될 수 있다. 그리고 교반기(121)는 최대 110℃에 달하는 반응온도에 대한 충분한 내열성을 가져야 하고, 대략 30~120L의 산용액을 충분히 교반시킬 수 있는 교반용량을 가져야 하며, 교반 시 반응조(120) 내부에 정체되는 영역이 없도록 임펠러(121c)의 크기 및 이의 회전 속도가 설정되어야 한다.
The rotational speed of the stirrer 121 may be formed to be adjustable in units of rpm. And the stirrer 121 should have a sufficient heat resistance for the reaction temperature up to 110 ℃, have a stirring capacity capable of sufficiently stirring the acid solution of approximately 30 ~ 120L, and stagnated inside the reaction tank 120 when stirring The size of the impeller 121c and its rotational speed should be set so that there is no area.

고액분리부(130)는 실리콘 분말과 산용액로 이루어진 혼합액을 고상의 고순도 실리콘 분말과 액상의 산폐액으로 분리하는 장치이다. 이러한 고액분리부(130)는 원심분리기일 수 있다. 즉, 고액분리부(130)는 고상의 실리콘 분말과 액상의 산폐액 간의 밀도 차이를 이용하여 분리하는 장치로, 원심력을 이용하여 혼합액으로부터 불순물이 제거된 고순도의 실리콘 분말을 단시간에 분리시킬 수 있다. 이때, 고액분리부(130)는 그 처리량이 20L/min 이상인 것으로 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 고액분리부(130)는 배관라인을 통해 반응조(120)와 연결되고, 반응조(120)로부터 배출되는 혼합액의 유입은 펌프(150)의 펌핑 작용을 통해 이루어질 수 있다. 한편, 고액분리부(130)에는 폐액수거함(131)이 배관으로 연결되고, 이러한 폐액수거함(131)은 원심분리를 통해 실리콘 분말과 분리된 상폐액을 수거하게 된다.The solid-liquid separator 130 is a device for separating the mixed liquid consisting of the silicon powder and the acid solution into a solid high-purity silicon powder and a liquid waste liquid. The solid-liquid separator 130 may be a centrifuge. That is, the solid-liquid separator 130 is a device for separating by using the difference in density between the solid silicon powder and the liquid acid waste liquid, it is possible to separate the high-purity silicon powder from which impurities are removed from the mixed liquid using a centrifugal force in a short time. . At this time, the solid-liquid separator 130 is preferably provided with a throughput of 20L / min or more. The solid-liquid separator 130 is connected to the reaction tank 120 through a pipe line, the inflow of the mixed liquid discharged from the reaction tank 120 may be made through the pumping action of the pump 150. On the other hand, the solid-liquid separator 130 is connected to the waste liquid collection box 131 by the pipe, the waste liquid collection box 131 is to collect the waste liquid separated from the silicon powder by centrifugation.

더불어, 고액분리부(130)는 반응조(120)와 마찬가지로, 내산성 및 내열성을 갖는 재질로 형성되어야 함은 물론이다. 그리고 고액분리부(130)의 작동 시 발생되는 유해가스는 유해가스 처리부(140)로 배출된다.
In addition, the solid-liquid separator 130, like the reaction tank 120, of course, should be formed of a material having acid resistance and heat resistance. And the harmful gas generated during the operation of the solid-liquid separator 130 is discharged to the harmful gas processing unit 140.

유해가스 처리부(140)는 공정 중에 발생되어 배출되는 유해가스 즉, 반응조(120)에서의 실리콘 분말과 산용액 간의 반응 중에 발생되는 유해가스 및 고액분리부(130)에서의 원심분리 과정에서 발생되는 유해가스를 처리 및 배출시키는 장치이다. The noxious gas treatment unit 140 is generated during the centrifugal process of the noxious gas and the solid-liquid separator 130 generated during the reaction between the noxious gas generated and discharged during the process, that is, the silicon powder and the acid solution in the reaction tank 120. It is a device to treat and discharge harmful gas.

이러한 유해가스 처리부(140)는 콘덴서(condenser)(141) 및 스크러버(scrubber)(143)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 콘덴서(141)는 반응조(120)의 배출구와 배관라인을 통해 연결되고 반응조(120)의 상부에 위치된다. 이러한 콘덴서(141)는 반응조(120)로부터 배출되는 유해가스가 스크러버(143)에 도달하기 전에 일차적으로 걸러주는 역할을 한다. 이때, 콘덴서(141)에는 냉각수를 순환 공급시키는 펌프(150)를 포함하는 칠러(chiller)(142)가 연결될 수 있고, 이에 따라, 콘덴서(141)는 칠러(142)에 의해 순환 공급되는 냉각수를 이용하여 고온의 배출 유해가스를 냉각 및 정화시킨다.The noxious gas treatment unit 140 may include a condenser 141 and a scrubber 143. Here, the condenser 141 is connected to the outlet of the reaction vessel 120 and the pipe line and is located above the reaction vessel 120. The condenser 141 primarily filters the harmful gas discharged from the reaction tank 120 before reaching the scrubber 143. In this case, a chiller 142 including a pump 150 for circulating and supplying coolant may be connected to the condenser 141. Accordingly, the condenser 141 may supply coolant circulated and supplied by the chiller 142. To cool and purify the hot exhaust gases.

또한, 스크러버(143)는 건식 또는 습식방식으로 유해가스를 세정하는 장치로, 콘덴서(141)와 배관을 통해 연결된다. 즉, 스크러버(143)는 콘덴서(141)를 통과한 유해가스를 최종적으로 정화시켜 배출하는 장치이다. 이러한 스크러버(143)는 최대 120L 가량의 산용액으로부터 발생되는 유해가스를 처리할 수 있도록 설계되어야 한다. 이때, 스크러버(143)에는 반응조(120) 외에 고액분리부(130)로부터 배출되는 유해가스가 유입될 수 있다. 이러한 스크러버(143)를 통해 정화된 배기가스는 후드 등을 통하여 외부로 배출된다.
In addition, the scrubber 143 is a device for cleaning the noxious gas in a dry or wet manner, and is connected to the condenser 141 through a pipe. That is, the scrubber 143 is a device that finally purifies and discharges harmful gas passing through the condenser 141. Such a scrubber 143 should be designed to handle the harmful gas generated from up to 120L of acid solution. At this time, the scrubber 143 may be introduced into the harmful gas discharged from the solid-liquid separator 130 in addition to the reaction tank (120). The exhaust gas purified through the scrubber 143 is discharged to the outside through a hood or the like.

이하, 본 발명에 따른 실리콘 정련 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a silicon refining method according to the present invention will be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명에 따른 실리콘 정련 방법을 공정 순으로 나타낸 공정 순서도로, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 정련 방법은 먼저, 칼슘(Ca), 철(Fe), 알루미늄(Al) 등의 금속 불순물이 함유되어 있는 실리콘 분말과 이러한 실리콘 분말과 반응하여 금속 불순물을 제거하는 역할을 하는 염산, 질산, 불산 등의 산성용액을 준비한다. 이 단계에서는 입자 크기가 5㎛ 이상인 실리콘 분말을 대략 3~10㎏ 준비한다. 이러한 실리콘 분말의 공급량은 예컨대, 반응이 이루어지는 반응조(120)의 용량에 따라 변화될 수 있다. 그리고 산성용액은 반응될 실리콘 분말의 공급량에 맞도록 대략 30~120L로 준비한다.
2 is a process flowchart showing the silicon refining method according to the present invention in the order of the process. Referring to FIG. 2, the silicon refining method according to the present invention first includes calcium (Ca), iron (Fe), aluminum (Al), etc. To prepare a silicon powder containing a metal impurity and an acidic solution such as hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid to react with the silicon powder to remove the metal impurities. In this step, approximately 3 to 10 kg of a silicon powder having a particle size of 5 µm or more is prepared. The supply amount of such silicon powder may vary depending on, for example, the capacity of the reaction tank 120 in which the reaction is performed. And acidic solution is prepared to approximately 30 ~ 120L to match the supply of silicon powder to be reacted.

다음으로, 정량으로 준비된 실리콘 분말과 산용액을 반응시켜 산용액을 통해 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물을 제거한다. 여기서, 실리콘 분말과 산용액을 혼합하기 전 산용액에 증류수를 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 분말과 산용액 간의 반응을 촉진시키기 위해, 이들을 교반시킨다거나 초음파, 압력, 버블 등을 발생시킬 수 있으며, 교반기(121)가 사용될 수 있다.Next, the silicon powder prepared by quantitative reaction with the acid solution is removed to remove impurities contained in the silicon powder through the acid solution. Here, it is preferable to mix distilled water with the acid solution before mixing the silicon powder and the acid solution. In addition, in order to promote the reaction between the silicon powder and the acid solution, they may be agitated or may generate ultrasonic waves, pressure, bubbles, and the like, and the stirrer 121 may be used.

한편, 실리콘 분말과 산용액 간의 반응과정에서 발생되는 유해가스는 외부로 배출시킨다. 이때, 이러한 유해가스를 콘덴서(141) 및 스크러버(143)로 통과시켜 여러 단계로 정화 처리한 다음 공기 중으로 배출시켜야만 한다.
On the other hand, the harmful gas generated during the reaction between the silicon powder and the acid solution is discharged to the outside. At this time, the harmful gas must be passed through the condenser 141 and the scrubber 143 to be purified in several stages and then discharged into the air.

다음으로, 금속 불순물이 제거된 실리콘 분말과 산용액의 혼합액을 서로 분리한다. 이 단계에서는 예컨대, 고액분리부(130)를 이용하여 이들을 원심분리시킨다. 여기서, 혼합액으로부터 분리된 고순도의 실리콘 분말에 대해 수 차례 세척 과정을 진행하여 최종적으로 고순도의 실리콘 분말을 얻는다. 한편, 실리콘 분말과 분리된 산성 폐액은 폐액수거함(131)과 같은 용기에 수거한 다음 폐기 처리한다.
Next, the mixed solution of the silicon powder and the acid solution from which the metal impurities are removed is separated from each other. In this step, for example, they are centrifuged using the solid-liquid separator 130. Here, the high purity silicon powder separated from the mixed solution is washed several times to finally obtain a high purity silicon powder. Meanwhile, the acidic waste liquid separated from the silicon powder is collected in a container such as a waste collection container 131 and then disposed of.

이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. It belongs.

100: 실리콘 정련 장치 110: 원료 공급부
111: 실리콘 공급기 112: 산용액 공급기
120: 반응조 120a: 내벽
120b: 외벽 121: 교반기
121a: 모터 121b: 회전축
121c: 임펠러 122: 오일히터
130: 고액분리부 131: 폐액수거함
140: 유해가스 처리부 141: 콘덴서
142: 칠러 143: 스크러버
150: 펌프
100: silicon refining device 110: raw material supply unit
111: silicon supply 112: acid solution supply
120: reactor 120a: inner wall
120b: outer wall 121: agitator
121a: motor 121b: axis of rotation
121c: impeller 122: oil heater
130: solid-liquid separator 131: waste liquid collection
140: harmful gas processing unit 141: condenser
142: chiller 143: scrubber
150: pump

Claims (7)

공급되는 실리콘 분말과 산용액을 반응시켜 상기 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 반응조;
상기 반응조와 연결되고 상기 반응조로부터 상기 실리콘 분말과 상기 산용액의 혼합액을 공급받으며 상기 혼합액을 원심분리법을 통해 고상의 고순도 실리콘과 액상의 폐액으로 분리하는 고액분리부; 및
상기 반응조 및 상기 고액분리부로부터 배출되는 유해가스를 처리 및 배출시키는 유해가스 처리부를 포함하되,
상기 유해가스 처리부는,
냉각수가 순환공급되며, 상기 반응조에 연결되어 상기 유해가스를 일차적으로 냉각 및 정화하는 콘덴서;
상기 콘덴서 및 상기 고액분리부에 각각 연결되어 상기 콘덴서를 통과한 상기 유해가스 및 상기 고액분리부에서 배출된 상기 유해가스를 정화시켜 배출하는 스크러버를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치.
A reaction tank for reacting the supplied silicon powder with an acid solution to remove impurities contained in the silicon powder;
A solid-liquid separator connected to the reactor and receiving a mixed solution of the silicon powder and the acid solution from the reactor, and separating the mixed solution into solid-phase high-purity silicon and liquid waste liquid by centrifugation; And
To include a harmful gas processing unit for processing and discharge the harmful gas discharged from the reaction tank and the solid-liquid separator,
The harmful gas processing unit,
A condenser to which cooling water is circulated and connected to the reaction tank to cool and purify the harmful gas primarily;
And a scrubber connected to the condenser and the solid-liquid separator to purify and discharge the harmful gas passed through the condenser and the harmful gas discharged from the solid-liquid separator.
제1항에 있어서,
상기 반응조와 연결되어 상기 반응조로 상기 실리콘 분말 및 상기 산용액을 공급하는 원료 공급부를 더 포함하되,
상기 원료 공급부는 상기 실리콘 분말을 공급하는 실리콘 공급기 및 증류수와 혼합된 상기 산용액을 공급하는 산용액 공급기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치.
The method of claim 1,
A raw material supply part connected to the reaction tank and supplying the silicon powder and the acid solution to the reaction tank,
And the raw material supply unit comprises a silicon feeder for supplying the silicon powder and an acid solution feeder for supplying the acid solution mixed with distilled water.
제1항에 있어서,
상기 반응조는 내벽과 외벽의 이중구조로 형성되되,
상기 내벽과 외벽 사이에는 열매체유가 주입 및 순환되는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치.
The method of claim 1,
The reactor is formed of a dual structure of the inner wall and the outer wall,
Silicon refining apparatus, characterized in that the heat medium oil is injected and circulated between the inner wall and the outer wall.
제3항에 있어서,
상기 반응조에 연결되고 상기 반응조로 공급되는 상기 열매체유를 가열하는 오일히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치.
The method of claim 3,
And an oil heater connected to the reactor and heating the heat medium oil supplied to the reactor.
제1항에 있어서,
상기 반응조는 상기 실리콘 분말 및 상기 산용액의 반응을 촉진시키기 위해 교반, 버블, 초음파 또는 압력 중 어느 하나를 발생시키는 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 장치.
The method of claim 1,
The reactor is equipped with a device for generating any one of stirring, bubble, ultrasonic waves or pressure to promote the reaction of the silicon powder and the acid solution.
실리콘 분말과 산용액을 준비하는 단계;
상기 실리콘 분말과 상기 산용액을 반응조 내에서 반응시켜 상기 실리콘 분말에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 단계; 및
상기 실리콘 분말과 상기 산용액의 혼합액을 고액분리부 내에서 고상의 실리콘 분말과 액상의 폐액으로 원심분리하는 단계를 포함하되,
상기 반응조에 연결된 콘덴서를 통해 상기 반응조로부터 배출되는 유해가스를 냉각 및 정화시키고, 상기 콘덴서 및 상기 고액분리부에 각각 연결된 스크러버를 통해 상기 콘덴서를 통과한 상기 유해가스와 상기 고액분리부에서 배출된 상기 유해가스를 정화시켜 배출하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 방법.
Preparing a silicon powder and an acid solution;
Reacting the silicon powder with the acid solution in a reaction tank to remove impurities contained in the silicon powder; And
Centrifuging the mixed liquid of the silicon powder and the acid solution into the solid silicon powder and the liquid waste liquid in the solid-liquid separator,
Cooling and purifying the harmful gas discharged from the reaction tank through a condenser connected to the reaction tank, the harmful gas passed through the condenser through the scrubber connected to the condenser and the solid-liquid separator and the discharged from the solid-liquid separator A silicon refining method comprising purifying and discharging harmful gas.
제6항에 있어서,
원심분리된 상기 실리콘 분말을 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 정련 방법.
The method according to claim 6,
The silicon refining method further comprises the step of washing the centrifuged silicon powder.
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