KR20190025345A - 실리콘 파우더의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 실리콘 파우더의 제조 방법은, 태양광 또는 반도체 웨이퍼의 제작시에 배출된 실리콘 슬러지를 압착하는 단계와, 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조하는 단계와, 상기 건조된 실리콘 슬러지를 기 설정된 입자 크기의 분말로 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 실리콘 파우더를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 웨이퍼 또는 반도체 웨이퍼의 제작(생산)을 위해 잉곳(Ingot)을 절단(Saw)할 때 발생(배출)하는 부산물인 실리콘 슬러지를 이용하여 고순도의 실리콘 파우더를 제조할 수 있는 실리콘 파우더의 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 태양 전지 또는 반도체 산업의 웨이퍼로 널리 사용되고 있는 실리콘은 와이어 소(wire saw)를 이용하여 실리콘 잉곳을 절단(절삭)하는 방식으로 제작된다.
이때, 와이어 소로 실리콘 잉곳을 절단하기 위해서는 오일 등이 함유된 절삭유의 사용이 필수적이다.
따라서, 실리콘 웨이퍼의 생산을 위해 실리콘 잉곳을 절단할 때 발생되는 실리콘 슬러지를 재사용하기 위해서는 실리콘 슬러지에 섞여 있는 오일 등을 제거하는 공정이 필요하게 된다.
상술한 바와 같은 문제점(오일 제거 등)을 해소하기 위해, 최근 들어서는 와이어 소 대신에 절삭유의 사용을 필요로 하지 않으면서 생산성과 정밀성을 높일 수 있는 다이아몬드 소(diamond saw)가 실리콘 웨이퍼의 생산을 위한 잉곳 절단 공정에 사용되고 있는 추세이다.
본 발명은 상기한 다이아몬드 소를 통해 실리콘 웨이퍼를 생산할 때 발생하는 실리콘 슬러지를 이용하여 다양한 용도로 사용될 수 있는 실리콘 파우더를 제조하는 방법의 개선에 관련된다.
본 발명은 다이아몬드 소를 통해 실리콘 웨이퍼를 생산할 때 발생하는 실리콘 슬러지를 이용하여 다양한 용도로 사용 가능한 실리콘 파우더의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 태양광 또는 반도체 웨이퍼의 제작시에 배출된 실리콘 슬러지를 압착하는 단계와, 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조하는 단계와, 상기 건조된 실리콘 슬러지를 기 설정된 입자 크기의 분말로 분쇄하는 단계를 포함하는 실리콘 파우더의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 상기 압착하는 단계는, 필터 프레스(Filter Press)를 이용하여 5~55 중량%의 수분 함량이 되도록 상기 실리콘 슬러지를 압착할 수 있다.
본 발명의 상기 건조하는 단계는, 마이크로웨이브 건조기, 적외선 건조기, 열풍 건조기, 로터리 킬른 중 어느 하나를 이용하여 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조할 수 있다.
본 발명의 상기 압착된 실리콘 슬러지의 건조 온도는, 80~300℃ 범위일 수 있다.
본 발명에 따라, 상기 분말을 합금철 대용으로 사용하고자 할 때, 상기 건조하는 단계는 상기 마이크로웨이브 건조기 또는 적외선 건조기를 이용하여 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조할 수 있다.
본 발명에 따라, 상기 분말을 브리켓팅 또는 성형을 위한 원재료로 사용하고자 할 때, 상기 건조하는 단계는 상기 열풍 건조기를 이용하여 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조할 수 있다.
본 발명의 상기 건조하는 단계는, 상기 압착된 실리콘 슬러지를 실온의 온도 조건에서 수일간 자연 건조할 수 있다.
본 발명의 상기 분말은, 1㎛~2㎜ 범위의 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 상기 분쇄하는 단계는, 볼밀 분쇄기 또는 해머밀 분쇄기를 이용하여 상기 건조된 실리콘 슬러지를 분쇄할 수 있다.
본 발명은 실리콘 웨이퍼를 생산하는 다이아몬드 소 공정시에 발생하는 실리콘 슬러지를 이용하여 압착, 건조 및 분쇄의 간소화된 공정으로 고순도의 실리콘 파우더를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 태양 전지 또는 반도체용의 실리콘 웨이퍼를 생산할 때 배출되는 실리콘 슬러지를 이용하여 실리콘 파우더를 제조하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어지는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 태양 전지 또는 반도체용의 실리콘 웨이퍼를 생산할 때 배출되는 실리콘 슬러지를 이용하여 실리콘 파우더를 제조하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 태양 전지 또는 반도체용의 실리콘 웨이퍼를 생산할 때 배출되는 부산물인 실리콘 슬러지를 수집하여 준비한다(단계 102). 여기에서, 실리콘 슬러지에는 다량의 실리콘(Si)과 수분 등이 함유되어 있다. 예컨대, 실리콘 슬러지에는 45~95 중량%의 실리콘과 5~55 중량%의 수분 등이 함유될 수 있으며, 더불어 극소량(예컨대, 0.040 ~ 0.045mg/L)의 구리(Cu)가 함유될 수 있다.
먼저, 실리콘 슬러지에 대한 압착 공정을 진행하는데(단계 104), 이러한 압착 공정은 실리콘 슬러지에 함유되어 있는 수분을 일정 부분 제거해 주기 위한 공정이다.
예컨대, 기계식 탈수 필터링 시스템(mechanical dewatering filter press system)을 이용하여 실리콘 슬러지를 압착함으로써, 예컨대 수분함수율(수분 함량)이 대략 5~55 중량%인 케이크 형태의 실리콘 슬러지를 만들고, 이러한 실리콘 케이크를 기계식 탈수 필터링 시스템으로부터 탈리시킨다. 여기에서, 기계식 탈수 필터링 시스템은, 예컨대 필터 프레스(Filter Press)로 약칭될 수 있다.
다음에, 케이크 형태로 압착된 실리콘 슬러지를 건조시키는 건조 공정을 진행하는데(단계 106), 이러한 건조 공정에서는, 예컨대 마이크로웨이브 건조기, 적외선 건조기, 열풍 건조기 중 어느 하나가 이용되거나 혹은 자연 건조 방식이 이용될 수 있다.
여기에서, 마이크로웨이브 건조기 또는 적외선 건조기를 이용하는 경우에서, 예컨대 1 중량% 이하의 수분함수율이 요구될 때, 대략 80~300℃의 온도 조건에서 수 시간동안(예컨대, 2시간 등) 진행하는 방식으로 처리될 수 있으며, 이러한 건조 공정과 후술하는 분쇄 공정을 통해 만들어지는 고순도의 실리콘 파우더는 고순도 Si 또는 Si를 함유한 합금철 대용 등으로 사용될 수 있다.
또한, 열풍 건조기를 이용하는 경우에서, 예컨대 5 중량% 이하의 수분함수율이 요구될 때, 대략 80~300℃의 온도 조건에서 수 시간동안(예컨대, 7시간 등) 진행하는 방식으로 처리될 수 있으며, 이러한 열풍 건조 공정과 후술하는 분쇄 공정을 통해 만들어지는 고순도의 실리콘 파우더는 Si를 함유한 브리켓(briquette) 또는 성형을 위한 원재료 등으로 사용될 수 있다.
여기에서, 건조 온도의 최대 크기를 300℃ 이하로 설정하는 이유는 300℃ 이상에서는 실리콘 슬러지가 산화하여 실리콘 함량이 저하되기 때문이다.
또한, 자연 건조를 이용하는 경우에서, 예컨대 10 중량% 이하의 수분함수율이 요구될 때, 실온의 온도 조건에서 수 일동안(예컨대, 7일 등) 진행하는 방식으로 처리될 수 있으며, 이러한 자연 건조 공정과 후술하는 분쇄 공정을 통해 만들어지는 고순도의 실리콘 파우더는 Si를 함유한 브리켓(briquette) 또는 성형을 위한 원재료 등으로 사용될 수 있다.
다음에, 원하는 수분함수율로 건조된 실리콘 슬러지를 분쇄하는 공정을 진행하는데(단계 108), 이러한 분쇄 공정은, 예컨대 볼밀 분쇄기, 해머밀 분쇄기 등을 이용하여 진행함으로써, 원하는 입자 크기의 범위를 가지며 실리콘 함량이 대략 90~99.9 중량%인 고순도의 실리콘 파우더를 완성(생산)할 수 있다. 이때, 실리콘을 제외한 나머지 함량(예컨대, 0.1~10 중량%)은 수분일 수 있다.
여기에서, 분쇄된 분말은 1㎛~2㎜ 범위의 입자 크기를 가질 수 있는데, 이와 같이 입자 크기를 제한하는 이유는 크기의 편차를 상대적으로 적게 하여 합금철 또는 제철 제강 등에 사용시 반응이 균일하게 일어나도록 하기 위해서이다.
상술한 바와 같은 본 실시 예에 따른 일련의 공정들을 통해 제조된 고순도의 실리콘 파우더는, 예컨대 스틸캔이나 이와 유사한 용기에 넣어 제철 제강산업의 고순도 페로실리콘(FeSi)의 공급원으로 사용되거나, 내화벽돌 생산시의 페로실리콘 대용으로 사용되거나, 페로실리콘 브리켓 또는 합금철 브리켓 등의 제조시 부재료로 이용되어 실리콘 공급원으로 사용되거나, 칼슘(Ca) 파우더, 페로실리콘 파우더, 망간(Mn) 파우더 등과 같은 합금(alloy)이나 페로 합금(ferro alloy) 등과 혼합하여 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 태양광 또는 반도체 웨이퍼의 제작시에 배출된 실리콘 슬러지를 압착하는 단계와,
상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조하는 단계와,
상기 건조된 실리콘 슬러지를 기 설정된 입자 크기의 분말로 분쇄하는 단계
를 포함하는 실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 압착하는 단계는,
필터 프레스(Filter Press)를 이용하여 5~55 중량%의 수분 함량이 되도록 상기 실리콘 슬러지를 압착하는
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 건조하는 단계는,
마이크로웨이브 건조기, 적외선 건조기, 열풍 건조기 및 로터리 킬른 중 어느 하나를 이용하여 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조하는
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 압착된 실리콘 슬러지의 건조 온도는,
80~300℃ 범위인
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 분말을 합금철 대용으로 사용하고자 할 때, 상기 건조하는 단계는 상기 마이크로웨이브 건조기 또는 적외선 건조기를 이용하여 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조시키는
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 분말을 브리켓팅 또는 성형을 위한 원재료로 사용하고자 할 때, 상기 건조하는 단계는 상기 열풍 건조기를 이용하여 상기 압착된 실리콘 슬러지를 건조시키는
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 건조하는 단계는,
상기 압착된 실리콘 슬러지를 실온의 온도 조건에서 수일간 자연 건조하는
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분말은,
1㎛~2㎜ 범위의 입자 크기를 갖는
실리콘 파우더의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분쇄하는 단계는,
볼밀 분쇄기 또는 해머밀 분쇄기를 이용하여 상기 건조된 실리콘 슬러지를 분쇄하는
실리콘 파우더의 제조 방법.
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