NO332874B1 - Fremgangsmate for fremstilling av silisium med en renhet i omradet 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess - Google Patents
Fremgangsmate for fremstilling av silisium med en renhet i omradet 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosessInfo
- Publication number
- NO332874B1 NO332874B1 NO20080977A NO20080977A NO332874B1 NO 332874 B1 NO332874 B1 NO 332874B1 NO 20080977 A NO20080977 A NO 20080977A NO 20080977 A NO20080977 A NO 20080977A NO 332874 B1 NO332874 B1 NO 332874B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- alloy
- anode
- range
- weight
- electrolyte
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 26
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001618 alkaline earth metal fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 17
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910018594 Si-Cu Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910008465 Si—Cu Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 3
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- -1 4.0 g/cm<3> Substances 0.000 description 1
- 229910004028 SiCU Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004014 SiF4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004072 SiFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/037—Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/33—Silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Foreliggende oppfinnelse omfatter en sammensetning av en anodelegering for bruk i trelagselektroraffinering av silisium og en fremgangsmåte for fremstilling av silisium med en renhet i området 99,99-99,999 vekt-% i en trelagselektroraffineringsprosess ved anvendelse av en anodelegering og en elektrolytt.
Description
Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for fremstilling av silisium med en renhet i området 99,99-99,999 vekt-% i en trelags elektrokjemisk raffineringsprosess ved anvendelse av en anodelegering og en elektrolytt.
Bakgrunn
Superrenhetsaluminium fremstilles i dag kommersielt ved den såkalte tre-lagsraffineringsprosessen. Dette er en elektrokjemisk prosess som omfatter tre smeltede lag hvor urent metall blir legert med et tungt, edelt metall (Cu) og plas-sert i bunnen som anode i en elektrokjemisk celle. Over denne plasseres et flytende lag av elektrolytt med middels tetthet. Flytende superrenhetsaluminium med tetthet på 2,3 g/cm<3>avsettes katodisk på toppen av dette ved å sende elektrisk strøm gjennom systemet. Dette prinsippet kan også anvendes for å rense andre mindre-edle metaller som Si og Mg, og kan gi et produkt med ultrahøy renhet. 99,9999+% (6N) oppnås for Al.
Yosiukawa, T.; Arimura, K.; Morita. K., Metallurgical and materials transactions. B ( 2005) vol. 36, No.6, pp. 837-842, beskriver fjerning av B ved metallurgisk størkningsraffinering av Si ved anvendelse av en Al-Si legering hvor utfelling av stabile substanser i en flytende fase blir fulgt av størkningsraffinering av de forurensende stoffer mellom to faser hvor én av fasene (Al) har en høyere affinitet for det uønskede forurensende stoff (B) enn den andre fasen (Si).
I trelagsraffineringsprosesser har det vært et problem når det gjelder fremstillingen av superrenset Si på grunn av et smalt kjemisk vindu som medfører anvendelse av lave strømtettheter som påfølgende fører til lavt utbytte av Si. Et høyt utbytte av Si i en trelagsraffineringsprosess kan oppnås ifølge tidligere teknikk, men produktet Si vil ikke tilfredsstille de nødvendige krav når det gjelder renhet for bruk i solceller på grunn av forurensninger av bor (B).
Oppsummering av oppfinnelsen
Foreliggende oppfinnelse omhandler det å løse, eller i det minste redusere problemene identifisert over.
Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe fremgangsmåte for fremstilling av silisium med en renhet i området 99,99-99,999 vekt-% for bruk i en trelagselektroraffineringsprosess som involverer en anodelegering og en elektrolytt.
Det er spesielt et formål med oppfinnelsen å oppnå en fremgangsmåte som involverer en anodelegering for å fremstille superrenset silisium med et høyt utbytte og redusere problemene med forurensninger. I foreliggende oppfinnelse ble det overraskende funnet at tilsetning av et metall til anodelegeringen i en trelags elektroraffineringscelle resulterte i muligheten til å utvide det elektrokjemiske vindu og tillate anvendelsen av høyere strømtettheter og påfølgende høyere utbytte, sammen med lavere innhold av forurensninger og en renhet av det raffinerte Si i området 99,99-99,999 vekt-%.
Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av silisium med en renhet i området 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess ved
anvendelse av et trelagsarrangement som omfatter en anode, en elektrolytt og en katode, nevnte elektrolytt omfatter minst ett jordalkalimetallfluorid, nevnte anode er en metallegeringsanode, legeringen omfatter de følgende komponenter: 0-10 vekt-% B, 0-10 vekt-% Al, og resten består av Si og Cu, i et forhold som gir en tetthet i området fra 2,7 til 6 g/cm<3>, og minst én av de følgende komponenter blir tilsatt til nevnte anodelegering: 0-40 vekt-% av Fe, 0-10 vekt-% av Ti, 0-10 vekt-% av V; og B felles ut og fjernes som metallborider.
Tettheten av nevnte anodelegering er i området på fra 2,7-6 g/cm<3>, mer foretrukket i området fra 2,7-4,4 g/cm<3>. De intermetalliske forbindelser er minst én forbindelse som omfatter metallborid.
Ved en utførelsesform av oppfinnelsen holdes det hydrostatiske trykk høyt ved bunnen av cellen for å unngå kontakt mellom de intermetalliske partikler og elektrolytten. Dette kan oppnås ved å holde høyden av kolonnen av anodelegeringen i området på fra 20-100 cm, foretrukket 20-80 cm og mest foretrukket 20-50 cm. Videre blir den tilsatte metallkomponenten omformet til minst én forbindelse som har en tetthet p <Panodeiegering, og minst én forbindelse med en tetthet p<<>Panodeiegering blir fjernet fra den øvre delen av forkammeret.
I en annen utførelsesform, blir den tilsatte metallkomponenten omformet til minst én forbindelse som har en tetthet p >Panodeiegering, og minst én forbindelse som har en tetthet p >Panodeiegering blir utfelt. Nevnte minst ene forbindelse blir utfelt ved bunnen av et forkammer.
I foreliggende fremgangsmåte for fremstilling av silisium ved trelagselektroraffinering ved anvendelse av en anodelegering og en elektrolytt, blir forurensnin ger så som minst én metallkomponent tilsatt til anodelegeringen i forkammeret. Anodelegeringen består primært av SiCu, SiCuFe eller SiFe. Forurensningene har en oppholdstid før dannelsen av forskjellige borider som blir utfelt og sedimentert ved bunnen og blir videre fjernet fra forkammeret. Muligens vil lettere utfelte forbindelser stige til toppen av forkammeret hvor de blir fjernet. En fastsatt anodelegering og ytterligere forurensninger så som foretrukket minst én av de følgende komponenter Ti, Fe og V blir tilsatt til anodelegeringen for å fjerne aktivt bor i anodelegeringen i hovedcellen som igjen fører til utvidelse av det elektrokjemiske vindu. Virkningen av utvidelsen av det elektrokjemiske vindu er at strømtettheten økes samtidig som en oppnår høy renhet av produktet Si ved katoden. Tilsetningen av forurensninger i en trelagselektroraffineringsprosess resulterer i utvidelsen av det elektrokjemiske vindu, økningen i strømtettheten og fremstillingen av superrenhets Si som er en overraskende og uventet egenskap. De utfelte partikler av intermetalliske forbindelser vil sedimentere ved bunnen av cellen. For å unngå kontakt mellom elektrolytten som har en tendens til å danne en film rundt anodelegeringen, må det hydrostatiske trykk ved bunnen av cellen holdes høyt nok til å forhindre at elektrolytten danner en film under anodelegeringen. Dette oppnås ved å ha et lag av anodelegeringen i området på fra 20-100 cm. Det er videre krevet å samle de utfelte partikler og segregeringskrystaller/forbindelser i forkammeret. Dette kan oppnås ved å konstruere forkammeret med en nedsenket bunn sammenlignet med cellens hovedområde. Partiklene og forurensningene vil samles i forkammeret, hvilket forenkler fjerning av disse.
Kort beskrivelse av tegninger
Utførelsesformer av oppfinnelsen vil bli beskrevet med referanse til de føl-gende tegninger, hvor:
Figur 1: Prinsippet for trelagselektroraffinering avbildet skjematisk.
Figur 2: Røntgendiffraktogram av partikler samlet fra toppen av anodelegeringen. Tettheter: legering, 4,0 g/cm<3>, elektrolytt 3,0 g/cm<3>. AI2Cu har blitt oksidert til AI2Cu04på grunn av lufteksponering. Figur 3: Skjematisk tegning av en celle for elektroraffinering av Si. Intermetalliske partikler av Ti, Fe, Al, B etc. dannes i anodelegeringen. Partikler lettere enn legeringen vil flyte opp i forkammeret, mens tunge partikler vil akkumulere på bunnen. Figur 4: Forholdet mellom innholdet av B og innholdet av Ti i en Si + 20 vekt-% Cu smeltet legering. Figur 5: Forholdet mellom innholdet av B og innholdet av Fe i en Si + 20 vekt-% Cu smeltet legering.
Detaljert beskrivelse
Prinsippet for trelagsraffineringsprosess for Si er vist skjematisk i figur 1. Prinsippet baserer seg på den elektrokjemiske spenningsrekke som lister opp den nødvendige energien for anodisk oppløsning av metaller i en elektrolytt ifølge lign. 1. Dette er igjen basert på fundamentale termodynamiske egenskaper for elementene. Elektrolytten kan være basert på forskjellige anioner så som F", Cl", S04<2>" eller O<2>", for å nevne noen. For raffineringen av Al benyttes fluoridbaserte elektrolytter. For raffineringen av Si, har det blitt undersøkt oksidbaserte elektrolytter, men uten suksess på grunn av en rekke årsaker, viktigst den høye viskosi-teten for disse smeltene. Silisium kan imidlertid raffineres i en trelagsprosess over dets smeltepunkt ved inkorporering av en Si-Cu legering som anode under en fluo-ridbasert elektrolytt basert på CaF2med tilsetninger av BaF2(tetthetsmodifiserer) og SiF4som Si-bærende middel. Den elektrokjemiske spenningsrekke i fluoridsys-temet er listet opp i tabell 1. Elementene med E°<E°(Si) vil termodynamisk være mer stabile enn Si og går derfor ikke anodisk i løsning i løpet av polarisering av Si-Cu legeringen. Elementene med E°>E°(Si) vil være mindre stabile enn Si og entrer elektrolytten i form av fluorider sammen med Si i løpet av polarisering. Forskjellen i E° mellom Si og dens naboer betegner det elektrokjemiske vindu i raffineringen av Si. I en reell elektrokjemisk prosess, modifiseres E°-verdiene og det faktiske potensiale hvor prosessen begynner betegnes E<rev>. Denne virkningen er beskrevet ved lign. 2 og oppstår på grunn av kjemiske aktiviteter som avviker fra enhet.
Kjemiske aktiviteter mindre enn enhet vil ha en tendens til å drive potensia-let for reduksjons- eller oksidasjonsreaksjonene bort fra den teoretiske E°-verdien. Fra tabell 1 kan det sees at verdiene for E° for den anodiske oppløsning av B er svært lignende verdien av E°for Si (AE = 13 mV) på den katodiske siden, mens på den anodiske siden, er det elektrokjemiske vindu for Al betydelig (AE = 147 mV). Tabell 1: Gibbs fri energi og relatert elektrokjemisk potensiale for oppløsningen av metaller i fluoridmedia ved 1700K.
Dette medfører at Al ikke blir enkelt redusert til det rensede Si ved den katodiske side av cellen, mens B enklere kan ko-oppløses anodisk med Si hvis aktiviteten av B nærmer seg enhet i anodelegeringen. B blir ikke tolerert i mengder
>~2 ppm i Si for anvendelsen i solceller, mens det forekommer i avgrensede mengder (~25-40 ppm) i de tilførte metallurgiske Si råmaterialer. Mens et elektrokjemisk vindu på 13 mV kan tolereres i en høy-temperatur trelagselektroraffineringsprosess ved å holde den anodiske strømtettheten lav, er det ønskelig å holde aktiviteten av B i anodelegeringen lav for å drive Erev-verdien for oppløsningen av B bort fra den for Si-oppløsning. Dette for å øke den anodiske strømtetthet anvendt og derved utbyttet fra reaktoren. Dette kan oppnås ved anvendelse av råmateriale uten eller med svært lavt innhold av B. Dette oppnås ikke enkelt siden B i seg selv er vanskelig å fjerne fra Si på grunn av dets høye segregeringskoeffisi-ent (0,8-1,0). Hvis råmateriale med lavt innhold av B kan finnes, vil bor ikke desto mindre akkumulere i anodelegeringen inntil det når aktiviteter som nærmer seg enhet på lang sikt.
Beskrivelse av oppfinnelse
Foreliggende fremgangsmåte utføres i en trelagselektroraffineringscelle hvor tettheten i bunnlaget, anodelegeringen, er i området fra 2,7 g/cm<3>til 6 g/cm<3>, det midtre laget, elektrolytten, er i området fra 2,6 g/cm<3>til 4 g/cm3 og topplaget Si, produktet, har en tetthet på 2,57 g/cm<3>.
I trelagselektroraffinering av Si, kan en rekke intermetalliske forbindelser dannes i anodelegeringen ved bunnen av cellen. Bor og aluminium er kjent for å danne svært stabile borider og aluminater med Ti, Fe og Cu. Anodelegeringen omfattet av hovedsakelig Si og Cu vil, alltid, inneholde betydelige mengder av andre metalliske urenheter som er mer elektropositive enn Si i løpet av langvarig drift av en industriell celle. Blant disse vil Fe og Ti være de mest rikelige siden disse er de viktigste urenhetselementer i metallurgisk Si anvendt som råmateriale. Som i Al-Si smeiten, vil Ti og B ha en høy affinitet for hverandre og reaksjonen beskrevet ved lign. 4 vil forløpe i den smeltede legering. For titan, kan den borid-dannende mekanisme beskrives ved lign. 5.
Lignende mekanismer eksisterer for Fe-B, Cu-B og en rekke andre over-gangsmetallborider. Forbindelsene er svært stabile med Gibbs fri energier for dannelse (AG<0>) i området fra 60 kJ/mol - 270 kJ/mol. Som i Al-Si legeringen vil reaksjonen værekarakterisert veden løselighetskonstant Ksp, selv om den vil ha en annen verdi i Si-Cu enn i Al-Si smelte. Den høyere affiniteten for B i Al-Si smeiten enn i de segregerte Si krystallitter beskrevet i [1] indikerer at verdien av Ksp (Ti, B) i smeltet Si-Cu legering vil være lavere enn i Al-Si legering siden det synes som om B har en høyere affinitet for Al enn for Si.
En rekke forsøk har blitt utført for å studere de kombinerte virkninger av utfelling og elektroraffinering i fluoridmedia. Ved å holde tettheten for den anodisk polariserte legering høy sammenlignet med tettheten for de intermetalliske partikler som dannes, vil partiklene akkumulere på overflaten av elektrolytten og kan enkelt samles etter nedkjøling for ytterligere undersøkelse ved XRD for å bestemme hvilke faser som foreligger. Et diffraktogram av partikler samlet fra overflaten av anoden i et slikt forsøk er vist i figur 2. En rekke intermetalliske faser kan positivt identifiseres. Partiklenes tetthet vil bestemme om de akkumulerer på overflaten av legeringen eller under legeringen. XRD har også blitt utført på partikler detektert under anodelegeringen. En fullstendig liste over detekterte partikler finnes i tabell 2.1 en industriell celle for elektrokjemisk raffinering av silisium, vil det å holde tettheten av elektrolytten så vel som anodelegeringen så lav som mulig, mens en opprettholder trelagssystemet være av største viktighet for produktets renhet. Partikler som er lettere enn anodelegeringen må tillates å dannes i forkammerseksjonen hvor de kan skummes av og ikke entre volumet dekket av elektrolytten som indikert i figur 3.
Tabell 2: Intermetalliske faser detektert i partikler samlet fra toppen og bunnen av anodelegeringslaget og deres respektive tettheter.
Manipulering av det relative innhold av urenheter
Som beskrevet over, vil de faste intermetalliske faser som dannes i anodelegeringen vise et fundamentalt, karakteristisk løselighetsprodukt Ksp både i legeringen og i elektrolytten. Det er følgelig ekstremt viktig å unngå kontakt mellom de borholdige intermetalliske partikler og elektrolytten. Dette kan oppnås ved å holde det hydrostatiske trykk høyt ved bunnen av cellen ved å ha til stede en høy kolon-ne av anodemetall (-50 cm) og slik inhibere dannelsen av elektrolyttfilm under anodelegeringen.
Det har blitt utført forsøk for å bestemme Ksp-verdiene i Si + 20 % Cu for henholdsvis TiB2og FeB. Kjemiske analysedata for innholdet av Ti-B og Fe-B og deres gjensidige avhengighet er vist i henholdsvis figur 4 og figur 5. Ksp-verdiene som ble funnet var 2,8-10"<14>(TiB2) og 9,5-10"<9>(FeB). Dette er lave verdier som reflekterer den høye stabiliteten av boridforbindelsene. Ved forsettlig å holde innholdet av Ti og Fe høyt i anodelegeringen sammenlignet med det for råmaterialet, er det mulig å manipulere løseligheten av B til en svært lav verdi. Dette er beskrevet ved ligning 6.
Forverdiene funnet i foreliggende oppfinnelse, skulle et innhold på 0,5 % jern og 3 % Ti i anodelegeringen hver drive likevektsverdien av B til 1 ppma. Disse tallene vil, imidlertid, ikke nødvendigvis være nøyaktige i et reelt system siden ikke-ideell opptreden kan påtreffes ved slike ekstremt lave aktiviteter av B. Størrel-sesordenen skulle imidlertid være korrekt, og dette medfører at likevektskonsent-rasjoner i størrelsesorden % av Fe og Ti er i stand til å redusere innholdet av B i den smeltede anodelegering til verdier som kan tolereres i silisium for solceller etter påfølgende elektroraffinering. Slike tilsetninger vil også gjøre det mulig å øke strømtetthetene i de industrielle celler siden det elektrokjemiske vindu vil utvides på grunn av lign. 2. Typiske verdier av parametrene (pBF<3>= 10"<4>-10"<2>, aB = 10"<6>) viser at det elektrokjemiske vindu øker fra 13 mV til opp til 58 mV. Dette er mer enn nok til å oppnå en høy grad av elektroraffinering ved industrielt relevante strømtettheter (2-300 mA/cm<2>).
Når vi har beskrevet foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen vil det være åpenbart for fagfolk at andre utførelsesformer som inkorporerer konseptene kan anvendes. Disse og andre eksempler ifølge oppfinnelsen illustrert over er tenkt bare som eksempel og det faktiske omfang av oppfinnelsen skal bestemmes fra de følgende krav.
Claims (7)
1. Fremgangsmåte for fremstilling av silisium med en renhet i området 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess ved anvendelse av et trelagsarrangement som omfatter en anode, en elektrolytt og en katode, nevnte elektrolytt omfatter minst ett jordalkalimetallfluorid, nevnte anode er en metallegeringsanode, legeringen omfatter de følgende komponenter: 0-10 vekt-% B, 0-10 vekt-% Al,
og resten består av Si og Cu, i et forhold som gir en tetthet i området fra 2,7 til 6<g>/cm3
karakterisert vedat
minst én av de følgende komponenter blir tilsatt til nevnte anodelegering: 0-40 vekt-% av Fe, 0-10 vekt-% av Ti, 0-10 vekt-% av V; og
B felles ut og fjernes som metallborider.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori minst én komponent blir tilsatt til en forkammerseksjon.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori høyden av kolonnen av anodelegeringen er i området fra 20-100 cm, foretrukket 20-80 cm og mest foretrukket 20-50 cm.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori den tilsatte metallkomponenten inngår i minst én utfelt forbindelse som har lavere tetthet enn anodelegeringen.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvori den minst ene forbindelse som har en lavere tetthet enn anodelegeringen, blir fjernet fra den øvre delen av et forkammer.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori den tilsatte metallkomponenten inngår i minst én utfelt forbindelse som har høyere tetthet enn anodelegeringen.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvori den minst ene utfelte forbindelse som har en høyere tetthet enn anodelegeringen, blir fjernet ved bunnen av et forkammer.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20080977A NO332874B1 (no) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Fremgangsmate for fremstilling av silisium med en renhet i omradet 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess |
| PCT/NO2009/000061 WO2009108061A1 (en) | 2008-02-26 | 2009-02-24 | Composition of an anode alloy and method for using said composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20080977A NO332874B1 (no) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Fremgangsmate for fremstilling av silisium med en renhet i omradet 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20080977L NO20080977L (no) | 2009-08-27 |
| NO332874B1 true NO332874B1 (no) | 2013-01-28 |
Family
ID=41016304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20080977A NO332874B1 (no) | 2008-02-26 | 2008-02-26 | Fremgangsmate for fremstilling av silisium med en renhet i omradet 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO332874B1 (no) |
| WO (1) | WO2009108061A1 (no) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200101958A (ko) * | 2017-12-22 | 2020-08-28 | 실라 나노테크놀로지스 인코포레이티드 | 세라믹-포함 세퍼레이터 층을 갖는 세퍼레이터 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1103329A (en) * | 1964-09-15 | 1968-02-14 | Gen Trustee Co Ltd | Refining of silicon |
| NO156172C (no) * | 1984-02-13 | 1987-08-12 | Ila Lilleby Smelteverker | Fremgangsmaate til fremstilling av renset silisium ved elektrolytisk raffinering. |
| EP0855367A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-29 | Kawasaki Steel Corporation | Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus |
| US7901561B2 (en) * | 2006-03-10 | 2011-03-08 | Elkem As | Method for electrolytic production and refining of metals |
-
2008
- 2008-02-26 NO NO20080977A patent/NO332874B1/no not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-02-24 WO PCT/NO2009/000061 patent/WO2009108061A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO20080977L (no) | 2009-08-27 |
| WO2009108061A1 (en) | 2009-09-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2002349216B2 (en) | A method for electrowinning of titanium metal or alloy from titanium oxide containing compound in the liquid state | |
| US7744814B2 (en) | Method for producing a magnesium-lanthanum praseodymium cerium intermediate alloy | |
| Cai et al. | Electrorefining of metallurgical grade silicon in molten CaCl2 based salts | |
| US20130313659A1 (en) | Method for Producing High-Purity Lanthanum, High-Purity Lanthanum, Sputtering Target Formed from High-Purity Lanthanum, and Metal Gate Film Having Highy-Purity Lanthanum as Main Component | |
| NO321451B1 (no) | Prosess for elektrolytisk produksjon av titan og titanlegeringer | |
| CN108138343B (zh) | 利用电解还原和电解精炼工序的金属精炼方法 | |
| Tang et al. | Fabrication of Mg–Pr and Mg–Li–Pr alloys by electrochemical co-reduction from their molten chlorides | |
| Lee et al. | Development of a novel electrolytic process for producing high-purity magnesium metal from magnesium oxide using a liquid tin cathode | |
| TWI356852B (no) | ||
| Wu et al. | Melt refining and purification processes in Al alloys: A comprehensive study | |
| Panigrahi et al. | An overview of production of titanium and an attempt to titanium production with ferro-titanium | |
| ZHANG et al. | Preparation of Mg–Li—La alloys by electrolysis in molten salt | |
| WO2022092231A1 (ja) | 再生アルミニウムの製造方法、製造装置、製造システム、再生アルミニウム、及び、アルミニウム加工物 | |
| KR20140037277A (ko) | 고순도 칼슘 및 이의 제조 방법 | |
| CN102433572A (zh) | 熔盐电解法制备镁钆合金的生产工艺 | |
| Yan et al. | Synthesis of niobium aluminides by electro-deoxidation of oxides | |
| CN104213154B (zh) | 利用氧化镁为原料电解制备镁合金的方法 | |
| CN110205652B (zh) | 一种铜钪中间合金的制备方法和应用 | |
| NO332874B1 (no) | Fremgangsmate for fremstilling av silisium med en renhet i omradet 99,99-99,999 vekt-% i en elektroraffineringsprosess | |
| US10465306B2 (en) | Method for preparing titanium by using electrowinning | |
| CN105177632B (zh) | 稀土改性制备铜‑铝‑稀土中间合金熔盐电解方法及合金 | |
| Fray | (Max Bredig Award in Molten Salt and Ionic Liquid Chemistry) Exploring Novel Uses of Molten Salts | |
| CA2645103A1 (en) | Method of removing/concentrating metal-fog-forming metal present in molten salt, apparatus therefor, and process and apparatus for producing ti or ti alloy by use of them | |
| CN106498203A (zh) | 一种超导铝杆的制备工艺 | |
| Hu et al. | Advanced extractive electrometallurgy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |