KR20120103174A - Acid leaching system for silicon powder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산 침출 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 소스 실리콘과 용매금속을 함께 용융한 후 냉각시켜 분리한 1차 실리콘 결정(이하, 실리콘 파우더라고도 함)으로부터 표면에 잔류하는 용매금속 등의 불순물을 제거할 목적으로 1차 실리콘 결정을 산 침출 처리하는 실리콘 파우더용 산 침출 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an acid leaching system, and more particularly, impurities such as solvent metal remaining on the surface from primary silicon crystals (hereinafter referred to as silicon powders) which are melted together with a source metal and then dissolved by cooling. The present invention relates to an acid leaching system for silicon powders, wherein the primary silicon crystals are leached.
불순물이 포함된 실리콘 결정으로부터 정제된 실리콘을 얻는 방법으로 산 침출법(Acid Leaching)이 알려져 있다. 산 침출법으로 정제된 실리콘 결정을 얻기 위해서는, 소스 실리콘(소정량의 실리콘을 함유하는 혼합물 또는 화합물)과 용매금속(예:저융점 금속인 알루미늄 등)을 함께 가열하여 용융액을 형성하고, 용융액을 냉각시키면서 1차 실리콘 결정을 형성한 후 용융금속을 제거하여 1차 실리콘 결정(실리콘 파우더)을 얻고, 1차 실리콘 결정(실리콘 파우더)의 표면에 묻은 용융금속을 염산, 질산, 불산 등에 의하여 산 침출하여 정제한다.
Acid leaching is known as a method of obtaining purified silicon from silicon crystals containing impurities. To obtain silicon crystals purified by acid leaching, source silicon (a mixture or compound containing a certain amount of silicon) and a solvent metal (e.g., aluminum, which is a low melting point metal) are heated together to form a melt, and the melt is After forming primary silicon crystals while cooling, molten metal is removed to obtain primary silicon crystals (silicon powder), and acid leaching of the molten metal on the surface of the primary silicon crystals (silicon powder) by hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, etc. Purify by
특히, 산 침출법에 의하여 실리콘 파우더를 정제할 경우, 산과 증류수 및 실리콘 파우더를 정해진 비율로 다루어야 하고 산 침출 과정에서 일정한 온도를 유지하여야 한다. 뿐만 아니라, 산 침출법에 의하여 실리콘 파우더를 정제할 경우 인체에 해로운 폐액 및 폐가스 발생을 수반한다. 이때 발생하는 폐액 및 폐가스는 환경에 유해하므로, 폐액은 분리하여 배출하여야 하고, 폐가스는 유해 성분을 희석하여 대기 중에 방출하여야 한다. 이러한 이유로 산 침출법에 의할 경우, 실리콘 파우더를 빠른 공정으로 대량 정제가 어렵다.
In particular, when the silicon powder is purified by acid leaching, acid, distilled water and silicon powder should be treated at a predetermined ratio and maintained at a constant temperature during acid leaching. In addition, the purification of the silicon powder by acid leaching involves the generation of waste liquid and waste gas, which are harmful to the human body. At this time, the waste liquid and the waste gas are harmful to the environment, so the waste liquid must be separated and discharged, and the waste gas must be released after diluting the harmful components. For this reason, in the acid leaching method, it is difficult to mass-purify a silicon powder in a rapid process.
본 발명은 종래 실리콘 파우더 정제의 산 침출법이 갖는 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려고 하는 제1과제는 단일의 시스템 내에서 연속 공정으로 실리콘 파우더, 산 및 증류수의 혼합물을 일정한 온도로 유지하면서 교반하여 불순물을 침출시키고, 불순물이 침출된 혼합물로부터 정제된 실리콘 결정을 분리해 낼 뿐만 아니라, 교반 공정에서 발생하는 폐가스 양을 최소화하고 정화하여 환경 유해성을 저감시킨 산 침출 시스템을 제공하는 데 있다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems with the acid leaching method of the conventional silicon powder tablet, and the first problem to be solved by the present invention is to prepare a mixture of silicon powder, acid and distilled water in a continuous process in a single system. By stirring while maintaining a constant temperature, the leaching of impurities is carried out, and the acid leaching system which not only separates the purified silicon crystals from the mixture from which the impurities are leached, but also minimizes and purifies the amount of waste gas generated in the stirring process to reduce environmental hazards. To provide.
본 발명이 해결하려고 하는 제2과제는 교반조에 투입될 실리콘 파우더, 산 및 증류수의 양을 신속하게 측정하여 정량 투입함으로써, 실리콘 파우더를 빠른 공정으로 대량 정제할 수 있는 산 침출 시스템을 제공하는 데 있다.
The second problem to be solved by the present invention is to provide an acid leaching system that can rapidly purify the silicon powder in a rapid process by quickly measuring and quantitating the amount of silicon powder, acid and distilled water to be added to the stirring tank. .
본 발명이 해결하려고 하는 제3과제는 교반조 내부 온도를 산 침출에 필요한 온도로 신속하게 승온시킬 뿐만 아니라 교반과정에서 산 침출에 필요한 적정 온도를 지속적으로 유지할 수 있는 산 침출 시스템을 제공하는 데 있다.
The third problem to be solved by the present invention is to provide an acid leaching system that can not only quickly raise the temperature inside the stirring tank to the temperature required for acid leaching, but also continuously maintains the proper temperature required for acid leaching during the stirring process. .
본 발명이 해결하려고 하는 제4과제는 교반 과정에서 발생한 폐가스를 효과적으로 응축하여 교반조 내로 회수할 수 있는 산 침출 시스템을 제공하는 데 있다.
The fourth problem to be solved by the present invention is to provide an acid leaching system that can effectively condense the waste gas generated in the stirring process and recover it into the stirring tank.
상술한 본 발명의 제1과제는, 산 침출 시스템을, 정량 투입장치에 의하여 실리콘 파우더, 증류수 및 산을 정해진 중량비로 교반조에 투입한 후, 가열 장치에 의하여 상기 교반조 내부 온도를 일정 온도로 상승시켜 유지하면서, 교반장치로 실리콘 파우더, 증류수 및 산의 혼합물을 상기 교반조 내에서 교반하여 실리콘 파우더에 잔류하는 불순물을 침출시키는 산 침출부; 상기 산 침출부로부터 불순물이 침출된 혼합물을 배관 및 배관에 설치된 펌프에 의하여 이송받아, 원심분리기에 의하여 혼합물을 실리콘 파우더와 폐액으로 분리하여 실리콘 파우더를 회수하는 실리콘 파우더 회수부; 상기 산 침출부에서 교반 과정에 발생한 폐가스를 유입받아 이를 응축한 후 상기 산 침출부에 회귀시키는 폐가스 응축부; 및 상기 폐가스 응축부에서 응축되지 않은 폐가스를 유입받아 물로 세척하여 정화한 후 대기에 배출하는 폐가스 정화배출부;를 포함하여 구성함으로써 해결된다.
The first problem of the present invention described above is that after the acid leaching system adds silicon powder, distilled water and acid to a stirring tank by a fixed weight input device by a fixed weight ratio, the internal temperature of the stirring tank is raised to a constant temperature by a heating device. An acid leaching unit for stirring the mixture of silicon powder, distilled water and acid with the stirring device in the stirring tank to leach impurities remaining in the silicon powder; A silicon powder recovery unit which receives the mixture leaching impurities from the acid leaching unit by a pump installed in a pipe and a pipe, and separates the mixture into silicon powder and waste liquid by a centrifugal separator to recover silicon powder; A waste gas condensing unit which receives the waste gas generated in the stirring process from the acid leaching unit and condenses it, and then returns to the acid leaching unit; And a waste gas purification discharge unit which receives waste gas that has not been condensed in the waste gas condensation unit, cleans it with water, and discharges it to the atmosphere.
상술한 본 발명의 제2과제는, 상기 정량 투입장치를, 상기 교반조의 하단에 마련되어 교반조에 실리콘 파우더, 증류수 및 산이 투입될 때 그 질량을 측정할 수 있는 로드셀과, 상기 로드셀에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 증류수를 상기 교반조에 투입하는 증류수 투입수단과, 상기 로드셀에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 산을 상기 교반조에 투입하는 산 투입수단과, 상기 로드셀에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 실리콘 파우더를 상기 교반조에 투입하는 실리콘 파우더 투입수단으로 구성함으로써 달성된다.
The second object of the present invention described above is a load cell capable of measuring the mass thereof when the silicon powder, distilled water and acid are added to the stirring tank by providing the metering unit at the bottom of the stirring tank, and the mass measured by the load cell. Distilled water inlet means for injecting distilled water of a predetermined mass into the agitation tank, an acid injecting means for injecting a predetermined mass of acid into the agitation tank based on the mass measured in the load cell, and a mass measured in the load cell. It is achieved by constructing silicon powder injecting means which injects a predetermined mass of silicon powder into the stirring vessel on the basis.
상술한 본 발명의 제3과제는, 상기 가열장치를, 상기 교반조 외부를 둘러싸고 내부에는 열매체용 오일이 봉입된 오일 자켓과, 상기 교반조 외부에 마련되고 내부에는 상기 오일 자켓을 순환할 오일 및 상기 오일을 가열하는 제1전열히터가 수용된 오일 탱크와, 상기 오일 자켓 및 오일 탱크 사이를 오일이 순환할 수 있게 유로를 형성하는 배관과, 상기 배관에 설치되어 오일을 상기 오일 자켓 및 오일 탱크간에 순환시키는 펌프로 구성되는 간접 가열장치와, 상기 교반조 내에 마련된 제2전열히터에 의하여 혼합물을 직접 가열하는 직접 가열장치를 포함하여 구성함으로써 달성된다.
The third object of the present invention described above is an oil jacket in which the heating device surrounds the outside of the stirring vessel and is filled with a heat medium oil therein, an oil provided outside the stirring vessel and circulating the oil jacket inside the stirring vessel; An oil tank accommodating the first electrothermal heater for heating the oil, a pipe for forming a flow path for the oil to circulate between the oil jacket and the oil tank, and an oil installed between the oil jacket and the oil tank. It is achieved by including an indirect heating device composed of a pump to circulate, and a direct heating device for directly heating the mixture by a second heat transfer heater provided in the stirring vessel.
상술한 본 발명의 제4과제는, 상기 폐가스 응축부를, 상기 교반조 상부에 연결되고 교반 과정에서 교반조 내에서 생성된 폐가스가 통과하는 응축관과, 상기 응축관 외부를 둘러싸고 내부에는 냉각수가 봉입된 냉각수 자켓과, 상기 냉각수 자켓과 별도로 외부에 마련되고 내부에는 상기 냉각수 자켓을 순환할 냉각수 및 냉각수를 생성할 냉동사이클의 증발코일이 수용된 냉각수 탱크와, 상기 냉각수 자켓 및 냉각수 탱크 사이를 냉각수가 순환할 수 있게 유로를 형성하는 배관과, 상기 배관에 설치되어 냉각수를 상기 냉각수 자켓 및 냉각수 탱크간에 순환시키는 펌프로 구성함으로써 달성된다.
The fourth object of the present invention described above, the waste gas condensation unit, the condensation tube is connected to the upper portion of the stirring tank and the waste gas generated in the stirring tank in the stirring process passes, and the cooling water is enclosed inside the condensation tube A coolant tank, a coolant tank provided separately from the coolant jacket and having a coolant to circulate the coolant jacket and an evaporation coil of a refrigerating cycle to generate coolant, and a coolant circulated between the coolant jacket and the coolant tank. It is achieved by constructing a pipe so as to form a flow path and a pump provided in the pipe to circulate the cooling water between the cooling water jacket and the cooling water tank.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 실리콘 파우더 정제 방법의 하나로 사용되는 산 침출법을 환경 유해성을 최소화한 상태에서 정제 실리콘의 대량 생산에 효과적으로 적용할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의하면, 산 침출, 실리콘 파우더 회수, 폐가스 제거 등의 공정이 단일의 시스템 내에서 연속 공정으로 이루어질 뿐만 아니라, 교반조에 투입될 실리콘 파우더, 산 및 증류수의 양을 신속하게 측정하여 정량 투입할 수 있고, 교반조에 투입된 이들 혼합물의 온도를 신속하게 상승시켜 일정 온도로 유지시키면서 교반할 수 있으므로, 실리콘 파우더를 빠른 공정으로 대량 정제할 수 있고, 교반 과정에서 발생한 폐가스를 응축하여 교반조 내로 회수하므로, 산 침출법을 사용하면서도 환경 유해성을 최소화할 수 있는 효과가 있는 것이다.
According to the present invention having the above-described configuration, the acid leaching method used as one of the silicon powder refining methods can be effectively applied to mass production of purified silicon in a state in which environmental hazards are minimized. That is, according to the present invention, the processes such as acid leaching, silicon powder recovery, waste gas removal, etc. are performed in a single process in a single system, and the amount of silicon powder, acid and distilled water to be added to the stirring tank is quickly measured and quantified. It can be added, and the temperature of these mixtures added to the stirring tank can be rapidly increased and stirred while maintaining at a constant temperature, so that the silicon powder can be purified in large quantities in a rapid process, and the waste gas generated during the stirring process can be condensed into the stirring tank. Since the recovery, the acid leaching method is used to minimize the environmental hazards.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 파우더용 산 침출 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 파우더용 산 침출 시스템의 산 침출부에 대한 상세도이다.
도 3는 본 발명에 따른 실리콘 파우더용 산 침출 시스템의 실리콘 파우더 회수부에 대한 상세도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 파우더용 산 침출 시스템의 폐가스 응축부에 대한 상세도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실리콘 파우더용 산 침출 시스템의 폐가스 정화배출부에 대한 상세도이다.1 is a block diagram of an acid leaching system for silicon powder according to the present invention.
Figure 2 is a detailed view of the acid leaching part of the acid leaching system for silicon powder according to the present invention.
Figure 3 is a detailed view of the silicon powder recovery portion of the acid leaching system for silicon powder according to the present invention.
Figure 4 is a detailed view of the waste gas condensation unit of the acid leaching system for silicon powder according to the present invention.
Figure 5 is a detailed view of the waste gas purifying exhaust portion of the acid leaching system for silicon powder according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 산 침출 시스템은 비정제 실리콘(실리콘 파우더)의 불순물을 산 침출법에 의하여 제거하여 정제하는 산 침출부(100)와, 산 침출법에 의하여 불순물이 제거된 실리콘 파우더를 원심분리하는 실리콘 파우더 회수부(200)와, 폐가스의 대부분을 응축하여 교반조 내로 회수함으로써 폐가스 배출량을 최소화하는 폐가스 응축부(300)와, 폐가스에 잔류하는 유해물질을 물에 흡수하여 대기에 배출되는 폐가스를 정화하는 폐가스 정화배출부(400)를 단일의 통합된 시스템으로 구성한 것이다. 도면에는 표시하지 않았지만, 본 발명에 따른 산 침출 시스템은 이들 각부의 구성요소(후술하는 밸브, 펌프, 전열히터, 모터, 압축기 등)를 후술하는 바와 같이 제어하기 위하여 공지의 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 마이콤 채용 컨트롤러 또는 마이크로프로세서 및 그 주변장치 채용 컨트롤러를 포함하고, 이들 컨트롤러에서 실행되는 제어 프로그램을 포함한다.
As shown in FIG. 1, the acid leaching system according to the present invention includes an
도 1 및 도 2를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 산 침출부(100)는 정량 투입장치에 의하여 실리콘 파우더, 증류수 및 산을 정해진 중량비로 교반조(7)에 투입한 후, 가열 장치에 의하여 상기 교반조(7) 내부 온도를 일정 온도로 상승시켜 유지하면서, 교반장치로 실리콘 파우더, 증류수 및 산의 혼합물을 상기 교반조(7) 내에서 교반하여 실리콘 파우더에 잔류하는 불순물을 침출시킨다.
As can be seen with reference to Figures 1 and 2, the
상기 정량 투입장치는, 상기 교반조(7)의 하단에 마련되어 교반조(7)에 실리콘 파우더, 증류수 및 산이 투입될 때 그 질량을 측정할 수 있는 로드셀(19)을 포함한다. 또한 상기 정량 투입장치는, 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 증류수를 상기 교반조(7)에 투입하는 증류수 투입수단과, 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 산을 상기 교반조(7)에 투입하는 산 투입수단과, 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 실리콘 파우더를 상기 교반조(7)에 투입하는 실리콘 파우더 투입수단를 포함한다.
The dosing device includes a
상기 증류수 투입수단은, 상기 교반조(7)의 상부 투입구(9b)와 배관(L1)으로 연결된 증류수 탱크(1)와, 상기 배관(L1)에 마련된 펌프(P1), 유량계(M) 및 밸브(V1)로 구성될 수 있다. 상기 증류수 탱크(1)에는 증류수 투입용 호퍼(3)와 증류수 드레인용 배관(L19) 및 밸브(V9)를 더 구비할 수 있다. 증류수 투입시, 상기 컨트롤러는 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 입력받고, 이를 기초로, 상기 밸브(V1)를 열고, 상기 펌프(P1)를 가동하여 미리 정해진 질량의 증류수를 상기 교반조(7)에 투입한다.
The distilled water inlet means is a distilled water tank (1) connected to the upper inlet (9b) of the stirring vessel (7) and the pipe (L1), the pump (P1), flow meter (M) and valve provided in the pipe (L1) It may be configured as (V1). The distilled water tank 1 may further include a
상기 산 투입수단은, 상기 교반조(7)의 상부 투입구(9a)와 배관(L2)으로 연결된 산 탱크(5a, 5b)와, 상기 배관(L2)에 마련된 펌프(P2), 유량계(M) 및 밸브(V2)로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 산 탱크(5a, 5b)는 2개 이상일 수 있다. 도 1 및 도 2에는 불산 탱크(5a)와 질산 탱크(5b)를 예시적으로 도시한 것이다. 필요에 따라, 염산 탱크 등 다른 종류의 산의 탱크를 더 추가할 수도 있다. 이 때는 도 2에 도시된 각 탱크(5a, 5b)로 연결되는 분지관에 수동으로 개폐하는 코크(C1, C2)를 더 마련할 수 있다. 산 침출 시스템 사용시에는 상기 코크(C1, C2)를 열고 그 외에는 잠궈 놓는다. 산 투입시, 상기 컨트롤러는 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 입력받고, 이를 기초로, 상기 밸브(V2)를 열고, 상기 펌프(P2)를 가동하여 미리 정해진 질량의 산을 상기 교반조(7)에 투입한다.
The acid injecting means includes
상기 실리콘 파우더 투입수단은, 상기 교반조(7)의 상부 투입구(9c)에 연결된 실리콘 파우더 투입관(11)과 상기 실리콘 파우더 투입관(11)에 구비된 밸브(V3)로 구성될 수 있다. 상기 실리콘 파우더 투입관(11) 상부에는 공지의 호퍼 등이 더 구비될 수 있다. 실리콘 파우더 투입시, 상기 컨트롤러는 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 입력받고, 이를 기초로, 상기 밸브(V3)를 열어 미리 정해진 질량의 실리콘 파우더를 상기 교반조(7)에 투입한다.
The silicon powder inlet means may be composed of a silicon
본 발명에 따른 산 침출 시스템은 이와 같이, 교반조에 투입될 실리콘 파우더, 산 및 증류수의 양을 신속하게 측정하여 정량 투입함으로써, 실리콘 파우더를 빠른 공정으로 대량 정제할 수 있다.
In this way, the acid leaching system according to the present invention, by rapidly measuring the amount of silicon powder, acid, and distilled water to be added to the stirring tank and quantitatively input, it is possible to mass-purify the silicon powder in a fast process.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 교반장치는, 상기 교반조(7) 외부에 설치되고 회전축은 교반조(7) 내부까지 연장된 모터(15)와, 상기 모터(15)의 회전축에 설치되어 교반조(7) 내에 유입된 혼합물을 상기 모터(15)의 회전에 의하여 교반하는 팬(17)을 포함한다.
As shown in FIG. 2, the stirring device is installed outside the stirring tank 7 and the rotating shaft is installed on the
도 1 및 도 2를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 교반조 가열장치는, 간접 가열 장치와 직접 가열 장치를 포함한다. 상기 간접 가열장치는 상기 교반조(7) 외부를 둘러싸고 내부에는 열매체용 오일이 봉입된 오일 자켓(24)과, 상기 교반조(7) 외부에 마련되고 내부에는 상기 오일 자켓(24)을 순환할 오일 및 상기 오일을 가열하는 제1전열히터(21)가 수용된 오일 탱크(23)와, 상기 오일 자켓(24) 및 오일 탱크(23) 사이를 오일이 순환할 수 있게 유로를 형성하는 배관(L16, L17)과, 상기 배관에 설치되어 오일을 상기 오일 자켓(24) 및 오일 탱크(23)간에 순환시키는 펌프(P6)로 구성된다. 상기 직접 가열장치는 상기 교반조(7) 내에 마련된 제2전열히터(22)로 구성된다. 상기 직접 가열장치는 교반조(7) 내에 투입된 혼합물을 직접 가열하여 혼합물의 온도를 빠르게 산 침출 적정 온도(예: 80℃)로 상승시키고, 상기 간접 가열 장치는 교반조(7) 외부로부터 넓은 면적에 걸쳐 동시에 교반조(7)에 열량을 가하여 혼합물 각 부분의 온도가 교반 중 균일하게 일정 수준으로 유지될 수 있게 한다. 상기 교반조(7) 및 오일 탱크(23)에는 온도센서(S1, S2)가 구비되고, 상기 컨트롤러는 이 온도센서의 값을 입력받고, 상기 교반조(7) 및 오일 탱크(23)의 온도가 소정의 온도가 유지되도록 상기 제1전열히터(21) 및 제2전열히터(22)를 제어한다.
As can be seen with reference to FIGS. 1 and 2, the stirring vessel heating apparatus according to the present invention includes an indirect heating apparatus and a direct heating apparatus. The indirect heating device surrounds the outside of the stirring tank 7 and has an
상기 산 침출부(100)에서 교반에 의하여 불순물이 산 침출 되면, 혼합물은 교반조(7) 하단에 마련된 배출구(13)를 통하여 실리콘 파우더 회수부(200)로 이송된다. 실리콘 파우더 회수부(200)는 상기 산 침출부(100)로부터 불순물이 침출된 혼합물을 배관(L5) 및 배관(L5)에 설치된 펌프(P7)에 의하여 이송받아, 원심분리기(25)에 의하여 혼합물을 실리콘 파우더와 폐액으로 분리하여 실리콘 파우더를 회수하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 원심분리기(25)는 혼합물이 투입되어 원심분리되는 회전통(31)과, 상기 회전통(31)에 이송된 혼합물을 투입하는 투입관(32)과, 상기 회전통(31)을 구동하는 모터(27)와, 상기 회전통(31)의 회전 중 폐액을 분리하여 배출하는 배출관(33), 상기 회전통(31)을 내부에 수용한 하우징(29)으로 구성할 수 있다. 상기 하우징(29) 외부에는 상기 회전통(31)에서 분리된 폐액 또는 하우징(29) 내로 넘친 폐액을 유입 받아 일시저장하는 제1폐액용기(35)와, 상기 제1폐액용기(35)보다 용량이 큰 제2폐액용기(37)를 더 구비할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2폐액용기(37)는 상기 교반조(7)의 하단 배출구(13)와도 배관(L3)에 의하여 연결될 수 있고, 제2폐액용기(37) 인근 배관에는 상기 제1폐액용기(35) 또는 상기 교반조(7)로부터 폐액 또는 교반조 세척액 등을 제2폐액용기(37)로 이송하는 펌프(P8)를 구비할 수 있다.
When impurities are leached out by stirring in the
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 폐가스 응축부(300)는 상기 교반조(7) 상부에 연결되고 교반 과정에서 교반조(7) 내에서 생성된 폐가스가 통과하는 응축관(39)과, 상기 응축관(39) 외부를 둘러싸고 내부에는 냉각수가 봉입된 냉각수 자켓(41)과, 상기 냉각수 자켓(41)과 별도로 외부에 마련되고 내부에는 상기 냉각수 자켓(41)을 순환할 냉각수 및 냉각수를 생성할 냉동사이클의 증발코일(49)이 수용된 냉각수 탱크(43)와, 상기 냉각수 자켓(41) 및 냉각수 탱크(43) 사이를 냉각수가 순환할 수 있게 유로를 형성하는 배관(L7, L8)과, 상기 배관에 설치되어 냉각수를 상기 냉각수 자켓(41) 및 냉각수 탱크(43)간에 순환시키는 펌프(P4)로 구성되어, 상기 산 침출부(100)에서 교반 과정에 발생한 폐가스를 유입받아 이를 응축한 후 상기 산 침출부(100)에 회귀시킴으로써, 폐가스 배출량을 현저히 감소시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 응축관(39)의 내면은 지름의 광협(廣狹)이 반복되는 굴곡면으로 형성하여 냉각수와의 접촉면적이 극대화되게 하는 것이 바람직하다. 상기 냉동사이클은 가스 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(45)와, 압축된 고온 고압의 가스 냉매로부터 열량을 빼앗아 고압의 액 냉매로 상변화시키는 응축기(47)와, 상기 응축기에서 상변화된 고압의 액 냉매를 기화하기 좋은 상태로 부피 팽창시키는 팽창밸브(EX)와 상기 냉각수 탱크(43)에 내부에 장치되어 냉각수의 열량을 빼앗아 액냉매를 기체 냉매로 상변화시키는 증발코일(49)로 구성된다. 상기 냉각수 탱크(43)에는 온도센서(S3)구비되고, 상기 컨트롤러는 온도센서(S3)의 입력값에 따라 상기 압축기(45)를 가동하여 냉각수 탱크(43) 내의 냉각수 온도를 소정의 온도로 유지한다.
1 and 4, the waste
도 1 및 도 5를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 폐가스 정화배출부(400) 상기 폐가스 응축부(300)에서 응축되지 않은 폐가스를 유입받아 물로 세척하여 정화한 후 대기에 배출한다. 이를 위하여, 상기 폐가스 정화배출부(400)는 상기 응축관(39)으로부터 폐가스를 유입받아 공급수로 정화하는 정화통(51)과, 상기 정화통(51) 하부에 마련되어 상기 정화통(51)에서 오버플로우(overflow)된 정화수를 일시저장하는 저수통(53)를 포함한다. 상기 정화통(51) 상부에는 상기 응축관(39)으로부터 폐가스를 유입받고 동시에 외부 수조로부터 공급수를 유입받아 혼합하여 정화통(51) 내부에 투입하는 혼합기(55)와, 물과 혼합되지 못하고 정화통(51) 내부에 유입된 폐가스에 물을 분사하는 노즐(57a, 57b)과, 상기 혼합기(55) 및 노즐(57a, 57b)에서 물로 유해 성분이 세척된 폐가스를 외부에 배출하는 배기구(59)가 마련된다. 상기 정화통(51) 내부에는 상기 혼합기(55) 하부 공간과 상기 노즐(57a, 57b) 하부 공간과 상기 배기구(59) 하부 공간을 구분하는 천공 격판(67, 69)을 설치할 수 있다. 천공 격판에는 구멍이 형성되어 액 및 가스가 통과할 수 있다. 상기 정화통(51) 및 저수통(53) 사이는 밀폐 격판(65)에 의하여 밀폐되고, 상기 밀폐 격판(65)에는 밀폐 격판(65)을 관통하여 상하부로 일정 길이 진행하는 직관형 오버플로우관(63)을 마련하여 정화통(51) 내의 정화수가 일정 높이 이상으로 상승하면 자동으로 저수통(53)으로 유입되게 할 수 있다. 상기 저수통(53)에도 곡관형 오버플로우관(61)을 마련하여 저수통(53) 내의 수위가 일정 수위 이상으로 올라가면 드레인 배관(L15)을 통해 외부로 배수되게 할 수 있다. 상기 저수통(53) 바닥과 상기 정화통(51)의 노즐(57a, 57b) 사이에는 순환 배관(L12) 및 펌프(P5)를 설치하여 정통통(53) 내의 정화수의 농도가 낮을 경우 재사용할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
1 and 5, the waste gas
본 발명에 따른 산 침출 시스템은 이와 같이, 단일의 시스템 내에서 연속 공정으로 실리콘 파우더, 산 및 증류수의 혼합물을 일정한 온도로 유지하면서 교반하여 불순물을 침출시키고, 불순물이 침출된 혼합물로부터 정제된 실리콘 결정을 분리해 낼 뿐만 아니라, 교반 공정에서 발생하는 폐가스 양을 최소화하고 정화하여 환경 유해성을 저감시킨다.
In this way, the acid leaching system according to the present invention, while maintaining a constant temperature of the mixture of silicon powder, acid and distilled water in a single system while stirring to leach the impurities, purified silicon crystals from the mixture from which impurities are leached It not only separates the wastes, but also minimizes and purifies the amount of waste gas generated in the stirring process to reduce environmental hazards.
1 : 증류수 탱크 3 : 호퍼
5a, 5b : 산 탱크 7 : 교반조
9a, 9b, 9c : 투입구 11 : 실리콘 투입관
13 : 배출구 15 : 모터
17 : 팬 19 : 로드셀
21 : 제1전열히터 22 : 제2전열히터
23 : 오일탱크 24 : 오일자켓
25 : 원심분리기 27 : 모터
29 : 하우징 31 : 회전통
32 : 투입관 33 : 배출관
35 : 제1폐액용기 37 : 제2폐액용기
39 : 응축관 41 : 냉각수 자켓
43 : 냉각수 탱크 45 : 압축기
47 : 응축기 49 : 증발코일
51 : 정화통 53 : 저수통
55 : 혼합기 57a, 57b : 노즐
59 : 배기구 61 : 곡관형 오버플로우관
63 : 직관형 오버플로우관 65 : 밀폐 격판
67, 69 : 천공 격판1: distilled water tank 3: hopper
5a, 5b: acid tank 7: stirring tank
9a, 9b, 9c: inlet hole 11: silicon inlet tube
13: outlet 15: motor
17: fan 19: load cell
21: first electric heater 22: second electric heater
23: oil tank 24: oil jacket
25
29
32: input pipe 33: discharge pipe
35: first waste container 37: second waste container
39: condensation tube 41: coolant jacket
43: coolant tank 45: compressor
47: condenser 49: evaporation coil
51: Purification Container 53: Reservoir
55 mixer 57a, 57b nozzle
59: exhaust port 61: curved overflow tube
63: straight overflow pipe 65: sealed diaphragm
67, 69: perforated diaphragm
Claims (4)
상기 산 침출부(100)로부터 불순물이 침출된 혼합물을 배관(L5) 및 배관(L5)에 설치된 펌프(P7)에 의하여 이송받아, 원심분리기(25)에 의하여 혼합물을 실리콘 파우더와 폐액으로 분리하여 실리콘 파우더를 회수하는 실리콘 파우더 회수부(200);
상기 산 침출부(100)에서 교반 과정에 발생한 폐가스를 유입받아 이를 응축한 후 상기 산 침출부(100)에 회귀시키는 폐가스 응축부(300); 및
상기 폐가스 응축부(300)에서 응축되지 않은 폐가스를 유입받아 물로 세척하여 정화한 후 대기에 배출하는 폐가스 정화배출부(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 파우더용 산 침출 시스템.
The silicon powder, the distilled water and the acid are introduced into the stirring tank 7 at a predetermined weight ratio by the metering device, and then the silicon is mixed with the stirring device while the temperature inside the stirring tank 7 is maintained at a constant temperature by the heating device. An acid leaching unit (100) for stirring a mixture of powder, distilled water and acid in the stirring tank (7) to leach impurities remaining in the silicon powder;
The mixture in which impurities are leached from the acid leaching unit 100 is transferred by the pipe L5 and the pump P7 installed in the pipe L5, and the mixture is separated into silicon powder and waste liquid by a centrifuge 25. A silicon powder recovery unit 200 for recovering silicon powder;
A waste gas condensing unit 300 which receives the waste gas generated in the stirring process from the acid leaching unit 100 and condenses it and then returns to the acid leaching unit 100; And
Acid waste leaching system for a silicon powder, characterized in that it comprises a ;; waste gas condensation unit 300, the waste gas that is not condensed in the waste gas inlet is washed with water to purify and discharged to the atmosphere after discharged to the atmosphere.
상기 정량 투입장치는,
상기 교반조(7)의 하단에 마련되어 교반조(7)에 실리콘 파우더, 증류수 및 산이 투입될 때 그 질량을 측정할 수 있는 로드셀(19)과, 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 증류수를 상기 교반조(7)에 투입하는 증류수 투입수단과, 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 산을 상기 교반조(7)에 투입하는 산 투입수단과, 상기 로드셀(19)에서 측정한 질량을 기초로 미리 정해진 질량의 실리콘 파우더를 상기 교반조(7)에 투입하는 실리콘 파우더 투입수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 파우더용 산 침출 시스템.
The method of claim 1,
The metered dose device,
Based on the load cell 19 and the mass measured by the load cell 19 is provided at the lower end of the stirring tank (7) to measure the mass when silicon powder, distilled water and acid are added to the stirring tank (7) Distilled water injecting means for injecting distilled water of a predetermined mass into the stirring vessel 7 and acid injecting means for injecting a predetermined mass of acid into the agitating vessel based on the mass measured by the load cell 19. And a silicon powder injecting means for injecting a silicon powder having a predetermined mass into the stirring vessel (7) based on the mass measured by the load cell (19).
상기 가열장치는,
상기 교반조(7) 외부를 둘러싸고 내부에는 열매체용 오일이 봉입된 오일 자켓(24)과, 상기 교반조(7) 외부에 마련되고 내부에는 상기 오일 자켓(24)을 순환할 오일 및 상기 오일을 가열하는 제1전열히터(21)가 수용된 오일 탱크(23)와, 상기 오일 자켓(24) 및 오일 탱크(23) 사이를 오일이 순환할 수 있게 유로를 형성하는 배관(L16, L17)과, 상기 배관에 설치되어 오일을 상기 오일 자켓(24) 및 오일 탱크(23)간에 순환시키는 펌프(P6)로 구성되는 간접 가열장치와, 상기 교반조(7) 내에 마련된 제2전열히터(22)에 의하여 혼합물을 직접 가열하는 직접 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 파우더용 산 침출 시스템.
The method of claim 1,
The heating device,
An oil jacket 24 surrounding the outside of the stirring tank 7 and filled with a heat medium oil therein, and an oil and the oil to be circulated inside the stirring tank 7 and circulating the oil jacket 24 inside the stirring tank 7. An oil tank 23 accommodating the first heat transfer heater 21 to be heated, pipes L16 and L17 for forming a flow path for the oil to circulate between the oil jacket 24 and the oil tank 23, and An indirect heating device installed in the pipe and configured to include a pump P6 for circulating oil between the oil jacket 24 and the oil tank 23, and a second heat transfer heater 22 provided in the stirring vessel 7. Acid leaching system for a silicon powder, characterized in that it comprises a direct heating device for directly heating the mixture.
상기 폐가스 응축부는,
상기 교반조(7) 상부에 연결되고 교반 과정에서 교반조(7) 내에서 생성된 폐가스가 통과하는 응축관(39)과, 상기 응축관(39) 외부를 둘러싸고 내부에는 냉각수가 봉입된 냉각수 자켓(41)과, 상기 냉각수 자켓(41)과 별도로 외부에 마련되고 내부에는 상기 냉각수 자켓(41)을 순환할 냉각수 및 냉각수를 생성할 냉동사이클의 증발코일(49)이 수용된 냉각수 탱크(43)와, 상기 냉각수 자켓(41) 및 냉각수 탱크(43) 사이를 냉각수가 순환할 수 있게 유로를 형성하는 배관(L7, L8)과, 상기 배관에 설치되어 냉각수를 상기 냉각수 자켓(41) 및 냉각수 탱크(43)간에 순환시키는 펌프(P4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 파우더용 산 침출 시스템.
The method of claim 1,
The waste gas condensation unit,
A condensation tube 39 connected to an upper portion of the stirring vessel 7, through which waste gas generated in the stirring vessel 7 passes, and a coolant jacket enclosed outside the condensation tube 39 and filled with coolant therein. (41), and a coolant tank (43) provided outside the coolant jacket (41) and containing an evaporation coil (49) of a refrigerating cycle for generating coolant for circulating the coolant jacket (41) and for generating coolant therein; And pipes L7 and L8 for forming a flow path between the coolant jacket 41 and the coolant tank 43 so that the coolant can circulate, and the coolant jacket 41 and the coolant tank installed in the pipe. 43) Acid leaching system for silicon powder, characterized in that consisting of a pump (P4) to circulate between.
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