WO2023062154A1 - Process for producing silicon pellets and for melting pellets produced - Google Patents

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WO2023062154A1
WO2023062154A1 PCT/EP2022/078567 EP2022078567W WO2023062154A1 WO 2023062154 A1 WO2023062154 A1 WO 2023062154A1 EP 2022078567 W EP2022078567 W EP 2022078567W WO 2023062154 A1 WO2023062154 A1 WO 2023062154A1
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pellets
silicon
crucible
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Jan-Philipp Mai
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing silicon pellets and a method for melting pellets produced using this method.
  • the monocrystals and silicon blocks are cut into discs (wafers) using diamond wire saws.
  • the resulting sawing loss is carried away with the coolant and lubricant and amounts to approx. 30% of the silicon used.
  • This sawing loss is usually removed from the coolant and lubricant by filter presses so that it can be recycled.
  • the filter cake contained in this case consists of a solids content with approx. 90-95% metallic silicon as well as oxide and carbide compounds.
  • the liquid remaining in the filter cake is an aqueous coolant and lubricant with organic components such as glycol.
  • the physical approach includes various methods of solid-liquid separation, while the chemical approach is mainly based on acid leaching.
  • the physical and chemical methods have a relatively low operating temperature and are therefore more energy efficient compared to metallurgical methods, which are high-temperature thermal processes.
  • the recovered silicon should be recovered for wide use at a purity >98.5%, which is referred to as metallurgical, engineering or also raw silicon, and can then be melted down to be stored in the liquid state in a form intended for further processing (plates , rods, etc.) to be brought.
  • metallurgical engineering or also raw silicon
  • One problem with melting silicon powder is that oxides and hydrogen can form during the drying and storage of moist silicon powder. Powders generally have low heat conduction. This means that when silicon powders are melted, a lot of energy is required and there is increased oxidation.
  • a challenge when drying the silicon powder is the risk of explosion due to the formation of dust and gaseous hydrogen as well as the heat released by oxidation processes and the resulting possible self-ignition.
  • pelleting can reduce the packing density, which improves heat conduction.
  • a variety of organic or inorganic binders can be used in pelletizing or agglomeration processes to impart structure to the silicon powder. However, the binders leave organic or inorganic residues and thus become a source of contamination for the silicon end product.
  • the CN 101884895 A discloses a method for producing pellets from fine
  • silicon powder A binder based on cellulose and water are used Liquefier and solvent used. The binder should remain in the pellets until they are completely melted and then evaporate to avoid contamination. However, experience shows that any contact with carbon leads to further enrichment of the silicon with carbon in the form of carbide precipitates.
  • EP 2 182 555 A1 discloses a method for producing spherical semiconductor elements. Silicon particles are produced which are suitable as semiconductor materials, for example for better filling of a crucible in the production of monocrystals. This process is not suitable for use in metallurgy because the aim of the process is not to produce a homogeneous melt, but to produce particles that retain their round shape.
  • the method for producing silicon pellets is characterized by the following steps: a) providing a silicon powder, b) producing a mass consisting at least of silicon powder and a
  • the processing especially when pelletizing the silicon powder in a wet state, reduces the risk of a dust explosion on the one hand and forms on the other hand, especially when very fine powder particles in the micrometer range (e.g. silicon sawing waste with particle dimensions of 1 to 2 pm). Oxide bridges, resulting in high pellet strength.
  • the oxidation especially in aqueous solution, is a special feature of silicon and is not found in other metals.
  • the aqueous oxidation of silicon leads, among other things, to the formation of hydrogen, which can be reduced or even avoided by immediately drying the pellets.
  • Drying the pellets to a residual moisture content of less than 2% by weight leads to a further increase in strength, so that the pellets can then be processed further with little loss.
  • the temperature can also be above 100°C, but should not exceed 180°C. On the one hand, this is intended to prevent further uncontrolled oxidation of the silicon and thus the development of heat, on the other hand, any volatile organic components still present in the coolant and lubricant can form an ignitable mixture. Any aqueous solution is sufficient for the production of the mass, so that there is a wet oxidation of the silicon. No other binders are used. Surprisingly, only water can be used as a binder, although it evaporates at a temperature of over 100°C.
  • the pellets are preferably dried at a temperature between more than 100 and up to 180° C. in order to remove not only water but also highly volatile organic components from the coolant and lubricant.
  • the pellets are preferably pressed by extrusion, in particular screw extrusion, flat die presses or other pressing methods with a high pressure.
  • the silicon powder can be obtained by grinding silicon granules.
  • the silicon granules can be composed of a proportion of coarse granules and a proportion of fine granules, the coarse proportion preferably being 60% by weight.
  • the grain size in the coarse granules is preferably between 0.1 and 0.5 mm and is ⁇ 0.1 mm in the fine granules.
  • the process for melting the pellets produced using the above process is characterized by the following steps: a) filling a crucible in batches at a filling rate of at least 250 g/min, b) ending the filling when a defined quantity of pellets has entered the crucible was filled in, c) melting of the pellets at a temperature between 1,450 and 1,600 °C, d) emptying of the crucible after complete melting of the pellets.
  • a charge in the above sense means a filling of the crucible.
  • a batch preferably has a weight of 15 - 25 kg, so that filling the crucible takes at least one hour.
  • the invention is characterized by a particularly efficient heat input through an optimized surface-to-volume ratio, so that—despite the small furnaces—high economic efficiency results. Energy consumption is low and economical production is achieved with low investment costs in a large number of small furnaces and a high degree of automation.
  • a tiltable induction furnace is preferably used. This has the advantage that slag remains in the crucible during casting and the melt is cleaned. This mainly affects oxidic and carbide impurities.
  • the pellets are preferably melted completely under protective gas. This largely prevents oxidation of the melt.
  • Argon is preferably used as protective gas.
  • the partial pressure of the remaining oxygen should be ⁇ 50 mbar. 6 - 8 liters/minute protective gas have proven to be suitable. When filling and pouring, however, the protective gas flow should be increased.

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Abstract

1. The invention relates to a process for producing silicon pellets, which is characterized by the following steps: a) providing a silicon powder, b) producing a mass that consists at least of silicon powder and a liquid portion between 20-45 weight percent, preferably between 35-45 weight percent, in particular 40 weight percent, c) shaping pellets at a pressure of more than 50 MPa, and d) drying the pellets to a residual moisture of less than 2 weight percent.

Description

Beschreibung Description
Verfahren zur Herstellung von Silizium-Pellets und zum Aufschmelzen von hergestellten Pellets Process for the production of silicon pellets and for the melting of pellets produced
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Pellets und ein Verfahren zum Aufschmelzen von nach diesem Verfahren hergestellten Pellets. The invention relates to a method for producing silicon pellets and a method for melting pellets produced using this method.
Für die Produktion von mono- und multi-kristallinen Silizium-Solarzellen werden die Einkristalle und Silizium-Blöcke mittels diamantbesetzter Drahtsägen in Scheiben (Wafer) zersägt. Der dabei anfallende Sägeverlust wird mit dem Kühl- und Schmiermittel ausgetragen und beläuft sich auf ca. 30 % des eingesetzten Siliziums. Dieser Sägeverlust wird zumeist durch Filterpressen aus dem Kühl- und Schmiermittel entfernt, sodass dieses recycelt werden kann. Der dabei enthaltene Filterkuchen besteht aus einem Feststoffanteil mit ca. 90-95% metallischem Silizium sowie Oxid- und Car- bidverbindungen. Die im Filterkuchen verbleibende Flüssigkeit ist ein wässriges Kühl- und Schmiermittel mit organischen Bestandteilen wie bspw. Glykol. Ansätze für die Rückgewinnung und das Recycling von hochreinem Silizium aus den in der Fotovoltaik-Industrie anfallenden Siliziumabfälle sind bekannt. Hierzu werden verschiedene Techniken wie physikalische, chemische und metallurgische Verfahren angewandt, um das hochreine Silizium zurückzugewinnen. Der physikalische Ansatz umfasst verschiedene Methoden der Fest-Flüssig-Trennung, während der chemische Ansatz hauptsächlich auf der Säureauslaugung basiert. Die physikalischen und chemischen Methoden haben eine relativ niedrige Betriebstemperatur und sind daher im Vergleich zu metallurgischen Methoden, bei denen es sich um thermische Hochtemperaturprozesse handelt, energieeffizienter. Das zurückgewonnene Silizium sollte für eine breite Anwendung mit einem Reinheitsgrad > 98,5% zurückgewonnen werden, was als metallurgisches, technisches oder auch Rohsilizium bezeichnet wird, und kann dann eingeschmolzen werden, um im flüssigen Zustand in eine für die weitere Verarbeitung vorgesehene Form (Platten, Stangen usw.) gebracht zu werden. Problematisch beim Schmelzen von Siliziumpulver ist einerseits, dass sich bei der Trocknung und Lagerung von feuchten Silizium- Pulvern Oxide und Wasserstoff bilden können. Pulver haben grundsätzlich eine geringe Wärmeleitung. Damit ist beim Schmelzen von Silizium-Pulvern ein hoher Energieeinsatz notwendig und es kommt zu einer verstärkten Oxidation. For the production of mono- and multi-crystalline silicon solar cells, the monocrystals and silicon blocks are cut into discs (wafers) using diamond wire saws. The resulting sawing loss is carried away with the coolant and lubricant and amounts to approx. 30% of the silicon used. This sawing loss is usually removed from the coolant and lubricant by filter presses so that it can be recycled. The filter cake contained in this case consists of a solids content with approx. 90-95% metallic silicon as well as oxide and carbide compounds. The liquid remaining in the filter cake is an aqueous coolant and lubricant with organic components such as glycol. Approaches for the recovery and recycling of high-purity silicon from the silicon waste generated in the photovoltaic industry are known. Various techniques such as physical, chemical and metallurgical processes are used to recover the high-purity silicon. The physical approach includes various methods of solid-liquid separation, while the chemical approach is mainly based on acid leaching. The physical and chemical methods have a relatively low operating temperature and are therefore more energy efficient compared to metallurgical methods, which are high-temperature thermal processes. The recovered silicon should be recovered for wide use at a purity >98.5%, which is referred to as metallurgical, engineering or also raw silicon, and can then be melted down to be stored in the liquid state in a form intended for further processing (plates , rods, etc.) to be brought. One problem with melting silicon powder is that oxides and hydrogen can form during the drying and storage of moist silicon powder. Powders generally have low heat conduction. This means that when silicon powders are melted, a lot of energy is required and there is increased oxidation.
Eine Herausforderung bei der Trocknung des Silizium-Pulvers ist die Explosionsgefahr aufgrund der Bildung von Staub und gasförmigem Wasserstoff sowie die durch Oxidationsprozesse freigesetzte Wärme und damit mögliche Selbstentzündung. A challenge when drying the silicon powder is the risk of explosion due to the formation of dust and gaseous hydrogen as well as the heat released by oxidation processes and the resulting possible self-ignition.
Das direkte Schmelzen von Silizium-Pulver ist mit einem Verlust von Silizium während des Schmelzprozesses verbunden und das Risiko, dass das Pulver oxidiert, ist hoch. Deshalb müssen Schlackebildner eingesetzt werden, die zu einer Verringerung der Ausbeute führen, denn ohne die Schlackebildner wäre ein Schmelzen aufgrund der vorausgegangenen Oxidation nicht möglich. The direct melting of silicon powder involves a loss of silicon during the melting process and the risk of the powder oxidizing is high. Therefore, slag-forming agents must be used, which lead to a reduction in yield, because without the slag-forming agents, melting would not be possible due to the previous oxidation.
Um die Probleme beim direkten Schmelzen von Silizium-Pulvern zu umgehen, ist eine Verarbeitung zu Pellets, Briketts oder ähnlichem üblich. Durch das Pelletieren kann letztlich die Packungsdichte verringert werden, wodurch die Wärmeleitung verbessert wird. Bei Pelletier- oder Agglomerationsverfahren können eine Vielzahl organischer oder anorganischer Bindemittel verwendet werden, um dem Silizium-Pulver eine Struktur zu verleihen. Die Bindemittel hinterlassen aber organische oder anorganische Rückstände und werden damit zu einer Quelle von Verunreinigungen für das Silizium-Endprodukt. Processing into pellets, briquettes or similar is common to avoid the problems of directly melting silicon powders. Ultimately, pelleting can reduce the packing density, which improves heat conduction. A variety of organic or inorganic binders can be used in pelletizing or agglomeration processes to impart structure to the silicon powder. However, the binders leave organic or inorganic residues and thus become a source of contamination for the silicon end product.
Die CN 101884895 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Pellets aus feinemThe CN 101884895 A discloses a method for producing pellets from fine
Silizium-Pulver. Dabei werden ein Bindemittel auf Zellulose-Basis und Wasser als Verflüssiger und Lösungsmittel eingesetzt. Das Bindemittel soll so lange in den Pellets verbleiben, bis ein vollständiges Aufschmelzen gegeben ist und dann verdampfen, um Verunreinigen zu vermeiden. Erfahrungen zeigen jedoch, dass jeglicher Kontakt mit Kohlenstoff zu einer weiteren Anreicherung des Siliziums mit Kohlenstoff in Form von Carbid-Ausscheidungen führt. silicon powder. A binder based on cellulose and water are used Liquefier and solvent used. The binder should remain in the pellets until they are completely melted and then evaporate to avoid contamination. However, experience shows that any contact with carbon leads to further enrichment of the silicon with carbon in the form of carbide precipitates.
Die EP 2 182 555 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Halbleiterelemente. Es werden Silizium-Partikel erzeugt, die sich als Halbleitermatenal zum Beispiel zu einer besseren Befüllung eines Schmelztiegels bei der Herstellung von Einkristallen eignen. Mit dem Einsatz in der Metallurgie ist dieses Verfahren nicht geeignet, weil Ziel des Verfahrens nicht das Herstellen einer homogenen Schmelze ist, sondern Partikeln erzeugt werden sollen, die ihre runde Form behalten. EP 2 182 555 A1 discloses a method for producing spherical semiconductor elements. Silicon particles are produced which are suitable as semiconductor materials, for example for better filling of a crucible in the production of monocrystals. This process is not suitable for use in metallurgy because the aim of the process is not to produce a homogeneous melt, but to produce particles that retain their round shape.
Von dieser Problemstellung ausgehend soll ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Pellets angegeben werden, das ohne Bindemittel auskommt. Des Weiteren soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem die hergestellten Pellets aufgeschmolzen werden können, um aus der Schmelze Silizium-Blöcke oder Silizium-Stangen oder ähnliche Formen zu gießen. Proceeding from this problem, a method for the production of silicon pellets is to be specified which does not require any binder. Furthermore, a method is to be specified with which the pellets produced can be melted in order to cast silicon blocks or silicon rods or similar shapes from the melt.
Zur Lösung des Problems zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung von Silizium- Pellets durch folgende Schritte aus: a) Bereitstellen eines Silizium-Pulvers, b) Herstellen einer Masse zumindest bestehend aus Siliziumpulver und einemTo solve the problem, the method for producing silicon pellets is characterized by the following steps: a) providing a silicon powder, b) producing a mass consisting at least of silicon powder and a
Flüssigkeitsanteil zwischen 20-45 Gew.%, vorzugsweise zwischen 35-45 Gew.%, insbesondere 40 Gew.%, c) Ausformen von Pellets untereinem Druck von mehr als 50 MPa, d) Trocknen der Pellets bis zu einer Restfeuchte von weniger als 2 Gew.%. Vorzugsweise erfolgt die Trocknung bei einer Temperatur von bis zu 180 °C, insbesondere über 100 °C. Versuche haben gezeigt, dass die agglomerierten Pellets auch ohne Zufuhr von Wärme aufgrund der bei der Oxidation freigewordenen Wärme, also im Wesentlichen bei Raumtemperatur, trocknen. Liquid content between 20-45% by weight, preferably between 35-45% by weight, in particular 40% by weight, c) shaping of pellets under a pressure of more than 50 MPa, d) drying of the pellets to a residual moisture content of less than 2 wt%. Drying preferably takes place at a temperature of up to 180.degree. C., in particular above 100.degree. Experiments have shown that the agglomerated pellets dry even without the supply of heat due to the heat released during oxidation, ie essentially at room temperature.
Durch die Verarbeitung, insbesondere bei der Pelletierung des Silizium-Pulvers im feuchten Zustand wird, insbesondere, wenn sehr feine Pulver-Partikel im Mikrometerbereich (z.B. Silizium-Sägeabfall mit Partikelabmessungen von 1 bis 2 pm) einerseits das Risiko einer Staubexplosion gesenkt und andererseits bilden sich Oxid-Brücken, wodurch eine hohe Festigkeit der Pellets entsteht. Die Oxidation, insbesondere in wässriger Lösung, ist dabei eine Besonderheit von Silizium und findet sich bei anderen Metallen nicht. Die durch die Oxidation freiwerdende Wärme gemäß der Reaktionsgleichung Si + O2 = SiO2 führt zu einer Selbsttrocknung des Materials. Auf eine zusätzliche Trocknung könnte daher aus Gründen der Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit durchaus auch verzichtet werden. The processing, especially when pelletizing the silicon powder in a wet state, reduces the risk of a dust explosion on the one hand and forms on the other hand, especially when very fine powder particles in the micrometer range (e.g. silicon sawing waste with particle dimensions of 1 to 2 pm). Oxide bridges, resulting in high pellet strength. The oxidation, especially in aqueous solution, is a special feature of silicon and is not found in other metals. The heat released by the oxidation according to the reaction equation Si + O2 = SiO2 causes the material to dry itself. Additional drying could therefore be dispensed with for reasons of energy efficiency and economy.
Die wässrige Oxidation von Silizium führt jedoch u.a. zur Bildung von Wasserstoff, was durch eine umgehende Trocknung der Pellets vermindert oder gar vermeiden werden kann. However, the aqueous oxidation of silicon leads, among other things, to the formation of hydrogen, which can be reduced or even avoided by immediately drying the pellets.
Die Trocknung der Pellets zu einer Restfeuchte von weniger 2 Gew.% führt somit zu einer weiteren Steigerung der Festigkeit, sodass die Pellets anschließend verlustarm weiterverarbeitet werden können. Wird eine Trocknung unter Luft durchgeführt, so kann die Temperatur auch über 100°C liegen, sollte aber dabei 180 °C nicht übersteigen. Zum einen soll dadurch eine weitere unkontrollierte Oxidation des Siliziums und somit Wärmeentwicklung vermieden werden, zum anderen können noch enthaltende flüchtige organische Bestandteile aus dem Kühl- und Schmiermittel ein zündfähiges Gemisch bilden. Für die Herstellung der Masse reicht jegliche wässrige Lösung so dass es zu einer nassen Oxidation des Siliziums kommt. Es werden keine weiteren Bindemittel eingesetzt. Überraschender weise kann auch nur Wasser als Bindemittel genommen werden, obwohl es bei einer Temperatur von über 100°C verdampft. Das hängt mit den speziellen Eigenschaften von Silizium zusammen. Versuche haben gezeigt, dass eine Gesamtfeuchte von mindestens 20 Gewichtsprozent bezogen auf das trockene Pulver ausreichend ist. Das könnte ein begrenzender Parameter sein. Sehr gute Erfahrungen wurden mit einer Restfeuchte, d.h. einem Wassergehalt zwischen 35-45 Gew.%, insbesondere 40 Gew.% gemacht. Die Bindewirkung wird erst in den Agglomeraten erzielt. Feuchtes Silizium-Pulver kommt nicht auf dieselbe Festigkeit. Drying the pellets to a residual moisture content of less than 2% by weight leads to a further increase in strength, so that the pellets can then be processed further with little loss. If drying is carried out in air, the temperature can also be above 100°C, but should not exceed 180°C. On the one hand, this is intended to prevent further uncontrolled oxidation of the silicon and thus the development of heat, on the other hand, any volatile organic components still present in the coolant and lubricant can form an ignitable mixture. Any aqueous solution is sufficient for the production of the mass, so that there is a wet oxidation of the silicon. No other binders are used. Surprisingly, only water can be used as a binder, although it evaporates at a temperature of over 100°C. This has to do with the special properties of silicon. Tests have shown that a total moisture content of at least 20 percent by weight, based on the dry powder, is sufficient. That could be a limiting parameter. Very good experiences have been made with residual moisture, ie a water content of between 35-45% by weight, in particular 40% by weight. The binding effect is only achieved in the agglomerates. Wet silicon powder does not have the same strength.
Durch den Einsatz von Wasser und die Bildung von Oxid-Brücken werden erfindungsgemäß einerseits keine Verunreinigungen eingetragen, hier kann beispielsweise auch destilliertes Wasser benutzt werden und andererseits reagiert das gebildete Oxid mit Silizium, insbesondere flüssigem Silizium, zu gasförmigen SiO (SiO2 + Si = 2 SiO) und verdampft. Damit entsteht eine reine Schmelze. Zu beachten ist dabei, dass Oxidgehalte von mehr als 10% zu einem undurchdringlichen Oxidmantel führen und dann keine saubere Schmelze mehr entstehen kann. Due to the use of water and the formation of oxide bridges, according to the invention, on the one hand no impurities are introduced; distilled water can also be used here, for example, and on the other hand the oxide formed reacts with silicon, in particular liquid silicon, to form gaseous SiO (SiO2 + Si = 2 SiO ) and evaporates. This creates a pure melt. It should be noted that oxide contents of more than 10% lead to an impenetrable oxide coat and then clean melt can no longer form.
Vorzugsweise erfolgt das Trocknen der Pellets bei einer Temperatur zwischen mehr als 100 und bis 180 °C, um neben Wasser auch leichtflüchtige organische Bestandteile aus dem Kühl- und Schmiermittel zu entfernen. The pellets are preferably dried at a temperature between more than 100 and up to 180° C. in order to remove not only water but also highly volatile organic components from the coolant and lubricant.
Die Pellets werden vorzugsweise durch Extrusion, insbesondere Schnecken-Extru- sion, Flachmatrizenpressen oder andere Pressverfahren mit einem hohen Pressdruck gepresst. The pellets are preferably pressed by extrusion, in particular screw extrusion, flat die presses or other pressing methods with a high pressure.
Vorteilhaft ist es, wenn die Pellets eine maximale Kantenlänge von 10 mm aufweisen, wobei das Seitenverhältnis insbesondere bevorzugt 2:1 :1 beträgt. Das Silizium-Pulver kann durch Mahlen eines Siliziumgranulats gewonnen werden. Das Siliziumgranulat kann sich aus einem Anteil Grobgranulat und einem Anteil Feingranulat zusammensetzen, wobei der Grobanteil vorzugsweise 60 Gew.% beträgt. It is advantageous if the pellets have a maximum edge length of 10 mm, with the aspect ratio being particularly preferably 2:1:1. The silicon powder can be obtained by grinding silicon granules. The silicon granules can be composed of a proportion of coarse granules and a proportion of fine granules, the coarse proportion preferably being 60% by weight.
Die Korngröße im Grobgranulat beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm und ist im Feingranulat < 0,1 mm. The grain size in the coarse granules is preferably between 0.1 and 0.5 mm and is <0.1 mm in the fine granules.
Das Verfahren zum Aufschmelzen der nach dem vorstehenden Verfahren hergestellten Pellets zeichnet sich durch folgende Schritte aus: a) Befüllen eines Schmelztiegels in Chargen mit einer Befüllgeschwindigkeit von mindestens 250 g/min, b) Beenden des Befüllens, wenn eine definierte Menge an Pellets in den Tiegel eingefüllt wurde, c) Schmelzen der Pellets bei einer Temperatur zwischen 1 .450 und 1 .600 °C, d) Entleeren des Tiegels nach vollständigem Aufschmelzen der Pellets. The process for melting the pellets produced using the above process is characterized by the following steps: a) filling a crucible in batches at a filling rate of at least 250 g/min, b) ending the filling when a defined quantity of pellets has entered the crucible was filled in, c) melting of the pellets at a temperature between 1,450 and 1,600 °C, d) emptying of the crucible after complete melting of the pellets.
Zum Schmelzen der Pellets eignen sich verschiedene Ofentechnologien, wobei ein effizienter Wärmeeintrag nur bei einer hinreichend kleinen Ofengröße gegeben ist. Deshalb ist die Befüllgeschwindigkeit niedrig. Eine Charge im vorstehenden Sinn bedeutet eine Füllung des Schmelztiegels. Eine Charge weist vorzugsweise ein Gewicht von 15 - 25 kg auf, sodass das Befüllen des Tiegels mindestens eine Stunde dauert. Die Erfindung zeichnet sich also durch einen besonders effizienten Wärmeeintrag durch ein optimiertes Oberflächen-Volumenverhältnis aus, so dass sich - trotz der kleinen Öfen aus- eine hohe Wirtschaftlichkeit ergibt. Der Energieverbrauch ist niedrig und eine wirtschaftliche Produktion wird mit geringen Investitionskosten in eine Vielzahl kleiner Öfen und einem hohen Automatisierungsgrad erreicht. Vorzugsweise wird ein kippbarer Induktionsofen eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass beim Abguss Schlackereste im Tiegel verbleiben und eine Aufreinigung der Schmelze stattfindet. Dies betrifft vor allem oxidische sowie karbidische Verunreinigungen. Various furnace technologies are suitable for melting the pellets, although efficient heat input is only possible with a sufficiently small furnace size. Therefore, the filling speed is low. A charge in the above sense means a filling of the crucible. A batch preferably has a weight of 15 - 25 kg, so that filling the crucible takes at least one hour. The invention is characterized by a particularly efficient heat input through an optimized surface-to-volume ratio, so that—despite the small furnaces—high economic efficiency results. Energy consumption is low and economical production is achieved with low investment costs in a large number of small furnaces and a high degree of automation. A tiltable induction furnace is preferably used. This has the advantage that slag remains in the crucible during casting and the melt is cleaned. This mainly affects oxidic and carbide impurities.
Als besonders geeignet erwiesen haben sich Tiegel aus Grafit oder Siliziumkarbid. Crucibles made of graphite or silicon carbide have proven to be particularly suitable.
Bevorzugt erfolgt das Schmelzen der Pellets vollständig unter Schutzgas. Damit kann eine Oxidation der Schmelze weitestgehend unterbunden werden. Bevorzugt wird als Schutzgas Argon verwendet. Der Partialdruck des verbleibenden Sauerstoffs sollte < 50 mbar sein. Als geeignet haben sich 6 - 8 Liter/Minute Schutzgas erwiesen. Beim Befüllen und Abgießen sollte der Schutzgasstrom allerdings erhöht werden. The pellets are preferably melted completely under protective gas. This largely prevents oxidation of the melt. Argon is preferably used as protective gas. The partial pressure of the remaining oxygen should be < 50 mbar. 6 - 8 liters/minute protective gas have proven to be suitable. When filling and pouring, however, the protective gas flow should be increased.
Das Schmelzen in der sauerstoffarmen Atmosphäre führt zu einem Verdampfen der Oxid-Schicht. Melting in the low-oxygen atmosphere causes the oxide layer to evaporate.
Dabei gilt: The following applies:
SiÜ2 + Si = 2SiOgasförmig SiO2 + Si = 2SiO gaseous
Außerdem werden Verunreinigungen verdampft, deren Siedepunkt größer ist als die Schmelztemperatur. In addition, impurities whose boiling point is higher than the melting temperature are vaporized.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Tiegel nach 20 Stunden Betriebszeit auszutauschen. It has proven advantageous to replace the crucible after 20 hours of operation.

Claims

- 8- Patentansprüche - 8- Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Pellets gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen eines Silizium-Pulvers, b) Herstellen einer Masse zumindest bestehend aus Siliziumpulver und einem Flüssigkeitsanteil zwischen 20-45 Gew.%, vorzugsweise zwischen 35-45 Gew.%, insbesondere 40 % Gew.%, c) Ausformen von Pellets unter einem Druck von mehr als 50 MPa, d) Trocknen der Pellets bis zu einer Restfeuchte von weniger als 2 Gew.%. 1. A method for producing silicon pellets, characterized by the following steps: a) providing a silicon powder, b) producing a mass consisting at least of silicon powder and a liquid content of between 20-45% by weight, preferably between 35-45% by weight. , in particular 40% by weight, c) molding pellets under a pressure of more than 50 MPa, d) drying the pellets to a residual moisture content of less than 2% by weight.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets bei einer Temperatur von bis zu 180 °C getrocknet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the pellets are dried at a temperature of up to 180 °C.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mehr als 100 °C beträgt. 3. The method according to claim 2, characterized in that the temperature is more than 100 °C.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit zur Herstellung der Masse Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, ist. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a liquid for preparing the mass is water, in particular distilled water.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Masse bei einer Temperatur von bis zu 180 °C erfolgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the drying of the mass takes place at a temperature of up to 180 °C.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets eine maximale Kantenlänge von 10 mm aufweisen. - 9- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumpulver durch Mahlen eines Siliziumgranulats erhältlich ist. Verfahren nach einem der der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße des Siliziumpulvers 1-2 pm beträgt. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Siliziumgranulat aus einem Anteil Grobgranulat und einem Anteil Feingranulat zusammensetzt, wobei der Grobanteil vorzugsweise 60% beträgt. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße im Grobgranulat zwischen 0,1 und 0,5 mm beträgt und im Feingranulat kleiner als 0,1 mm ist. Verfahren zum Aufschmelzen von mit dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellten Pellets mit folgenden Schritten: a) Befüllen eines Schmelztiegels in Chargen mit einer Befüllgeschwin- digkeit von mindestens 250 g/min, b) Beenden des Befüllens, wenn eine definierte Menge an Pellets in den Tiegel eingefüllt wurde, c) Schmelzen der Pellets bei einer Temperatur zwischen 1 .450 und 1.600 °C, d) Entleeren des Tiegels nach vollständigem Aufschmelzen der Pellets. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Charge ein Gewicht von 15 bis 25 kg aufweist. - IQ- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Charge in den Schmelztiegel eingefüllt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen der Pellets vollständig unter Schutzgas erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel nach 20 Stunden Betriebszeit ausgetauscht wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the pellets have a maximum edge length of 10 mm. - 9- Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the silicon powder is obtainable by grinding silicon granules. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the particle size of the silicon powder is 1-2 pm. Method according to Claim 7 or 8, characterized in that the silicon granules are composed of a proportion of coarse granules and a proportion of fine granules, the coarse proportion preferably being 60%. Method according to Claim 9, characterized in that the particle size in the coarse granules is between 0.1 and 0.5 mm and in the fine granules is less than 0.1 mm. Method for melting pellets produced by the method according to one of the preceding claims, with the following steps: a) filling a crucible in batches with a filling speed of at least 250 g/min, b) ending the filling when a defined amount of pellets in the crucible was filled, c) melting the pellets at a temperature between 1,450 and 1,600 °C, d) emptying the crucible after the pellets have completely melted. Process according to Claim 9, characterized in that a batch has a weight of 15 to 25 kg. - IQ method according to any one of claims 11 or 12, characterized in that a single batch is filled into the crucible. Method according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the pellets are melted completely under protective gas. Method according to one of Claims 11 to 14, characterized in that the crucible is replaced after 20 hours of operation.
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