NO20093054A1 - Fremgangsmate for fremstilling av hoyrent silisium - Google Patents

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av høyrent silisium.

Teknikkens stilling

Fra US patent nr. 4,539,194 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av rensilisium hvor en eller flere kalsiumforbindelser tilsettes til smeltet metallurgisk kvalitet silisium i en mengde tilstrekkelig til å fremskaffe silisium inneholdende fra ca. 1,0 til 10 vekt % kalsium. Det kalsiumlegerte silisium støpes og det størknede silisium grovknuses og underkastes et lutetrinn ved bruk av en vanndig oppløsning av FeCI3og HCI. Dette første lutetrinnet forårsaker desintegrering av silisiumet og hvor de resulterende silisiumkornene etter vasking underkastes et andre lutetrinn med en vanndig oppløsning av HF og HNO3. Når det smeltede silisium legert med kalsium størkner, vil hovedparten av kalsium størkne som en kalsiumsilisidfase langs korngrensene av silisium. Denne kalsiumsilisidfasen inneholder også en hoveddel av andre forurensningselementer inneholdt i det metallurgiske silisium, særlig jern, aluminium, titan, vanadium, krom og andre. Kalsiumsilisidfasen inneholdende disse forurensningene oppløses i lutetrinnene og forurensningselementene inneholdt i kalsiumsilisidfasen fjernes derved fra silisiumpartiklene Det oppnås meget gode resultater ved fremgangsmåten i henhold til US patent 4,539,194. Det er imidlertid blitt funnet at ikke alle kalsiumsilisidfasene befinner seg på korngrensene av det størknede silisium. Litt av kalsiumsilisidfasen er isolert inne i silisiumkornene og i trange kanaler og er derfor ikke tilgjengelig for syreangrep under lutetrinnene beskrevet i US patent nr. 4,539,194.

Det er således et behov for ytterligere rensing av silisium som er raffinert ved bruk av fremgangsmåten ifølge US patent nr. 4,539,194.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for fremstilling av høyrent silisium omfattende fremskaffelse av smeltet silisium inneholdende 1-10 vekt % kalsium, støping av det smeltede silisium, knusing av silisiumet og luting av det knuste silisiumet i et første lutetrinn i en vanndig løsning av HCI og/eller HCI+FeCl3og i et andre lutetrinn i en vanndig løsning av HF og HNO3, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at de lutede silisiumpartiklene underkastes en varmebehandling ved en temperatur mellom 1250°C og 1420°C i en periode av minst 20 minutter og at de varmebehandlede silisiumpartiklene lutes i et tredje lutetrinn i en vanndig løsning av HF og HNO3.

Varmebehandlingen utføres fortrinnsvis ved en temperatur over 1300°C og mer foretrukket ved en temperatur over 1400°C.

Fortrinnsvis vaskes silisiumpartiklene med vann etter det tredje lutetrinnet.

Varmebehandlingen kan utføres enten som en batch-prosess eller kontinuerlig. En kontinuerlig varmebehandling kan eksempelvis utføres i en tunnellovn med et horisontalt bevegelig belte.

Det er overraskende blitt funnet at gjenværende kalsiumsilisidfase inneholdende forurensningselementer smelter under varmebehandlingen og migrerer til overflaten av silisiumpartiklene. I tillegg migrerer andre faser så som Cu3Si, NiSi2, CuFeSi, FeNiCuSi og andre til overflaten av silisiumpartiklene under varmebehandlingen. Fasene som migrerer til overflaten av silisiumpartiklene oppløses i det tredje lutetrinnet og resulterer i meget rene silisiumpartikler etter det tredje lutetrinnet. Det antas at ved temperaturer under smeltepunktet for silisium forårsakes migrasjon av de smeltede silisidfasene til overflaten av silisiumpartiklene av at når silisium oppvarmes til høye temperaturer smelter silisidfasene med en volumekspansjon mens silisium har en volumøkning som forårsaker krefter på de smeltede silisidfasene og derved presser de smeltede silisidfasene ut gjennom trange kanaler til den ytre overflate av silisiumpartiklene. Ved avkjøling vil de smeltede silisidfasene størkne på overflaten av silisiumpartiklene.

Eksempel 1:

Prøver av silisiumpartikler som var blitt legert med kalsium og lutet i henhold til fremgangsmåten i henhold til US patent nr. 4,539,194 ble varmebehandlet i ca. 60 minutter ved temperaturer på henholdsvis 1250°C, 1400°C og 1420°C og deretter lutet i en vanndig løsning av HF+HNO3og de resulterende silisiumpartikler ble vasket med vann og tørket.

Tabell 1, 2 og 3 viser elementanalyse før varmebehandling og etter HF+HNO3luting samt reduksjon av forurensningselementer i % oppnådd ved fremgangsmåten.

Som det kan sees fra tabellene 1, 2 og 3 oppnås det en betydelig reduksjon av innholdet av forurensningselementer fra silisiumpartiklene allerede når varmebehandlingen utføres ved 1250°C og at reduksjonen av innholdet av forurensningselementer øker betydelig ved økende varmebehandlingstemperatur. Ved varmebehandlingen ved 1420°C ble det oppnådd en reduksjon av forurensningselementer på 80% eller mer. Ved denne temperaturen er silisium nesten i smeltet tilstand og de smeltede silisidfasene segregerer til overflaten av silisiumpartiklene. De intergranulære kanalene omdannes ettersom nye polykrystallinske strukturer dannes.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av høyrent silisium omfattende fremskaffelse av smeltet silisium inneholdende 1-10 vekt % kalsium, støping av det smeltede silisium, knusing av silisiumet og luting av det knuste silisiumet i et første lutetrinn i en vanndig løsning av HCI og/eller HF+HNO3og i et andre lutetrinn i en vanndig løsning av HF of HNO3,karakterisert vedat de lutede silisiumpartiklene varmebehandles ved en temperatur mellom 1250°C og 1420°C i et tidsrom av minst 20 minutter og deretter lutes i et tredje lutetrinn i en vanndig løsning av HF og HNO3.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat varmebehandlingen utføres ved en temperatur av over 1300°C og fortrinnsvis over 1400°.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat varmebehandlingen utføres i en tunnellovn med et horisontalt bevegelig belte.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3,karakterisert vedat silisiumpartiklene vaskes med vann etter det tredje lutetrinnet.