RU2648436C2 - Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия - Google Patents
Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648436C2 RU2648436C2 RU2016102305A RU2016102305A RU2648436C2 RU 2648436 C2 RU2648436 C2 RU 2648436C2 RU 2016102305 A RU2016102305 A RU 2016102305A RU 2016102305 A RU2016102305 A RU 2016102305A RU 2648436 C2 RU2648436 C2 RU 2648436C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- reactor
- temperature
- aluminium
- mixture
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 title claims abstract description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims abstract description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 abstract 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000007038 hydrochlorination reaction Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical class Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 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
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/023—Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения чистых металлов и может быть использовано для производства кремния полупроводникового качества. Порошок кремния высокой чистоты получают термическим восстановлением диоксида кремния до элементарного кремния с помощью высокодисперсного алюминия, при этом процесс восстановления ведут в электротермическом реакторе в две стадии, на первой из которых температура составляет 900-1000°C с выдержкой 3-5 мин, на второй стадии температуру в реакторе повышают до 1100°C с выдержкой в течение 60-90 с, после чего разделение кремния и оксида алюминия после дробления брикетов осуществляют флотационным методом. Технический результат – экологически безопасное получение кремния высокой чистоты за счет проведения процесса методом алюмотермии, при котором примеси в основном остаются в матрице оксида алюминия и не переходят в кремний. 2 пр.
Description
Изобретение относится к процессам и аппаратам для получения кристаллического кремния повышенной чистоты.
Для производства кристаллического кремния полупроводникового качества в мировой практике применяется хлоридный метод, при этом порошок технического кремния, полученного карботермическим восстановлением в руднотермических печах, подвергается гидрохлорированию с образованием газообразных хлорсодержащих соединений кремния (хлорсиланы). После очистки и разделения газов, покидающих реактор, где происходит гидрохлорирование кремния, выделяют особо чистый трихлорсилан, который подвергается водородному восстановлению, в результате получают ГХК с содержанием суммы примесей меньше, чем 10-4 мас.%. Полученный поликристаллический кремний (ПКК) идет на изготовление моно- и мультикристаллических слитков для использования их в полупроводниковом производстве. Способ описан в книге "Технология полупроводникового кремния" под ред. Э.С. Фалькевича. М.: Металлургия, 1992 г. Недостатками способа являются сложность и многозвенность технологии, а использование хлора требует особых условий для обеспечения экологической безопасности.
Наиболее близким по своей сущности к данному изобретению является техническое решение, изложенное в патенте DE №102004025654, 22.12.2005. Предлагается способ и установка для получения из смеси кварцевого песка и легких металлов (алюминиевого или магниевого скрапа) высокочистого кремния (или его соединений) путем восстановления кремнезема в плазме, образуемой при введении водяного пара в пламя высокотемпературной горелки. Установка для реализации предлагаемого способа представляет собой вертикальный реактор с водоохлаждаемыми стенками, в верхней части которого располагается горелка, в пламя которой через стенки реактора подается водяной пар и исходная смесь для получения кремния. Снизу реактора расположена вытеснительная турбина в виде вращающихся валков, играющая роль выгрузочного устройства для готового продукта/
Однако этот способ не обеспечивает получение кремния нужной степени чистоты для солнечных элементов, что связано с трудностями поддержания высокой степени чистоты компонентов, значительными температурными градиентами в реакторе и поэтому большим количеством непрореагировавшего материала. Нерешенными остаются экологические проблемы, обусловленные необходимостью очистки больших потоков высокотемпературных газов на выходе из реактора от пыли диоксида кремния, что приводит к высокой стоимости полученного кремния.
Задачей настоящего изобретения является получение высокочистого кремния экологически безопасным способом с низкими потерями кремния и низкой себестоимостью.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения кристаллического кремния высокой чистоты, включающем термическое восстановление кремнийсодержащего соединения до элементарного кремния с помощью высокодисперсного алюминия, шихту, содержащую стехиометрическое количество диоксида кремния и алюминиевую пудру (порошок) перемешивают, брикетируют и подают в реактор. Процесс восстановления ведут в электротермическом реакторе в две стадии. На первой стадии восстановления при температуре 900-1000°С происходит образование соединения Al2SiO5, выдержка времени на первой стадии 3-5 мин. На второй стадии температуру в реакторе повышают до 1100°С, выдержка времени 60-90 с, при этом завершается восстановление кремния и брикеты, прошедшие обработку, состоят из мелкодисперсного кремния и оксида алюминия. Разделение кремния и оксида алюминия после дробления брикетов осуществляется флотационным методом.
В варианте - способе получения кристаллического кремния высокой чистоты, включающем термическое восстановление кремнийсодержащего соединения до элементарного кремния с помощью высокодисперсного алюминия, процесс восстановления ведут в электротермическом реакторе с двумя зонами нагрева, а в качестве газовой среды вводят в реактор аргон для создания инертной атмосферы и повышения выхода кремния.
Пример 1.
Шихтовую смесь, состоящую из кварцевой крупки фракции 100-150 мкм и алюминиевой пудры в массовом соотношении 63:37? прессуют в брикеты. Брикеты подаются в реактор, где нагреваются до температуры 900°С, при этом протекает реакция образования Al2SiO5 и кристаллического кремния, который образуется не более 5-7%, время выдержки брикетов 5 мин, после этого температуру поднимают до 1100°С, при этом протекает экзотермическая реакция разложения Al2SiO5 и образования кристаллического кремния, время выдержки 90 с. После охлаждения и рассева получается кремний с чистотой 99,99993 в количестве 23% от массы шихты(теоретический выход кремния 29%).
Пример 2.
Шихтовую смесь, состоящую из кварцевой крупки фракции 100-150 мкм и алюминиевой пудры в массовом соотношении 63:37, прессуют в брикеты. Брикеты подаются в реактор, где нагреваются до температуры 900°С в атмосфере аргона, время выдержки брикетов 3 мин, после этого температуру поднимают до 1100°С, время выдержки 90 с. После охлаждения и рассева получается кремний с чистотой 99,9995 в количестве 26% от массы шихты (теоретический выход кремния 29%).
Claims (2)
1. Способ получения порошка кремния высокой чистоты термическим восстановлением диоксида кремния до элементарного кремния с помощью высокодисперсного алюминия, отличающийся тем, что процесс восстановления ведут в электротермическом реакторе в две стадии, на первой из которых температура составляет 900-1000°C с выдержкой 3-5 мин, на второй стадии температуру в реакторе повышают до 1100°C с выдержкой в течение 60-90 с, после чего разделение кремния и оксида алюминия после дробления брикетов осуществляют флотационным методом.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в реактор вводят инертный газ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016102305A RU2648436C2 (ru) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016102305A RU2648436C2 (ru) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016102305A RU2016102305A (ru) | 2017-07-28 |
| RU2648436C2 true RU2648436C2 (ru) | 2018-03-26 |
Family
ID=59632174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016102305A RU2648436C2 (ru) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648436C2 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004025654A1 (de) * | 2004-05-26 | 2005-12-22 | Patentpool Gmbh | Energie erzeugendes Verfahren zur Gewinnung von Silizium, bzw. Siliziumverbindungen aus Sand bzw. Leichtmetallen mittels einer Radialverdränger- Turbine |
| WO2006041271A1 (en) * | 2004-10-12 | 2006-04-20 | The Ministry Of Education And Sciences Of Republic Kazakhstan Republican State Enterprise 'center Of Chemical-Technological Researches' | Method of production of pure silicon |
| US20110052475A1 (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Mansoor Barati | Production of High Purity Silicon from Amorphous Silica |
-
2016
- 2016-01-25 RU RU2016102305A patent/RU2648436C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004025654A1 (de) * | 2004-05-26 | 2005-12-22 | Patentpool Gmbh | Energie erzeugendes Verfahren zur Gewinnung von Silizium, bzw. Siliziumverbindungen aus Sand bzw. Leichtmetallen mittels einer Radialverdränger- Turbine |
| WO2006041271A1 (en) * | 2004-10-12 | 2006-04-20 | The Ministry Of Education And Sciences Of Republic Kazakhstan Republican State Enterprise 'center Of Chemical-Technological Researches' | Method of production of pure silicon |
| US20110052475A1 (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Mansoor Barati | Production of High Purity Silicon from Amorphous Silica |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016102305A (ru) | 2017-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Boron removal for solar-grade silicon production by metallurgical route: A review | |
| JP4856738B2 (ja) | 高純度シリコン材料の製造方法 | |
| Safarian et al. | Processes for upgrading metallurgical grade silicon to solar grade silicon | |
| CA1156815A (en) | Semicontinuous process for the manufacture of pure silicon | |
| JPS59182221A (ja) | ケイ素の製法 | |
| US20120230904A1 (en) | Production of high purity silicon from amorphous silica | |
| RU2451635C2 (ru) | Способ получения высокочистого элементного кремния | |
| TWI393805B (zh) | Purification method of metallurgical silicon | |
| NO171778B (no) | Fremgangsmaate for raffinering av silisium | |
| Okutani | Utilization of silica in rice hulls as raw materials for silicon semiconductors | |
| RU2648436C2 (ru) | Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия | |
| CN111056556A (zh) | 一种以二氧化硅和氢气为原料制备多晶硅的方法 | |
| RU2327639C2 (ru) | Способ получения кремния высокой чистоты | |
| KR20200100144A (ko) | 트리클로로실란 제조용 규소 과립 및 관련 제조 방법 | |
| RU128874U1 (ru) | Технологический комплекс для получения монокристаллического кремния | |
| JP2004099421A (ja) | シリコンの製造方法 | |
| KR101736547B1 (ko) | 금속 실리콘의 제련 방법 및 장치 | |
| KR101124708B1 (ko) | 용융염연소법을 이용한 규소 분말의 제조방법 | |
| CN107055552B (zh) | 一种四氯化硅的净化方法及应用 | |
| RU2588627C1 (ru) | Способ рафинирования металлургического кремния | |
| RU2385291C1 (ru) | Способ получения кристаллического кремния высокой чистоты (варианты) | |
| RU2356834C2 (ru) | Способ получения поликристаллического кремния в виде гранул сферической формы | |
| US20140341795A1 (en) | Fluorspar/Iodide Process for Reduction, Purification, and Crystallization of Silicon | |
| JP7095885B2 (ja) | シリコンの製造方法 | |
| CN102161487B (zh) | 一种用磷肥副产硅胶生产纯硅的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180126 |