KR20120049444A - 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탈 실리콘의 연속 제조공정에 관한 것이다. 그러한 메탈 실리콘의 연속 제조공정은 규사의 채취, 크기별 분류, 세척, 탈수, 건조 및 탈철공정을 진행하는 전처리 공정과; 전처리 된 규사를 고주파에 의한 예열 및 저전압 아크를 이용한 융용과, 고주파에 의한 교반을 연속적으로 처리하는 메인 공정과; 그리고 상기 메인공정에서 예열,용융, 교반처리된 규소를 성형하는 후공정을 포함하며, 상기 메인공정은 실리카와 환원제를 가열로의 수직로에 투입하고, 상기 수직로를 따라 하강하는 상기 실리카와 환원제에 마이크로파를 조사함으로써 1차적으로 가열하는 제 1단계와; 상기 제 1단계에서 1차 가열된 액상의 실리카를 용해로에 투입하고, 저전압 아크에 의하여 2차 가열함으로써 산소를 분리하여 규소만을 추출하는 제 2단계와; 그리고 상기 제 2단계에서 추출된 용융 규소를 정련로에 투입하고, 고주파를 조사함으로써 교반시키는 제 3단계를 포함한다.

Description

규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정{PROCESS FOR CONTINUOUS MANUFACTURING METAL SILICON}
본 발명은 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 규사 채취, 크기별 분류, 세척, 탈수, 건조 및 탈철 등의 전처리 공정을 거친 후, 고주파에 의한 예열 및 저전압 아크를 이용한 융용과, 고주파에 의한 교반을 연속적으로 처리하는 메인 공정과, 용융된 규소를 성형하는 후공정으로 구성된 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 규사는 석영의 알갱이로 이루어진 모래성분이며, 주로 무수규산(無水硅酸) SiO로 이루어져 있다. 이러한 규사는 유리, 사기그릇의 재료로 쓰이며, 또한 실리콘 금속의 원료, 전자산업, 제철, 주물,요업 등의 원료로 사용된다.
상기 규사는 탄소계 환원제와 같이 전기 용광로에서 높은 온도로 반응시키게 되면 산소 분자는 일산화탄소의 형태로 분리되고 규소만 남게 된다.
순수한 규소는 금속성을 가지므로 메탈 실리콘(Metal Silicon)이라 한다. 메탈 실리콘은 통상 98-99.5%의 순도를 가지며, 화학반응 방정식은 다음과 같다.
SiO2+2C → Si+2CO
이러한 반응에 의하여 얻어진 SiO2의 순도가 98-99%이면 메탈 실리콘이라 칭하게 된다. 상기 순도의 메탈 실리콘을 다시 용해시킨 후, 불순물을 제거하면 순도가 99.7-99.8%인 메탈 실리콘을 얻을 수 있다.
이를 반도체용으로 사용하고자 하면 정련하기 쉬운 액체나 기체 상태로 전환시켜 증류, 분류 과정을 거치면 폴리 실리콘을 얻을 수 있다.
그리고, 환원제로는 주로 목탄, 석유 코크스, 정제탄 등이 사용되며 이들의 탄소 함량과 회분 함량도 제련의 효율성에 많은 영향을 미친다.
상기와 같은 메탈 실리콘에서 순도가 더 높은 것들은 결정형태에 따라 단결정, 다결정 실리콘으로 분류되며 반도체 및 태양광 산업에 주로 사용된다.
그러나, 이러한 메탈 실리콘은 규사를 3개의 전극봉이 구비된 전기로에 투입하고 고전압의 아크(Arc)를 발생시킴으로써 규사를 용융시키게 되므로, 전력 소모량이 크게 증가하는 문제점이 있다.
또한, 메탈 실리콘의 용융시 다량의 폐기물 및 유해가스가 다량 발생되는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 제조방법에 의하여 메탈 실리콘을 제조한 경우, 순도면에 있어서 저순도 메탈이 30% 이상 차지하므로 품질이 저하되고, 실리콘 회수율이 저하되며, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 목적은 규사의 전처리 후, 규사를 가열, 융융, 교반시키기 위한 로를 연속적으로 배치하여 처리하고, 성형하는 공정을 개선함으로써 전기 소모량을 최소화시킨 상태에서 고순도의 메탈 실리콘을 제조할 수 있는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정에 관한 것이다.
따라서, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 규사의 채취, 크기별 분류, 세척, 탈수, 건조 및 탈철공정을 진행하는 전처리 공정과; 전처리 된 규사를 고주파에 의한 예열 및 저전압 아크를 이용한 융용과, 고주파에 의한 교반을 연속적으로 처리하는 메인 공정과; 그리고 상기 메인공정에서 예열,용융, 교반처리된 규소를 성형하는 후공정을 포함하며,
상기 메인공정은 실리카와 환원제를 가열로의 수직로에 투입하고, 상기 수직로를 따라 하강하는 상기 실리카와 환원제에 마이크로파를 조사함으로써 1차적으로 가열하는 제 1단계와;
상기 제 1단계에서 1차 가열된 액상의 실리카를 용해로에 투입하고, 저전압 아크에 의하여 2차 가열함으로써 산소를 분리하여 규소만을 추출하는 제 2단계와; 그리고
상기 제 2단계에서 추출된 용융 규소를 정련로에 투입하고, 고주파를 조사함으로써 교반시키는 제 3단계를 포함함으로써,
상기 가열로와, 용해로와, 정련로를 연속적으로 배치하고, 마이크로파 조사 방식 및 저 전압 아크 방식을 적용함으로써 전기 소모량을 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정을 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 실리콘의 연속 제조공정은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 규사 채취, 크기별 분류, 세척, 탈수, 건조 및 탈철 등의 전처리 공정을 거친 후, 고주파에 의한 가열 및 저전압 아크를 이용한 융용과, 고주파에 의한 교반을 연속적으로 처리하는 메인 공정과, 용융된 규소를 성형하는 후공정으로 구성됨으로써 규사의 연속제조가 용이하다.
둘째, 가열로와, 용해로와, 정련로를 연속적으로 배치하여 규사를 용융시킴으로써 고순도의 메일 실리콘을 제조하게 되므로, 전기 소모량을 기존 보다 30%이상 절감할 수 있고, 그레이드 별로 용이하게 분류할 수 있다.
셋째, 가열로와, 용해로와, 정련로는 고전압 아크 방식이 아니라, 마이크로파 및 저전압 아크 방식을 적용함으로써, 각 로간에 전파 간섭 등의 문제가 발생하지 않음으로 좁은 지역에 집중적으로 배치할 수 있어서 연속적으로 배치할 수 있다.
넷째, 정련로에서 액상의 규사를 교반방식에 의하여 처리하고, 비중 차이에 의하여 침전시킴으로써 그레이드 별로 분류하기 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 실리콘의 연속 제조공정을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 실리콘의 연속 제조공정의 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 메탈 실리콘의 연속 제조장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 용해로의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 정련로의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 "A-A선" 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 메탈 실리콘의 연속 제조공정을 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 메탈 실리콘의 연속 제조공정은 규사의 채취, 크기별 분류, 세척, 탈수, 건조 및 탈철공정을 진행하는 전처리 공정(S100)과; 전처리 된 규사를 고주파에 의한 예열 및 저전압 아크를 이용한 융용과, 고주파에 의한 교반을 연속적으로 처리하는 메인 공정(S110)과; 용융된 규소를 성형하는 후처리공정(S120)을 포함한다.
이러한 메탈 실리콘의 전처리 공정에 있어서, 상기 전처리 공정(S100)은 규사의 채취공정이 먼저 진행된다. 즉, 규사 채굴 산지 등에서 규사를 채굴한 후, 운송하게 된다.
그리고, 운송된 규사를 스크린 장치(100)에 의하여 크기별로 분류한다. 즉, 각 메쉬별로 규격화된 스크린망을 구비하고, 이 스크린망에 규사를 통과시킴으로써 입자의 크기별로 분류될 수 있다.
분류된 규사는 제 1컨베이어(C1)에 의하여 이송되어 세척기로 공급된다. 상기 세척기(101)는 스파이럴 세척방식이다. 즉, 상기 스파이럴 세척기(101)는 세척수가 저장되는 저장조(102)와, 상기 저장조(102)의 상부에 배치되어 세척수를 분사하는 분사노즐(104)과, 상기 저장조(102)에 배치되어 규사를 교반시킴으로써 세척하는 스파이럴축(106)을 포함한다.
상기 분사노즐(104)은 세척수 저장탱크(108)에 연결됨으로써 세척수가 공급될 수 있다. 그리고, 스파이럴축(106)은 외부면에 다수개의 날개가 구비된다.
따라서, 스파이럴축(106)이 모터에 의하여 회전하는 경우, 다수개의 날개가 규사를 교반시킴으로써 보다 효율적으로 세척할 수 있다.
세척이 완료된 규사는 제 2컨베이어(C2)에 의하여 탈수기(109)로 이송된다. 상기 탈수기(109)는 호퍼(110)와, 호퍼(110)의 하부에 구비되어 수분을 함유한 규사가 저장되는 본체(112)와, 상기 본체(112)의 내부에 구비되어 진동에 의하여 규사에 함유된 수분을 제거하는 바이브레이터(114)를 포함한다.
따라서, 수분이 함유된 규사가 호퍼(110)를 통하여 본체(112)에 공급되면, 모터에 의하여 구동하는 바이브레이터(114)가 진동함으로써 규사를 진동시킨다.
결과적으로, 규사중에 함유된 수분이 진동에 의하여 탈수된다.
탈수된 규사는 제 3컨베이어(C3) 및 제 1버켓 엘리베이터(B1)에 의하여 저장 싸이로(116)로 공급된다.
상기 저장 싸이로(116)는 내부에 일정 용적의 공간이 형성됨으로써 탈수된 규사가 공급되어 저장될 수 있다. 이러한 저장 싸이로(116)는 1조 혹은 다수조로 구성되며, 바람직하게는 2개조로 구성된다.
상기 저장 싸이로(116)는 하부에 제 4컨베이어(C4)가 배치됨으로써, 규사를 건조기로 이송시킬 수 있다.
상기 건조기(118)는 수분이 함유된 규사가 저장되는 함체(120)와, 이 함체(120)의 내부에 구비되어 고온의 열을 발생시킴으로써 규사를 건조시키는 발열체(122)를 포함한다.
따라서, 규사는 건조기(118)에 투입되어 일정 온도로 가열됨으로써 건조될 수 있고, 탈철기(123)로 이송된다.
상기 탈철기(123)는 다양한 방식이 가능하나, 바람직하게는 마그네틱 세퍼레이터(Magnet Separator;125)에 의하여 규사로부터 철을 분리할 수 있다.
즉, 마그네틱 성질을 갖는 세퍼레이터(125)가 구비되고, 규사가 이 세퍼레이터(125)를 통과하는 과정에, 규사중에 함유된 철분이 자력에 의하여 세퍼레이터(125)에 부착될 수 있다. 따라서, 규사중에 함유된 철분이 효율적으로 분리될 수 있다.
탈철기(123)로부터 배출된 규사는 제 5컨베이어(C5)에 의하여 혼합기(127)로 이송될 수 있다.
상기 혼합기(127)는 바람직하게는 무중력 방식의 혼합기를 포함한다. 즉, 상기 혼합기(127)는 규사가 저장되는 한 쌍의 호퍼(124)와, 한 쌍의 호퍼(124)로부터 각각 배출된 규사를 이송시키는 한 쌍의 스크류 피더(126)와, 한 쌍의 스크류 피더(126)에 의하여 이송된 규사를 혼합하는 믹서(128)를 포함한다.
이러한 구조의 혼합기(127)는 모터에 의하여 한 쌍의 스크류 피더(126)를 회전시킴으로써 한 쌍의 호퍼(124)에 각각 저장된 규사를 이송시킬 수 있다.
그리고, 이송된 규사는 믹서(128)에 투입됨으로써 서로 혼합될 수 있다.
이와 같이 혼합기(127)에 의하여 혼합된 규사는 제 6컨베이어(C6)와, 제 2버켓 엘리베이터(B2)와, 제 7컨베이어(C7)에 의하여 가열로로 공급됨으로써 메인공정(S110)이 진행될 수 있다.
상기 메인공정(S110)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실리카와 환원제를 가열로(3)의 수직로(12)에 투입하고, 상기 수직로(12)를 따라 하강하는 상기 실리카와 환원제에 마이크로파를 조사함으로써 1차적으로 가열하는 제 1단계(S111)와;
상기 제 1단계(S111)에서 1차 가열된 액상의 실리카를 용해로(5)에 투입하고, 저전압 아크에 의하여 2차 가열함으로써 산소를 분리하여 규소만을 추출하는 제 2단계(S112)와; 그리고
상기 제 2단계(S112)에서 추출된 용융 규소(S)를 정련로(7)에 투입하고, 고주파를 조사함으로써 교반시키는 제 3단계(S113)를 포함한다.
그리고, 상기 메인공정(S110)의 제 1 내지 제 3단계(S11,S112,S113)는 메탈 실리콘의 연속 제조장치(1)에 의하여 진행될 수 있다.
즉, 상기 메탈 실리콘의 연속 제조장치(1)는 실리카(Silica)와 환원제에 마이크로파(Microwave)를 조사함으로써 상기 실리카와 환원제를 예열하는 가열로(3)와; 상기 가열로(3)에 의하여 1차 예열된 액상의 실리카를 저전압 아크(Low Voltage Arc)에 의하여 가열함으로써 산소를 분리하여 규소만을 추출하는 용해로(5)와; 그리고 상기 용해로(5)로부터 공급된 용융 규소에 고주파를 조사함으로써 교반시키는 정련로(7)를 포함한다.
이하, 상기한 구조를 갖는 메탈 실리콘의 연속 제조장치에 의하여 연속 제조공정을 상세하게 설명한다.
상기 제 1단계(S111)에서는 가열로(3)에 의하여 실리카와 환원제를 1차적으로 예열한다.
즉, 상기 가열로(3)는 실리카와 환원제가 투입되는 호퍼(Hopper;9)와; 내부에 수직방향의 수직로(12)가 형성되어 실리카와 환원제가 하부로 이동하면서 용융되는 적어도 하나 이상의 싸이로(Silo;11)와; 상기 싸이로(11)에 배치되어 상기 수직로(12)에 마이크로파를 조사하여 실리카와 환원제를 예열하는 마이크로파 발생기(13)와; 상기 싸이로(11)에서 용해된 실리카와 환원제를 상기 용해로(5)로 배출하는 배출관(15)을 포함한다.
상기 호퍼(9)는 전 공정에서 이송된 실리카와 환원제가 공급되어 일시적으로 저장되며, 순차적으로 배출되어 상기 싸이로(11)에 공급된다.
이때, 환원제로는 탄소 등이 사용되며, 실리카와 환원제는 80:20의 배합비를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 적어도 하나 이상의 싸이로(11)는 복수개, 바람직하게는 5개가 원형 궤적을 따라 배치된다. 이러한 싸이로(11)의 내측에는 수직로(12)가 배치되며, 이 수직로(12)의 주위에는 고온에 견딜 수 있는 내화벽돌이 적층된다.
그리고, 상기 마이크로파 발생기(13)는 다수개의 마이크로파 발생기(13a,13b,13c)로 구성된다. 이러한 마이크로파 발생기(13)는 싸이로(11)의 외측에 배치되며 상부에서 하부 방향으로 일정 간격씩 떨어져 배치된다.
그리고, 이 마이크로파 발생기(13)는 마이크로파를 수직로(12)에 조사한다. 통상적으로, 마이크로파는 유리, 종이 등은 투과하지만, 물 등에는 흡수되어 분자를 진동시킴으로써 발열시킨다.
이러한 마이크로파가 상기 수직로(12)를 통하여 하부로 이동하는 실리카와 환원제에 도달하는 경우, 실리카와 환원제의 내부에 침투하여 실리카와 환원제를 발열시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가열로(3)는 외부로부터의 열전달 방식이 아니라 내부의 반응열을 이용한 방식이다.
결과적으로, 가열로(3)의 실리카와 환원제는 이러한 마이크로파에 의하여 고온으로 가열될 수 있으며, 반응열 방식이므로 가열시간이 단축될 수 있다.
이때, 상기 마이크로파 발생기(13)는 싸이로(11)의 상부로부터 배치되므로, 상기 수직로(12)를 통하여 하강하는 실리카와 환원제는 수직로(12)의 상부에서 하부로 갈수록 보다 높은 온도로 가열될 수 있다.
예를 들면, 상기 수직로(12)의 상부 구간(Ⅰ)을 통과하는 실리카와 환원제는 마이크로파에 의하여 약 400-500℃ 정도로 가열된다.
그리고, 400-500℃ 온도범위로 가열된 실리카와 환원제가 중간 구간(Ⅱ)을 통과할 때에는 상부 구간(Ⅰ)의 마이크로파와 동일한 세기의 마이크로파가 조사되어도 상부구간(Ⅰ) 보다 높은 온도범위, 바람직하게는 1000-1200℃ 범위로 가열된다.
계속하여, 1000-1200℃ 범위로 가열된 실리카와 환원제가 수직로(12)를 따라 하강하여 하부구간(Ⅲ)에 도달하게 되고, 마이크로파가 조사됨으로써 1200-1400℃ 범위로 가열된다.
그리고, 실리카의 용융점은 약 1250℃이다. 따라서, 실리카가 수직로(12)의 중간 구간(Ⅱ)을 통과하는 시점부터 용융하기 시작하며, 하부 구간(Ⅲ)을 통과하면서 용융된다.
따라서, 각 싸이로(11)에서 용융된 액상의 실리카는 상기 배출관(15)을 통하여 용해로(5)로 공급된다.
그리고, 실리카가 가열로(3)에 공급되어 가열된 후 배출될 때까지 약 60분이 소요된다.
이와 같이, 제 1단계(S111)가 완료되면, 용해로(5)에 의하여 순수한 규소를 추출하는 제 2단계(S112)가 진행된다.
제 2단계(S112)에서는, 용해로(5)에 투입된 액상의 실리카에 저 전압 아크를 공급함으로써 고온으로 가열하여 순수한 규소를 추출하게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 용해로(5)는 도 4에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하고 내부에 액상의 실리카가 공급되는 로(17)와, 상기 로(17)의 내측에 배치되어 고온의 열에 견디는 내화재(19)와, 상기 로(17)의 중간에 배치되어 아크를 발생시킴으로써 실리카를 용해시키는 전극봉(21)과, 실리카의 용해과정에서 산소가 분리된 순수한 용융 규소(S)가 배출되는 출구로(23)를 포함한다.
상기 전극봉(21)에 저전압을 인가하는 경우, 바람직하게는 직류전원(DC) 20-50V의 전압을 인가하는 경우, 전극봉(21)과 실리카 사이에 아크가 발생한다.
즉, 전극봉(21)에 전원이 인가되면 전극봉(21)에서 전자가 방출되어 전극봉(21) 주위 공간을 플라즈마(Plasma) 상태로 만든다.
이 상태에서 더 많은 열전자가 방출되고 이들 전자들이 서로 충돌을 일으킴으로써 아크를 발생시켜서 실리카를 녹일 수 있다. 이때, 용해로(5)의 내부 온도는 약 1950-2250 온도 범위까지 상승한다.
따라서, 실리카가 용해되어 SiO2 상태에서 산소(O2)가 분리됨으로써 순수한 규소만이 추출된다.
그리고, 용해로(5)에서 실리카가 저전압 아크에 의하여 규소로 용해되는 시간은 약 30분이 소요된다.
이와 같이, 제 2단계(S112)가 완료되면, 용융 규소(S)를 교반시켜서 메탈 실리콘을 얻을 수 있는 제 3단계(S113)가 진행된다.
이러한 제 3단계(S113)는 정련로(7)에 의하여 진행될 수 있다. 즉, 상기 정련로(7)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 용해로(5)에서 공급된 용융 규소(S)가 공급되어 저장되는 로(25)와, 이 로(25)의 외측에 배치되어 고주파를 용융 규소(S)에 조사함으로써 교반시키는 교반부(27)와, 정련된 용융 규소(S)가 배출되어 후공정으로 이송되는 출구(29)를 포함한다.
상기 교반부(27)는 용융 규소(S)를 로내에서 교반시키기 위한 장치이며, 바람직하게는 고주파 발생기(28)를 포함한다.
이러한 고주파 발생기(28)는 상기 로(25)의 외측에 배치되며, 로(25)의 원주를 따라 다수개가 배치된다.
그리고, 다수개의 고주파 발생기(28)로부터 조사된 고주파는 용융 규소(S)에 각각 도달되고, 용융 규소(S)는 이 고주파에 의하여 로(25)내에서 교반될 수 있다.
전도성 유체가 고주파에 의하여 교반되는 전자교반(Electro Magnetic Stirrer;EMS)기술은 당 업계에서는 널리 알려진 기술이다.
그리고, 상기 정련로(7)의 내부 온도는 약 2200℃를 유지하고 있는 상태이다.
따라서, 용융 규소(S)는 고주파에 의하여 교반됨으로써, 용융금속의 화학조성이나 온도편차를 균일하게 한다.
이때, 용융 규소(S)는 비중에 의하여 침전되는 정도에 차이가 있음으로, 이를 이용하여 그레이드(Grade) 별로 분류할 수 있다.
즉, 용융 규소(S) 중 비중이 작아서 상층에 위치한 규소성분은 비교적 저품질이며, 가스 등의 불순물이 포함된다. 또한, 비중이 커서 하층에 위치한 규소 성분은 비교적 중품질이다.
그리고, 정련로(7)의 중층에 위치한 용융 규소(S) 성분은 비교적 고품질로서, 순도 99.7-99.8%인 메탈 실리콘이다.
이와 같이, 정련로(7)에 저장된 용융 규소(S)에 고주파를 조사하여 교반시키고, 비중차이에 의한 침전 정도에 따라 그레이드 별로 분류할 수 있다.
상기한 바와 같이, 가열로(3)와, 용해로(5)와, 정련로(7)를 연속적으로 배치하여 실리카를 용융시킴으로써 고순도의 규소로 된 메탈 실리콘을 제조하게 되므로, 전기 소모량을 최소화할 수 있고, 그레이드 별로 분류하는 것이 용이하다.
또한, 가열로(3)와, 용해로(5)와, 정련로(7)는 고전압 아크 방식이 아니라, 마이크로파 및 저전압 아크 방식을 적용함으로써, 각 로간에 전파 간섭 등의 문제가 발생하지 않음으로 좁은 지역에 집중적으로 배치할 수 있어서 연속적으로 배치하는 것이 가능하다.
한편, 상기한 바와 같이 메인 공정(S110)이 완료되면, 후처리 공정(S120), 즉 성형공정(S121)이 진행된다.
이러한 성형공정(S121)은 상기 정련로(7)에 제 8컨베이어(C8)에 의하여 연결된 성형기(130)에 의하여 진행될 수 있다.
즉, 상기 성형기(130)는 모터에 의하여 구동되는 한 쌍의 성형롤(134)로 구성된다.
따라서, 한 쌍의 성형롤(134)의 사이로 정련된 상태의 규소가 공급됨으로써 일정한 형상을 갖는 규사 플레이트가 제조될 수 있다.
이때, 정련로(7)에서 배출된 액상의 규소는 적절하게 냉각된 후 성형기(130)로 공급된다.
그리고, 한 쌍의 성형롤(134)은 그 간격이 조절가능하다. 따라서, 다양한 두께의 규소 플레이트를 제조할 수 있다.
1: 메탈 실리콘 연속제조장치
3: 가열로
5: 용해로
7:정련로

Claims (6)

  1. 규사의 채취, 크기별 분류, 세척, 탈수, 건조 및 탈철공정을 진행하는 전처리 공정과;
    전처리 된 규사를 고주파에 의한 예열 및 저전압 아크를 이용한 융용과, 고주파에 의한 교반을 연속적으로 처리하는 메인 공정과; 그리고
    상기 메인공정에서 예열,용융, 교반처리된 규소를 성형하는 후공정을 포함하며,
    상기 메인공정은 실리카와 환원제를 가열로의 수직로에 투입하고, 상기 수직로를 따라 하강하는 상기 실리카와 환원제에 마이크로파를 조사함으로써 1차적으로 가열하는 제 1단계와;
    상기 제 1단계에서 1차 가열된 액상의 실리카를 용해로에 투입하고, 저전압 아크에 의하여 2차 가열함으로써 산소를 분리하여 규소만을 추출하는 제 2단계와; 그리고
    상기 제 2단계에서 추출된 용융 규소를 정련로에 투입하고, 고주파를 조사함으로써 교반시키는 제 3단계를 포함함으로써,
    상기 가열로와, 용해로와, 정련로를 연속적으로 배치하고, 마이크로파 조사 방식 및 저 전압 아크 방식을 적용함으로써 전기 소모량을 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속제조 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3단계는 가열로와, 용해로와, 정련로를 포함하는 메탈 실리콘의 연속제조장치에 의하여 진행되며,
    상기 메탈 실리콘의 연속제조장치는 실리카와 환원제에 마이크로파를 조사함으로써 상기 실리카와 환원제를 예열하는 가열로와;
    상기 가열로에 의하여 1차 예열된 액상의 실리카를 저전압 아크에 의하여 가열함으로써 산소를 분리하여 규소만을 추출하는 용해로와; 그리고
    상기 용해로로부터 공급된 용융 규소에 고주파를 조사함으로써 교반시키는 정련로를 포함하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속 제조공정.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가열로는 상기 실리카와 환원제가 투입되는 호퍼와; 내부에 수직방향의 수직로가 형성되어 상기 실리카와 환원제가 하부로 이동하면서 용융되는 적어도 하나 이상의 싸이로와; 상기 싸이로에 배치되어 상기 수직로에 마이크로파를 조사하여 상기 실리카와 환원제를 예열하는 다수개의 마이크로파 발생기와; 상기 싸이로에서 용해된 상기 실리카와 환원제를 상기 용해로로 배출하는 배출관을 포함하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속 제조공정.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생기는 상기 싸이로의 상부에서 하부 방향으로 배치되어 상기 수직로를 통과하는 상기 실리카와 환원제를 가열함으로써,
    상기 수직로의 상부 구간을 통과하는 실리카와 환원제는 마이크로파에 의하여 약 400-500℃ 정도로 가열되고,
    중간 구간을 통과할 때에는 1000-1200℃ 범위로 가열되고,
    하부 구간을 통과할 때는 1200-1400℃ 범위로 가열되는 것을 특징으로 하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속 제조공정.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 용해로는 외관을 형성하고 내부에 액상의 실리카가 공급되는 로와; 상기 로의 내측에 배치되어 고온의 열에 견디는 내화재와, 상기 로의 중간에 배치되어 저전압 아크를 발생시킴으로써 실리카를 용해시키는 전극봉과; 실리카의 용해과정에서 산소가 분리되고 잔류하는 용융 규소가 배출되는 출구로를 포함하며,
    상기 저전압 아크는 20-50V 범위 이내의 직류전원(DC)이 인가될 때 발생하며, 상기 용해로의 내부 온도는 1950-2250℃ 온도 범위까지 상승하는 것을 특징으로 하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속 제조공정.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 정련로는 상기 용해로에서 공급된 용융 규소가 공급되어 저장되는 로와; 상기 로의 외측에 배치되어 고주파를 상기 용융 규소에 조사함으로써 교반시키는 교반부와; 정련된 용융 규소가 배출되어 후공정으로 이송되는 출구를 포함하며,
    상기 교반부는 상기 용융 규소에 고주파를 조사할 수 있는 고주파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 규사를 이용한 메탈 실리콘의 연속 제조공정.
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