KR101375538B1 - 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘 - Google Patents

금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 금속실리콘을 제조에 관한 것으로서, 규석재와 저탄소 환원제를 노(爐)에 공급하는 단계, 상기 노(爐)를 가열시키고 아크열을 가하여, 상기 규석재와 저탄소 환원제를 반응시키고 상기 규석재로부터 용융실리콘을 얻는 단계, 상기 용융실리콘에 산소 또는 질소 또는 산소와 질소의 혼합기체를 공급하여 상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계, 및 상기 정련된 용융실리콘을 응고시켜 고상의 금속실리콘을 회수하는 단계를 포함하는 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘에 관한 것이다.

Description

금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘{METHOD FOR MANUFACTURING METAL-SILICON USING LOW-GRADE SILICA-MATERIALS AND METAL-SILICON MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 금속실리콘을 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규석재와 저탄소 환원제를 활용하여 고순도의 금속실리콘을 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘에 관한 것이다.
지구상에서 가장 많이 존재하는 물질인 규석(SiO2)은 상온 중에서 존재하는 형태, 화학적인 성분, 및 물리적인 특성에 따라 다양한 분야에서 활용되고 있다.
예를 들면, 알루미늄 합금용으로는 자동차 에어컨용 컴프레샤의 경사판(Swash plate)이나 자동차엔진의 실린더 블럭 및 실린더 라이너와 같은 내마모성이 요구되는 용도에 유용하게 사용되고 있다.
자동차 에어컨용 컴프레샤 경사판(swash plate)의 마찰면에는 지속적으로 윤활제가 공급되어야 하는데, 윤활제의 공급이 원활하지 않을 경우 마찰 금속간에 소착현상(Seizure)이 발생한다. 따라서, 자동차 에어컨용 컴프레샤 경사판은 내마모성이 우수한 재질의 금속재료를 이용하여 제조된다.
또한, 우수한 내마모성 및 고온 강도 특성과 함께, 열팽창율이 적고 비강도가 큰 경량 주물재료들은 자동차 엔진블럭, 피스톤, 실린더, 펌프 등의 소재에 많이 사용되고 있다.
또한, 화학용 및 폴리실리콘용으로는 금속실리콘으로 제조된 덩어리(럼프)를 파우더 분쇄하여 메틸클로로실란(Methylchlorosilane) 1차 제조 및 RTV, HTV, LSR, Resin, PSA, Emulsion 최종제품을 만드는 원료가 되며, 또는 트리클로로실란(Trichlorosilane) 1차 제조 및 Solar cell 최종 제품을 만드는 원료가 된다.
우리나라의 경우, 규석(SiO2) 원광과 가공된 규사가 생산되고 있으나, 품질이 저급하여 국내 생산품의 일부에만 활용되고 있으며, 고순도를 요구하는 제품의 원료는 해외에서 전량 수입되고 있다.
따라서, 해외로부터 수입되는 규석(SiO2) 원광과 가공된 규사의 수입량을 저감시키고, 저비용을 투자하면서 간소화된 공정을 통하여 국내산급 품질, 즉 저품질의 규석 또는 및 규사 미분을 고순도 실리콘으로 정련할 수 있는 기술 개발의 필요성이 증가되고 있다.
힌편, 종래의 금속실리콘 정련에서는 고순도 규석 및 환원제를 일정 비율로 배합한 후, 탄소열환원법을 이용하여 전기식 아크로에서 금속 실리콘을 환원시키고, 출탕된 금속실리콘을 용융물을 래들에서 산소정련, 질소정련, HF, HCl 및 일방향성 응고공법, 플라즈마공법 등으로 불순물을 제거하여 고순도 금속실리콘을 제조한다.
그러나 이 경우, 기체정련 공법은 불순물 제거가 쉽지 않으며, 특히 Fe성분은 기체반응으로 제거가 되지 않고, 공정 단계에 있어 전력비가 큰 단점이 있고, 공정 중 이산화탄소 발생 및 생산 단가 고비용이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 금속실리콘 제조에 있어서 규석재와 저탄소 환원제를 활용하여 고순도의 금속실리콘을 제조할 수 있고, 동시에 금속실리콘 제조 공정 시 전력량 감소, 온실가스 발생 저감 등의 이점이 있는 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘을 제공하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 금속실리콘 제조방법은, 규석재와 저탄소 환원제를 노(爐)에 공급하는 단계, 상기 노(爐)를 가열시키고 아크열을 가하여, 상기 규석재와 저탄소 환원제를 반응시키고 상기 규석재로부터 용융실리콘을 얻는 단계, 상기 용융실리콘에 산소 또는 질소 또는 산소와 질소의 혼합기체를 공급하여 상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계, 및 상기 정련된 용융실리콘을 응고시켜 고상의 금속실리콘을 회수하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로는, 상기 규석재는 99.0 wt% 이하의 규석(SiO2)을 포함할 수 있다.
상기 규석재는 98.5 wt% 이하의 규석(SiO2)을 포함할 수 있다.
상기 규석재는 규사미분 또는 규조토미분일 수 있다.
상기 저탄소 환원제는 석탄, 석유코크스, 목탄, 백탄, 검탄, 역청탄, 대나무, 무연탄, 유연탄, 옥수수 껍질, 야쟈열매 껍질 및 25 내지 55 wt%의 고정탄소를 함유하는 저회분탄 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계는, CIT(Ceramic Impeller Tube) 공법으로 수행할 수 있다.
상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계는, 상기 용융실리콘의 정련 공정 중, 불순물을 감소시키기 위한 플럭스가 더 투입될 수 있다.
상기 플럭스는 헥시클로르에탄(C2Cl6)을 포함하는 염화물계 플럭스일 수 있다.
상기 금속실리콘을 제조하는 과정에서 0.0003 ppm 이하의 부산물이 생성될 수 있다.
상기의 방법으로 합금용 또는 유기용 또는 폴리실리콘용으로 활용되는 금속실리콘을 제조할 수 있다.
또는, 상기의 방법으로 합금용 또는 유기용 또는 폴리실리콘용으로 활용되는 순도 99.8wt% 이상의 고순도 금속실리콘을 제조할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘에 따르면, 금속실리콘 제조에 있어서 규석재와 저탄소 환원제를 활용함으로써 생산원가를 절감시켜 저비용으로 고순도의 금속실리콘을 제조할 수 있다.
또한, 금속실리콘 제조에 있어서 환원제인 고정탄소 비율을 결정하는 기술을 도입하고 종래기술 보다 공정 단계를 간소화하고, 국내자원 활용, 생산원가 절감, 특히 에너지 사용량과 온실가스 발생을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 금속실리콘 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 온도에 따른 Si-O의 평형 증기압을 나타낸 상태도이다.
도 3은 본 발명의 금속실리콘 제조를 위하여 CIT 공법을 수행하기 위한 래들을 개념적으로 도시하여 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘에 대하여 첨부한 도면 및 사진을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
실리콘 성분은 지각의 3분의 1 가량을 구성할 만큼 지구상에 풍부하게 존재하고 있다. 자연 상 존재하는 실리콘은 보통 산화되거나 다른 물질과의 화합물로 존재하기 때문에 환원공정을 통해 순수한 실리콘을 얻게 된다. 환원공정을 거친 실리콘은 보통 96~99wt% 정도의 순도를 보이는데 대부분의 생산량이 철강산업에 쓰여 Metallurgical 실리콘, 금속 실리콘, 테크니컬 실리콘 등으로 불린다.
본 발명의 금속실리콘 제조방법은 도 1의 순서도에 도시된 바와 같이, 규석재와 저탄소 환원제를 노(爐)에 공급하는 단계(S10), 규석재로부터 용융실리콘을 얻는 단계(S20), 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계(S30), 및 고상의 금속실리콘을 회수하는 단계(S40)를 포함하여 이루어질 수 있다.
구체적으로 설명하면, 먼저 규석재와 저탄소 환원제를 노(爐)에 공급한다.(S10) 규석재와 저탄소 환원제는 각각의 저장탱크(미 도시됨)로부터 규석재와 저탄소 환원제를 노(爐)에 따로 공급할 수도 있고, 규석재와 저탄소 환원제를 혼합시킨 후 하나의 저장탱크(미 도시됨)에 보관하였다가 노(爐)에 공급할 수도 있다. 이때, 노(爐)는 아크로인 것이 바람직하다.
이때, 규석재는 99.0 wt% 이하의 규석(SiO2)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또는, 98.5 wt% 이하의 규석(SiO2)을 포함하는 규석재를 이용하는 것도 가능하다. 특징적으로, 실제 공정 중에는 95.0 내지 98.5 wt%의 규석(SiO2)을 포함하는 규석재를 이용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 저품질 규사, 저품질 규석 미분, 규사미분, 규조토 미분 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 저탄소 환원제는 석탄, 석유코크스, 목탄, 백탄, 검탄, 역청탄, 대나무, 무연탄, 유연탄, 옥수수 껍질, 야쟈열매 껍질 및 25 내지 55 wt%의 고정탄소를 함유하는 저회분탄 중 적어도 하나 이상을 포함하는 혼합물 일 수 있다. 특히, 저탄소 환원제는 중량비로 35wt% 이하의 고정탄소를 함유하는 것이 특징이다. 이렇게 저탄소 환원제의 고정탄소 함량을 제한하여, 금속실리콘 제조 시 발생되는 부산물 중 일산화탄소 및 이산화탄소 등의 환경유해 가스를 저감시킬 수 있다.
한편, 규석재와 저탄소 환원제는 일정 비율로 노(爐)에 공급에 공급되는데, 이때 공급되는 비율은 규석재에 함유된 규석함량과 저탄소 환원제에 포함된 고정탄소량을 각각 계산한 값을 통하여 얻어진다.
일반적으로 고정탄소함량(%)는 전체비율(%)을 100으로 하고, 100에서 수분, 회분 및 휘발분의 함량(%)의 합을 감하여 계산된다. 반면, 본 발명의 저탄소 환원제에는 전술된 저탄소 환원제 중 적어도 하나 이상이 혼합된 상태일 수 있으며, 저탄소 환원제로서 이종 이상이 혼합된 경우 저탄소 환원제의 고정탄소량은 환원제로서 혼합되어 투입되는 각각의 저탄소 환원제의 고정탄소함량(%)을 계산하고, 계산된 각각의 고정탄소함량(%) 값에 각각의 투입량(무게)를 곱한 산출값들을 모두 합하여 계산된다.
즉, 다음 표 1은 본 발명의 저탄소 환원제의 실시예로서, 3종의 저탄소 환원제가 혼합된 경우 저탄소 환원제의 배합되는 비율을 산출한 값이다.
구 분 C/SiO2 몰비 3.4
원단위 고정탄소 비율 % 배합비율 %
규석 3.5
환원제 A 3.6 10 70
환원제 B 3.7 30 30
환원제 C 3.8 70 10
이때, C/SiO2 몰비, 고정탄소비율은 다음의 계산식을 따라 계산된다.
C/SiO2 몰비 = (SiO2원단위+C함량)/C분자량(SiO2원단위/SiO2분자량)
고정탄소비율 = A원단위xA(C함량)/분자량(A원단위xA(C함량)/분자량+B원단위xB(C함량)/분자량+C원단위xC(C함량)/분자량)
전술된 방법으로 계산된 규석재에 함유된 규석함량과 저탄소 환원제에 포함된 고정탄소량의 각각의 결과값을 금속실리콘 제조 시, 규석(SiO2)이 환원되어 규소와 산소로 해리되는 각각의 몰비에 따라 혼합한다. 즉, 다음 공정인 용융실리콘을 얻는 단계(S20)에서 이루어지는 반응을 미리 예측하고 계산하여 그 비율에 적합하도록 혼합비율을 조절하게 되는 것이다. 또한, 이와 같이 예측하는 과정에서, 도 2의 상태도가 활용될 수 있다. 그리고, 이와 같이 혼합된 규석재와 저탄소 환원제의 혼합물은 노(爐)에 공급된다.
다음으로, 규석재로부터 용융실리콘을 얻게 된다.(S20) 이는 탄소열환원을 통하여 이루어진다. 이때, 노(爐)는 별도의 승온장치(미 도시됨)를 이용하여 가열되고, 노(爐) 내부에서는 노(爐) 상단에 형성된 아크전극을 통하여 아크열이 인가된다. 이로 인하여 노(爐)의 내부에 공급된 규석재와 저탄소 환원제가 반응하여 용융실리콘이 얻어지게 되는 것이다.
구체적으로는, 탄소열환원 공정 중, 노(爐) 내부에서는 3단계 화학반응이 연쇄적으로 발생되는데, 첫번째는 노(爐)의 상부(Upper reaction zone)에서 일어나는 반응으로서 규석(SiO2)과 탄소의 반응, 두번째는 노(爐)의 중간부분(Middle reaction zone)에서 일어나는 반응으로서 탄화규소와 규석(SiO2)의 반응, 세번째는 노(爐)의 하부(Low reaction zone)에서 일어나는 반응으로서 실리콘과 규석(SiO2)과 일산화탄소의 반응이다.
1단계(Upper reaction zone) : 2SiO → Si + SiO2
2단계(Middle reaction zone) : 2SiO + 4C → 2SiC + 2CO(1,520℃)
3단계(Low reaction zone) : 2SiC + 3SiO2 → Si + 4SiO + 2CO
즉, 상기된 3단계를 거쳐 규석(SiO2)이 실리콘(Si)으로 환원되어 용융실리콘이 얻어지는 것이다. 이때, 이를 통하여 얻어진 용융실리콘은 Fe, Al, Ca, P, B 등의 불순물이 다량 포함되어 있는 저순도 용융실리콘이다.
이후, 이러한 저순도 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이게 된다.(S30) 구체적으로, 전 공정에서 노(爐)의 내부에서 용융된 저순도 용융실리콘을 출탕시켜 정련을 위한 래들로 이송시킨 후, 저순도 용융실리콘 정련을 정련하게 된다.
이러한 용융실리콘 정련은 최종적으로 얻고자하는 실리콘의 성분을 조정하기 위한 성분원소를 용융실리콘에 공급하고, 용융실리콘을 교반시킬 수 있는 기체를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 여기서, 공급되는 기체는 산소, 질소, 또는 산소와 질소의 혼합기체 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 산소와 질소를 순차적으로 공급하거나, 산소와 질소를 각각의 공급장치로부터 동시에 공급하는 형태일 수도 있다.
특히, 본 발명의 용융실리콘 정련은 CIT(Ceramic Impeller Tube) 공법으로 수행할 수 있다. CIT(Ceramic Impeller Tube) 공법은 래들 내부에 수용된 용융실리콘 정련을 위하여 용융실리콘에 세라믹 재질의 임펠러를 침지 후 회전시키고 래들(110) 하부에 연결된 튜브 형상의 공급 시스템을 통하여 용융실리콘의 정련을 위한 기체 및 액체를 공급하는 방법이다.
여기서, 본 발명의 CIT 공법을 실시하기 위한 금속실리콘 정련장치(100)는 도 3과 같이, 래들(110), 정련장치부(130), 및 정련 액체 공급 시스템(150)과 정련 기체 공급 시스템(160)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 래들(110)은 최외각에 형성된 스테인리스 외부 몸체(111)와 상기 외부 몸체 내부에 순차적으로 적층된 내화벽(113) 및 그라파이트 내부 몸체(115)로 구성될 수 있다. 또한, 정련장치부(130)는 본 발명을 구현하기 위한 Heating-CIT 장치로서, 임펠러(135), 임펠러 홀더(133), 및 전원 공급원(131)으로 구성될 수 있다. 이외, 상기 래들(110)의 일측에는 래들(110)의 내부로 정련을 위한 액체 또는 기체를 공급시키기 위한 정련 액체 공급 시스템(150)과 정련 기체 공급 시스템(160)이 설치되도록 구성될 수 있다.
한편, 용융실리콘 정련 공정 중, 불순물을 감소시키기 위하여 플럭스를 투입시킬 수 있다. 이때 불순물은 액상 및 고상 개재물, 기포 등을 모두 포함한다.
특히, 플럭스로서, 염화물계 플럭스를 첨가하는 것이 특징이며, 이러한 염화물계 플럭스를 첨가하여 용융실리콘 내에 함유된 Fe, Al, Ca 등을 제거한다. 구체적으로, 염화물계 플럭스는 헥시클로르에탄(C2Cl6)을 주요 성분으로 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 용융실리콘에 첨가된 염화물계 플럭스에서 염소(Cl2)가 분리되고, 이러한 염소(Cl2)가 용융실리콘 내 칼슘(Ca)과 반응하여 염화칼슘(CaCl2)의 드로스를 형성하여 용융실리콘 상부로 부유되도록 구성된다.
그리고, 용융실리콘에 첨가되는 염화물계 플럭스는 정련을 위한 전체 용융실리콘량의 0.1 ~ 0.3 wt%이 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 플럭스가 전체 용융실리콘량의 0.1 wt% 미만 첨가되면 용융실리콘 내 불순물 제거 효과가 없거나 매우 미미할 수 있다. 또한, 플럭스가 전체 용융실리콘량의 0.3 wt% 초과 첨가되면 용융실리콘 내 불순물을 제거 후 남은 플럭스 성분이 용융실리콘의 조성에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 염화물계 플럭스는 1570℃ ~ 1900℃의 온도 범위의 용융실리콘에서 용해되는 것이 바람직하다. 용융실리콘이 1570℃ 미만이면 염화물계 플럭스의 용해가 잘 이루어지지 않거나, 용해 후 균질한 용융실리콘을 기대하기 어려울 수 있다. 또한, 용융실리콘이 1900℃ 초과이면 염화물계 플럭스가 용융실리콘 내에 용해된 후 염소(Cl2)로 분리될 때, 기체 상태의 염소(Cl2)가 고온에 의하여 외부로 손실되어 염화칼슘(CaCl2) 드로스의 형성 효과가 저하될 수 있다.
또한, 이러한 플럭스는 액상, 고상, 기상의 형태로 투입하는 것이 모두 가능할 뿐만 아니라, 액상, 고상, 기상의 플럭스를 적어도 1종 이상 동시에 투입시킬 수도 있다. 그리고, 플럭스는 전술된 정련 액체 공급 시스템과 정련 기체 공급 시스템을 통하여 용융실리콘에 공급되거나, 래들(110)의 상단에서 래들(110)의 내부로 투하되어 용융실리콘에 공급될 수 있다.
마지막으로, 정련이 완료된 용융실리콘을 응고시켜 고상의 금속실리콘을 회수한다.(S40). 회수되는 실리콘의 결정상태 및 순도는 이전 공정인 정련공정(S30)을 통하여 결정되지만, 실리콘 회수를 위한 응고 조건에 의하여 다소 영향을 받으므로 수득하고자 하는 실리콘 상태에 따라 응고 조건을 정밀하게 조절해야 할 필요가 있다.
전술된 바와 같은 방법으로 금속실리콘을 제조하는 데 있어서, 금속실리콘 제조 시 0.0003ppm 이하의 부산물이 생성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 부산물은 일산화탄소 및 이산화탄소 등의 환경유해 가스 및 비산되는 먼지 등의 공기오염원을 포함한다. 상세히 설명하면, 본 발명의 금속실리콘 제조 방법을 따라 제조 시, 환원제로서 탄소함량이 낮게 제어된 저탄소 환원제를 사용하여 일산화탄소 및 이산화탄소의 생성량이 줄어들고, 공정 단계를 간소화하여 제조 공정 중 발생되는 비산 먼지를 줄여, 부산물의 농도를 0.0003ppm이하로 낮출 수 있는 것이다.
또한, 전술된 바와 같은 방법으로 제조된 금속실리콘은 합금용 또는 유기용 또는 폴리실리콘용으로 활용된다. 합금용 실리콘은 실리콘(Si) 순도가 98.5 wt% 이상이며, 유기용 실리콘은 순도가 99.8wt% 이상이고, 폴리실리콘용(실리콘웨이퍼) 실리콘은 순도가 99.9999~99.9999999wt%(식스나인~나인나인)에 이른다.
특징적으로, 전술된 바와 같은 방법으로, 합금용 또는 유기용 또는 폴리실리콘용으로 활용되는 순도 99.8wt% 이상의 고순도 금속실리콘을 제조하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 아래 표 2에 정리하였다.
<실시예1>
국내 자원 중 규석재의 규석(SiO2) 함량을 93.0wt% 이상, 저탄소 환원제의 고정탄소 비율을 70.0 내지 85.0 wt%이하로 혼합하여 전기식 아크로에 투입하였다. 탄소열환원법을 이용하여 아크로에서 금속실리콘을 환원시키고 출탕된 용융실리콘을 CIT 공법으로 정련하였다. 정련 시, 플럭스를 투입하여 불순물 제거하였다.
<실시예 2>
국내 자원 중 규석재의 규석(SiO2) 함량을 98.0wt% 이상, 저탄소 환원제의 고정탄소 비율을 30.0 내지 40.5wt%이상으로 혼합하여 전기식 아크로에 투입하였다. 탄소열환원법을 이용하여 아크로에서 금속실리콘을 환원시키고 출탕된 용융실리콘을 CIT 공법으로 정련하였다. 정련 시, 플럭스를 투입하여 불순물 제거하였다.
<실시예 3>
국내 자원 중 규석재의 규석(SiO2) 함량을 93.0 내지 98.0wt%, 저탄소 환원제의 고정탄소 비율을 35wt%이상으로 혼합하여 전기식 아크로에 투입하였다. 탄소열환원법을 이용하여 아크로에서 금속실리콘을 환원시키고 출탕된 용융실리콘을 CIT 공법으로 정련하였다. 정련 시, 플럭스를 투입하여 불순물 제거하였다.
<실시예 4>
국내 자원 중 규석재의 규석(SiO2) 함량을 93.0 내지 98.0wt%, 저탄소 환원제의 고정탄소 비율을 33.0 내지 55.0wt%이상으로 혼합하여 전기식 아크로에 투입하였다. 탄소열환원법을 이용하여 아크로에서 금속실리콘을 환원시키고 출탕된 용융실리콘을 CIT 공법으로 정련하였다. 정련 시, 플럭스를 투입하여 불순물 제거하였다.
구분 발열량
kcal/kg		 Si wt% wt% ppm
Fe Al Ca P B
실시예1 6500 99.4 0.40 0.14 0.05 35 42
실시예2 7300 99.5 0.36 0.12 0.02 32 38
실시예3 6800 99.9 0.21 0.09 0.01 18 13
실시예4 7100 99.8 0.18 0.11 0.02 16 15
구체적으로 표 2에 정리된 바와 같이, 본 발명의 실시예1 내지 4에 의하여 고순도 금속실리콘의 정련이 가능함을 확인할 수 있다.
또한, 아래의 표 3은 각 지역의 규석재를 활용하여 금속실리콘 정련 시, CO2 발생량을 지역별로 비교하여 정리한 표로서, 본 발명을 통하여 CO2 발생량이 현저히 줄어듦을 확인할 수 있다.
Figure 112012053070091-pat00001
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘에 따르면, 금속실리콘 제조에 있어서 규석재와 저탄소 환원제를 활용함으로써 생산원가를 절감시켜 저비용으로 고순도의 금속실리콘을 제조할 수 있다.
또한, 금속실리콘 제조에 있어서 환원제인 고정탄소 비율을 결정하는 기술을 도입하고 종래기술 보다 공정 단계를 간소화하고, 국내자원 활용, 생산원가 절감, 특히 에너지 사용량과 온실가스 발생을 감소시키는 효과가 있다.
상기와 같은 금속실리콘 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속실리콘은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 금속실리콘 정련장치 110: 래들
111: 스테인리스 외부 몸체 113: 내화벽
115: 그라파이트 내부 몸체 130: 정련장치부
131: 전원 공급원 133: 임펠러 홀더
135: 임펠러 150: 정련 액체 공급 시스템
160: 정련 기체 공급 시스템

Claims (11)

  1. 규석재와 저탄소 환원제를 노(爐)에 공급하는 단계;
    상기 노(爐)를 가열시키고 아크열을 가하여, 상기 규석재와 저탄소 환원제를 반응시키고 상기 규석재로부터 용융실리콘을 얻는 단계;
    상기 용융실리콘에 산소 또는 질소 또는 산소와 질소의 혼합기체를 공급하여 상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계; 및
    상기 정련된 용융실리콘을 응고시켜 고상의 금속실리콘을 회수하는 단계;를 포함하며,
    상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계는,
    CIT(Ceramic Impeller Tube) 공법으로 수행하는 금속실리콘 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 규석재는 99.0 wt% 이하의 규석(SiO2)을 포함하는 금속실리콘 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 규석재는 98.5 wt% 이하의 규석(SiO2)을 포함하는 금속실리콘 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 규석재는 규사미분 또는 규조토미분인 금속실리콘 제조방법.
  5. 청구항 1항에 있어서,
    상기 저탄소 환원제는 석탄, 석유코크스, 목탄, 백탄, 검탄, 역청탄, 대나무, 무연탄, 유연탄, 옥수수 껍질, 야쟈열매 껍질 및 25 내지 55 wt%의 고정탄소를 함유하는 저회분탄 중 적어도 하나 이상을 포함하는 금속실리콘 제조방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1항에 있어서,
    상기 용융실리콘을 정련하여 순도를 높이는 단계는,
    상기 용융실리콘의 정련 공정 중, 불순물을 감소시키기 위한 플럭스가 더 투입되는 금속실리콘 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 플럭스는 헥시클로르에탄(C2Cl6)을 포함하는 염화물계 플럭스인 금속실리콘 제조방법.
  9. 청구항 1항에 있어서,
    상기 금속실리콘을 제조하는 과정에서 0.0003 ppm 이하의 부산물이 생성되는 금속실리콘 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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