KR102647640B1 - 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말 회수 및 정제 방법 - Google Patents
실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말 회수 및 정제 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고순도 실리콘 분말의 회수 및 정제 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실리콘 슬러지를 필터 시스템으로 필터 프레싱하여, 물이 분리된 실리콘 케이크를 회수하는 단계; 상기 실리콘 케이크를 건조하는 단계; 건조된 상기 실리콘 케이크를 산처리하여 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘 케이크를 재 건조하는 단계를 포함한다. 상기 필터 시스템은 제1 필터링 사이즈를 갖는 제1 필터, 및 상기 제1 필터링 사이즈와 다른 제2 기공 사이즈를 갖는 제2 필터를 포함한다.
Description
본 발명은, 반도체 가공 공정에서 발생하는 폐기물(액상과 고상이 혼합된 실리콘 슬러지)로부터 실리콘 분말을 고순도로 회수 및 정제하는 방법에 관한 것이다.
반도체 Si 웨이퍼의 백그라인딩 가공은 웨이퍼를 가동하는 공정의 일부로서, Si 웨이퍼의 후면을 갈아내는 공정이다. 이 공정에서 발생하는 실리콘 폐기물(슬러지) 내의 고형분은 대부분이 실리콘(Si)으로 이루어져 있으나, 백그라인딩 가공 공정에서 비롯된 탄소분말 등의 분말들도 소량 포함되어 있다.
웨이퍼 제조공정에서는 단결정, 다결정 실리콘 잉곳을 여러 개의 와이어 쏘(multi-wire saw)로 동시에 절삭함으로써, 저 비용으로 다수 매의 웨이퍼를 생산하는 방식을 취하고 있다. 절삭을 위하여 물에 분산제 및 계면활성제 등을 혼합하여 사용된다. 상기와 같이 구성된 슬러리(Slurry)를 주입하면서 와이어를 회전시키면, 실리콘 잉곳이 눌리면서 절단되며, 이 과정에서 톱밥과 같은 미세 실리콘 입자의 절삭분이 발생하여 물에 혼입된다.
이에, 환경 오염문제 및 관련 산업의 높은 성장으로 실리콘의 수요가 폭발적으로 늘어남에 따라 실리콘 폐기물(실리콘 슬러지)로부터 실리콘을 회수하기 위한 기술들이 연구되어 왔으나, 주로 실리콘(Si)의 고순도 회수를 목적으로 한 연구로써 실리콘(Si)을 고순도로 정제하기 위하여 복잡한 분리, 정제공정을 거쳐야 하므로 생산성이 낮고, 제조원가가 상승하는 등이 문제점이 있었다. 또한, 폐 슬러지(Sludge)가 대량으로 발생되며, 폐 슬러지의 발생량은 반도체 산업의 발전으로 전체 웨이퍼의 생산량이 증가함에 따라 큰 폭으로 증가하고 있는 실정이다.
최근 실리콘 슬러지를 재활용하기 위한 기술이 나타나면서 제철소의 승열제, 탈산제 등으로 사용을 시도하고 있으며, 실리콘 슬러지를 시멘트 콘크리트 소재로 사용한 기술이 개발된 바 있다. 상기 승열제, 탈산제 등의 제품들은 쇳물의 내부 온도를 올리거나 산소를 없애는 용도로 사용하는 재료이나, 산화가 되면 용광로 속의 산소를 제거하거나 가열용 재료로 사용할 수가 없다. 그러나, 산화된 광물질을 사용하여 전기자기적 소자나 제품을 만드는 입장에서는 손쉽게 많은 원료를 저렴한 가격으로 쉽게 획득할 수 있는 장점이 있다. 이 실리콘 슬러지의 톤당 가격은 99% 순수한 규소(metal Si)를 사용하는 재료 구입가격 대비 0.75% 수준이다. 이를 활용시 우월한 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 실리콘 슬러지는 1) 실리콘 잉곳의 와이어 쏘잉 공정 또는 2) 실리콘 웨이퍼의 백그라인딩 가공 공정에서 폐기물로 발생할 수 있다. 본 발명은 산업폐기물로 버려지던 실리콘 슬러지로부터 실리콘을 고순도(Si 99.5% 이상)으로 수득할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 이 방법으로 수득한 고순도 실리콘 분말을 활용하는 방안을 제공하고자 한다.
본 발명은 실리콘 슬러지로부터 고순도의 실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고순도 실리콘 분말의 회수 및 정제 방법은, 실리콘 슬러지를 필터 시스템으로 필터 프레싱하여, 물이 분리된 실리콘 케이크를 회수하는 단계; 상기 실리콘 케이크를 건조하는 단계; 건조된 상기 실리콘 케이크를 산처리하여 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘 케이크를 재 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 필터 시스템은 제1 필터링 사이즈를 갖는 제1 필터, 및 상기 제1 필터링 사이즈와 다른 제2 필터링 사이즈를 갖는 제2 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고순도 실리콘 분말의 회수 및 정제 방법은, 실리콘 슬러지를 필터 프레싱하여, 물이 분리된 실리콘 케이크를 회수하는 단계; 상기 실리콘 케이크를 건조하는 단계; 건조된 상기 실리콘 케이크를 산처리하여 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘 케이크를 재 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 필터 프레싱은: 제1 평균 필터링 사이즈를 갖는 제1 필터 시스템; 및 상기 제1 평균 필터링 사이즈와 다른 제2 평균 필터링 사이즈를 갖는 제2 필터 시스템을 포함하고, 목적하는 실리콘 분말의 입자 사이즈에 따라 상기 실리콘 슬러지가 상기 제1 필터 시스템 및 상기 제2 필터 시스템 중 적어도 하나로 선택적으로 투입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고순도 실리콘 분말의 회수 및 정제 방법은, 실리콘 슬러지를 필터 시스템으로 산처리 및 필터링하여, 물과 불순물이 분리된 실리콘 케이크를 회수하는 단계; 및 상기 실리콘 케이크를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 산처리 및 필터링은, 상기 필터 시스템 내부로 상기 실리콘 슬러지와 산 용액을 투입하는 것; 및 필터 프레싱으로 상기 물과 상기 산 용액을 분리하는 것을 포함할 수 있다.
본발명 실시예의 산처리 과정은 단순히 불산, 질산 또는 황산 등의 용액을 사용하여 불순물을 제거하는 방법만을 한정하는 것이 아닌 습식 식각, 에칭 등의 다양한 화학 용액을 이용하여 처리하는 방법을 포함할 수 있다
본 발명에 따르면, 실리콘 슬러지로부터 고순도의 실리콘 분말을 경제적으로 회수할 수 있다. 본 발명에 따라 수득된 실리콘 분말은 고순도를 가지므로, 2차 전지 음극재의 소재로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은, 공정을 단순화함과 동시에 필터링에 사용되는 필터의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 필터 시스템을 통해 실리콘 슬러지를 필터링하는 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 필터 시스템을 통해 실리콘 슬러지를 필터링하는 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법은, 실리콘 슬러지를 필터링하는 단계(S110), 필터링으로 얻어진 실리콘 케이크를 건조하는 단계(S120), 건조된 실리콘 케이크 내의 불순물을 제거하는 단계(S140), 및 불순물이 제거된 실리콘 케이크를 재 건조하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
추가적으로, 본 실시예에 따른 방법은 건조 단계(S120)와 불순물을 제거 단계(S140) 사이에 실리콘 입자의 사이즈를 줄이는 그라인딩 단계(130)를 더 포함할 수 있으나, 이는 선택적으로 수행될 수 있다. 즉, 그라인딩 단계(130)는 원하는 최종 입자의 크기에 따라 선택적으로 생략될 수 있다.
구체적으로, 먼저 실리콘 슬러지가 준비될 수 있다. 실리콘 슬러지는 1) 실리콘 잉곳의 와이어 쏘잉 공정 또는 2) 실리콘 웨이퍼의 백그라인딩 가공 공정에서 폐기물로 발생된 것일 수 있다.
예를 들어, 와이어 쏘잉 공정 유래 실리콘 슬러지는, 실리콘 웨이퍼의 와이어 쏘잉 공정에서 발생하는 폐슬러지로서, 바람직하게는 DWS(Diamond wire saw) 절단 공법으로 실리콘 잉곳(ingot)을 절단시 발생하는 폐수로부터 회수된 폐슬러지일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 DWS 절단 공법으로 실리콘 잉곳(ingot)을 절단시 발생하는 폐수로부터 회수된 폐슬러지로서, DWS 절단 공법 수행시 절삭유와 연마제(SiC 등)을 사용하지 않고서, DWS 절단 공법으로 실리콘 잉곳(ingot)을 절단시 발생한 폐수일 수 있다.
상기 와이어 쏘잉 공정 유래 실리콘 슬러지는 실리콘(Si) 4 ~ 8 중량%, 유기탄소 화합물 0.05 ~ 0.15 중량%, 금속화합물 0.001 ~ 0.05 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘(Si) 4.5 ~ 7 중량%, 유기탄소 화합물 0.06 ~ 0.14 중량%, 금속화합물 0.005 ~ 0.04 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유기탄소 화합물의 중량%는 유기탄소 화합물 내 탄소의 무게를 실리콘 슬러지 전체 중량 중 중량%로 표현한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 백그라인딩 가공 공정 유래 실리콘 실러지는, 실리콘(Si), 유기탄소 화합물, 금속, 및 잔량의 DI water를 포함할 수 있다.
실리콘 슬러지를 필터링할 수 있다 (S110). 필터링 단계(S110)는 필터 프레스(filter press) 또는 세라믹 필터 시스템을 통해 수행될 수 있다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 필터 시스템을 통해 실리콘 슬러지를 필터링하는 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 필터 시스템(FIS) 내로 실리콘 슬러지가 투입될 수 있다. 필터 시스템(FIS)은 필터 프레스 또는 세라믹 필터 시스템일 수 있다. 필터 시스템(FIS)은, 그의 내부에 복수개의 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)을 포함할 수 있다. 일반적인 필터 프레스는, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4) 각각이 패브릭(fabric) 재질의 필터일 수 있다. 세라믹 필터 시스템은, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4) 각각이 세라믹 재질의 필터일 수 있다. 더불어 패브릭 재질의 필터와 세라믹 재질의 필터가 혼용된 필터시스템을 구성할 수 있다. 패브릭 재질의 필터는 가격이 저렴한 대신 내구성이 좋지 않으며, 세라믹 재질의 필터는 가격이 비싼 대신 내구성이 우수하다. 필터시스템의 재질은 단순히 패브릭 또는 세라믹 재질로 한정하는 것이 아닌 실리콘 슬러지를 우수하게 정제할 수 있는 다양한 재질의 필터를 사용할 수 있다
필터 시스템(FIS) 내에 압력이 인가되어, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)을 통해 실리콘 슬러지로부터 물이 분리될 수 있다. 물이 분리된 실리콘 슬러지로부터 실리콘 케이크가 형성될 수 있다. 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)을 통과하여 분리된 물 내에는, 필터의 필터링 사이즈보다 더 작은 미세 Si 입자들이 포함될 수 있다.
필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)은 일정한 간격으로 일 방향을 따라 배열될 수 있다. 다른 실시예로, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)은 서로 다른 간격을 가지고 상기 일 방향을 따라 배치될 수 있다. 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4) 을 통해 정제된 실리콘의 입도는, 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 일 실시예로, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)의 필터링 사이즈는 서로 동일할 수 있다.
다른 실시예로, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)의 필터링 사이즈는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 필터(FI1)의 필터링 사이즈는 3㎛이고, 제2 필터(FI2)의 필터링 사이즈는 5㎛이며, 제3 필터(FI3)의 필터링 사이즈는 3㎛이고, 제4 필터(FI4)의 필터링 사이즈는 5㎛일 수 있다. 즉, 제1 필털의 필터링 사이즈의 필터와 제2 필터의 필터링 사이즈의 필터가 교번적으로 배치될 수 있다. 이와 같이 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)의 필터링 사이즈를 서로 다르게 하여 필터 시스템(FIS) 내에 설치할 경우, 필터들(FI1, FI2, FI3, FI4)의 내구성을 향상시키고 필터링 효율이 향상될 수 있다.
도 3을 참조하면, 물이 분리된 실리콘 케이크를 회수할 수 있다. 구체적으로, 필터 시스템(FIS) 내에 공기, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체를 투입하여, 필터 시스템(FIS) 내부에 채워진 실리콘 케이크를 배출시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 필터링 단계(S110)는, 상온 하에서 수행될 수 있다. 실리콘 케이크의 함수율은 50% 이하, 바람직하게는 10 ~ 50%일 수 있다.
필터링 단계 후 회수된 실리콘 케이크는, 실리콘 46 ~ 55 중량%, 유기탄소 화합물 0.5 ~ 1.5 중량%, 금속화합물 0.01 ~ 0.5 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 48 ~ 55 중량%, 유기탄소 화합물 0.7 ~ 1.5 중량%, 금속화합물 0.1 ~ 0.5 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유기탄소 화합물의 중량%는 유기탄소 화합물 내 탄소의 무게를 실리콘 케이크 전체 중량 중 중량%로 표현한 것이다. 상기 실리콘 케이크 내 실리콘의 순도는 90 ~ 96%, 바람직하게는 91 ~ 96% 정도이다.
실리콘 케이크를 건조할 수 있다 (S120). 실리콘 케이크의 건조는, 마이크로웨이브 오븐 및/또는 저온 감압 건조로를 이용할 수 있다.
구체적으로, 건조 단계(S120)는 100 ~ 200℃ 하에서 1 ~ 3 시간 동안, 바람직하게는 120 ~ 180℃ 하에서 1.5시간 ~ 2.5 시간 동안 기류 건조(pneumatic conveying drying)를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 건조온도가 100℃ 미만이면 건조시간이 너무 오래 걸려서 생산성이 저하되며, 200℃를 초과하면 실리콘(Si)이 산화됨으로써 후 최종적으로 수득된 실리콘 분말의 순도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 건조 시간은 건조 온도에 따라 결정될 수 있다.
건조된 실리콘 케이크(또는 분말)은 실리콘 92 ~ 98.5중량%, 유기탄소 화합물 0.5 ~ 2.7 중량% 이하, 금속화합물 0.1 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 물을, 바람직하게는 실리콘 96 ~ 98 중량%, 유기탄소 화합물 1.0 ~ 2.5 중량%, 금속화합물 0.3 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유기탄소 화합물의 중량%는 유기탄소 화합물 내 탄소의 무게를 건조된 실리콘 케이크 전체 중량 중 중량%로 표현한 것이다.
건조된 실리콘 케이크(또는 분말) 내의 불순물을 제거할 수 있다(S140). 구체적으로, 불순물 제거 단계(S140)는, 자력 선별기를 사용하여 금속 입자를 제거하는 것, 및 불산 및/또는 황산과 같은 산 용액을 이용해 잔여 불순물을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 금속 입자는 전도성을 지닌 것으로, 자력 선별기를 통해 실리콘 케이크(또는 분말) 내에서 제거될 수 있다. 이로써, 실리콘 케이크(또는 분말) 내의 금속 입자가 제거될 수 있다. 이어지는 산처리를 통해, 실리콘 케이크(또는 분말) 내의 금속화합물 및 유기탄소 화합물이 제거될 수 있다.
불순물이 제거된 실리콘 케이크(또는 분말)를 재 건조할 수 있다 (S150). 재 건조 단계(S150)는 앞서 설명한 건조 단계(S120)와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 재 건조를 통해, 고순도의 실리콘 분말을 회수할 수 있다.
회수된 최종 실리콘 분말은 실리콘 순도가 98.0% 이상, 바람직하게는 98.00 ~ 99.80%, 더욱 바람직하게는 99.0 ~ 99.8%일 수 있다. 이때, 실리콘 순도가 98.0% 미만이면 이를 이용한 응용제품 범위가 매우 한정될 수 있으므로, 높은 순도의 실리콘 분말이 되도록 제조하는 것이 기술적으로 매우 중요하다.
앞서 설명한 방법을 통해 실리콘 슬러지로부터 회수된 실리콘 분말은, 다양한 제품의 소재로 사용할 수 있다.
예를 들어, 실리콘 분말은 2차 전지 음극재의 소재로 사용될 수 있다. 2차 전지 음극재는 흑연물질이 주로 사용되고 있지만, 고용량, 고출력 특성이 요구됨에 따라 실리콘을 혼합하여 제조하고 있으며, 특히 자동차용 배터리는 작은 사이즈의 고용량을 구현할 수 있는 배터리의 특성이 더 크게 요구 되고 있어 Si를 이용한 음극재의 수요량은 증가 추세에 있다. 본 발명의 실리콘 분말을 이용하여 2차 전지용 음극재의 소재를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 실리콘 분말은 고품질의 철강 제조에 사용되는 탈산재의 소재로도 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법은, 실리콘 슬러지를 산처리 및 필터링하는 단계(S115), 필터링으로 얻어진 실리콘 케이크를 건조하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 산처리 및 필터링 단계(S115)는, 필터 시스템(FIS) 내에서 물을 제거하는 필터링 공정과 산용액에 의한 불순물 제거가 동시에 수행될 수 있다.
예를 들어, 필터 시스템(FIS) 내에 실리콘 슬러지와 산 용액을 동시에 투입하고, 이를 필터링하여 실리콘 케이크로부터 물과 산 용액을 분리할 수 있다. 분리된 산 용액 내에는 금속화합물 및 유기탄소 화합물과 같은 불순물이 포함될 수 있다.
필터링 공정과 산처리가 본 발명의 필터 시스템 내에서 동시에 수행될 경우, 필터 시스템으로 산처리시 필터의 기능에 변형이 없는 내구성이 우수한 소재의 필터를 사용할 수 있다. 이후 실리콘 케이크를 건조할 수 있다 (S120). 건조 단계(S120)는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다. 실리콘 케이크를 건조하여 고순도 실리콘 분말을 바로 수득할 수 있다.
본 실시예에 따른 방법은, 필터 시스템(FIS)을 통해 물 분리와 산처리를 통한 불순물 제거를 동시에 수행하므로, 앞서 도 1에서 설명한 후속 불순물 제거 단계(S140) 및 재 건조 단계(S150)가 생략될 수 있다. 이로써 공정이 더욱 간단해지고 실리콘 분말의 생산비가 절감될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 분말을 회수하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 실리콘 슬러지를 필터링할 수 있다 (S110). 필터링 단계(S110)에 사용되는 필터 시스템은, 제1 필터 시스템(FIS1) 및 제2 필터 시스템(FIS2)을 포함할 수 있다. 실리콘 슬러지가 제1 필터 시스템(FIS1)으로 투입되거나, 제2 필터 시스템(FIS2)으로 투입되거나, 또는 제1 및 제2 필터 시스템(FIS1, FIS2)으로 동시에 투입될 수 있다.
제1 필터 시스템(FIS1)은 제1 평균 필터 필터링 사이즈를 가질 수 있고, 제2 필터 시스템(FIS2)은 제2 평균 필터 필터링 사이즈를 가질 수 있다. 제1 평균 필터 필터링 사이즈와 제2 평균 필터 필터링 사이즈는 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 제1 필터 시스템(FIS1)의 제1 평균 필터 필터링 사이즈는 5㎛일 수 있고, 제2 필터 시스템(FIS2)의 제2 평균 필터 필터링 사이즈는 3㎛일 수 있다. 평균 입도가 5㎛ 이상의 실리콘 분말이 필요할 경우, 실리콘 슬러지를 제1 필터 시스템(FIS1)에 투입할 수 있다. 평균 입도가 3㎛ 이상의 실리콘 분말이 필요할 경우, 실리콘 슬러지를 제2 필터 시스템(FIS2)에 투입할 수 있다.
필터링 단계(S110) 이후의 과정은, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 목적하는 실리콘 분말의 입자 사이즈에 따라 제1 필터 시스템(FIS1) 및 제2 필터 시스템(FIS2) 중 적어도 하나를 선택적으로 사용할 수 있다. 이로써 필터 시스템 내의 필터들을 교체하지 않고서도, 단순히 실리콘 슬러지의 경로 및 유량을 조절하여 원하는 입도의 실리콘 분말을 수득할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (12)
- 실리콘 슬러지를 필터 시스템으로 여과하여, 물이 분리된 실리콘 케이크를 회수하는 단계;
상기 실리콘 케이크를 건조하는 단계;
건조된 상기 실리콘 케이크를 산처리하여 불순물을 제거하는 단계; 및
상기 실리콘 케이크를 재 건조하는 단계를 포함하되,
상기 필터 시스템은 복수개의 제1 필터들 및 복수개의 제2 필터들을 포함하고, 상기 필터 시스템 내에서 상기 복수개의 제1 필터들과 상기 복수개의 제2 필터들이 서로 교번적으로 배치되며,
상기 복수개의 제1 필터들 각각은, 제1 기공 사이즈를 갖고,
상기 복수개의 제2 필터들 각각은 상기 제1 기공 사이즈와 다른 제2 기공 사이즈를 가지며,
상기 필터 시스템은, 상기 복수개의 제1 필터들 및 상기 복수개의 제2 필터들과 평행하게 배치되는 입구 및 출구를 포함하고,
상기 물은 상기 제1 및 제2 필터들을 통과하여 상기 출구로 배출되고,
상기 실리콘 케이크를 상기 필터 시스템에서 회수하는 단계는, 상기 출구를 통해 상기 필터 시스템 내에 불활성 기체를 투입하여 상기 실리콘 케이크를 상기 입구를 통해 배출시키는 것을 포함하는,
실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 슬러지는, 실리콘(Si) 4 ~ 8 중량%, 유기탄소 화합물 0.05 ~ 0.15 중량%, 금속화합물 0.001 ~ 0.05 중량% 및 잔량의 물을 포함하는,
실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 건조 단계 전의 상기 실리콘 케이크는 10 ~ 50%의 함수율을 갖는,
실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 케이크를 건조하는 단계는, 100 ~ 200℃ 하에서 1 ~ 3 시간 동안 기류 건조(pneumatic conveying drying)를 수행하는 것을 포함하는,
실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 불순물을 제거하는 단계는 자력 선별기를 사용하여 금속 입자를 제거하는 것을 더 포함하는,
실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 케이크를 재 건조하여 얻어진 실리콘 분말의 실리콘 순도는 98.00 ~ 99.80중량%인,
실리콘 분말을 회수 및 정제하는 방법.
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