JPH11343111A - 高純度金属Ｓｉの製造方法 - Google Patents
高純度金属Ｓｉの製造方法Info
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- JPH11343111A JPH11343111A JP34604498A JP34604498A JPH11343111A JP H11343111 A JPH11343111 A JP H11343111A JP 34604498 A JP34604498 A JP 34604498A JP 34604498 A JP34604498 A JP 34604498A JP H11343111 A JPH11343111 A JP H11343111A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓｉを用いなくとも、
太陽電池用Ｓｉとして好適な５〜７Ｎといった高純度金
属Ｓｉを製造することができる方法を提供する。 【解決手段】 ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金属Ｓ
ｉを製造する方法であって、炭素系物質を還元剤として
用い上記原料を１５００℃以上に加熱することによりＳ
ｉＯガスを発生させる工程と、上記ＳｉＯガスを８００
℃以下で加熱してＳｉに還元する工程を含む。ＳｉＯガ
スをＳｉに還元するにあたっては、還元剤として一酸化
炭素ガス（ＣＯガス）及び／又は水素ガスを用いること
が望ましく、ＳｉＯガスを発生させる工程において発生
したＳｉＯガスは冷却し固化して回収することが望まし
い。
太陽電池用Ｓｉとして好適な５〜７Ｎといった高純度金
属Ｓｉを製造することができる方法を提供する。 【解決手段】 ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金属Ｓ
ｉを製造する方法であって、炭素系物質を還元剤として
用い上記原料を１５００℃以上に加熱することによりＳ
ｉＯガスを発生させる工程と、上記ＳｉＯガスを８００
℃以下で加熱してＳｉに還元する工程を含む。ＳｉＯガ
スをＳｉに還元するにあたっては、還元剤として一酸化
炭素ガス（ＣＯガス）及び／又は水素ガスを用いること
が望ましく、ＳｉＯガスを発生させる工程において発生
したＳｉＯガスは冷却し固化して回収することが望まし
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度金属Ｓｉの
製造方法に関し、詳細には太陽電池用Ｓｉとして用いる
ことのできる５Ｎ（five nine:99.999%)以上の純度を有
する高純度金属Ｓｉの製造方法に関するものである。
製造方法に関し、詳細には太陽電池用Ｓｉとして用いる
ことのできる５Ｎ（five nine:99.999%)以上の純度を有
する高純度金属Ｓｉの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属Ｓｉは半導体用基板の他にも、太陽
電池等に利用されており、その需要は益々拡大してい
る。
電池等に利用されており、その需要は益々拡大してい
る。
【０００３】金属Ｓｉの製造方法としては、例えば特開
昭６３−１４７８１３号公報に記載の方法がある。上記
方法は、珪石（ＳｉＯ2 ）やＳｉＣを用いて、炭素等で
還元させる方法（ＳｉＯ2 ＋２Ｃ→Ｓｉ＋２ＣＯ）であ
って、副生されるＳｉＯガスの蒸気圧が高く外部に飛散
し易いことから上記ＳｉＯガスをＳｉＣに換えてこれを
還流させることによりＳｉ収率を高める方法である。
昭６３−１４７８１３号公報に記載の方法がある。上記
方法は、珪石（ＳｉＯ2 ）やＳｉＣを用いて、炭素等で
還元させる方法（ＳｉＯ2 ＋２Ｃ→Ｓｉ＋２ＣＯ）であ
って、副生されるＳｉＯガスの蒸気圧が高く外部に飛散
し易いことから上記ＳｉＯガスをＳｉＣに換えてこれを
還流させることによりＳｉ収率を高める方法である。
【０００４】またメタルグレードＳｉ（以下、ＭＧ−Ｓ
ｉという）を原料として用い、上記ＭＧ−Ｓｉを一方向
凝固させて、溶解( 高周波るつぼ溶解またはＥＢ溶解)
させることにより金属Ｓｉを得る方法が知られている。
ｉという）を原料として用い、上記ＭＧ−Ｓｉを一方向
凝固させて、溶解( 高周波るつぼ溶解またはＥＢ溶解)
させることにより金属Ｓｉを得る方法が知られている。
【０００５】但し、これらの方法で得られる金属Ｓｉ
は、いずれも純度が５Ｎ未満であって、太陽電池用Ｓｉ
には５Ｎ〜７Ｎといった高い純度が要求されていること
から、太陽電池用Ｓｉとしては利用することができな
い。しかも後者の方法は、原料とするＭＧ−Ｓｉそのも
のが高価であり、これを高純度化する一方向凝固プロセ
スは非常にコストが高い手法でもある。
は、いずれも純度が５Ｎ未満であって、太陽電池用Ｓｉ
には５Ｎ〜７Ｎといった高い純度が要求されていること
から、太陽電池用Ｓｉとしては利用することができな
い。しかも後者の方法は、原料とするＭＧ−Ｓｉそのも
のが高価であり、これを高純度化する一方向凝固プロセ
スは非常にコストが高い手法でもある。
【０００６】そこで現状では、９Ｎや１０Ｎといった非
常に純度の高い半導体用Ｓｉの不良品が、太陽電池用Ｓ
ｉとして用いられている。しかしながら、その量は限ら
れており、益々拡大する太陽電池用Ｓｉの需要を満たし
得るものではなかった。
常に純度の高い半導体用Ｓｉの不良品が、太陽電池用Ｓ
ｉとして用いられている。しかしながら、その量は限ら
れており、益々拡大する太陽電池用Ｓｉの需要を満たし
得るものではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓ
ｉを用いなくとも、太陽電池用Ｓｉとして好適な５〜７
Ｎといった高純度金属Ｓｉを製造することができる方法
を提供しようとするものである。
目してなされたものであって、半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓ
ｉを用いなくとも、太陽電池用Ｓｉとして好適な５〜７
Ｎといった高純度金属Ｓｉを製造することができる方法
を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明とは、ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金属Ｓｉを製
造する方法であって、炭素系物質を還元剤として用い上
記原料を１５００℃以上に加熱することによりＳｉＯガ
スを発生させる工程と、上記ＳｉＯガスを８００℃以下
で加熱してＳｉに還元する工程を含むことを要旨とする
ものである。ＳｉＯガスをＳｉに還元するにあたって
は、還元剤として一酸化炭素ガス（ＣＯガス）及び／又
は水素ガスを用いることが望ましく、ＳｉＯガスを発生
させる工程において発生したＳｉＯガスは冷却し固化し
て回収することが望ましい。
明とは、ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金属Ｓｉを製
造する方法であって、炭素系物質を還元剤として用い上
記原料を１５００℃以上に加熱することによりＳｉＯガ
スを発生させる工程と、上記ＳｉＯガスを８００℃以下
で加熱してＳｉに還元する工程を含むことを要旨とする
ものである。ＳｉＯガスをＳｉに還元するにあたって
は、還元剤として一酸化炭素ガス（ＣＯガス）及び／又
は水素ガスを用いることが望ましく、ＳｉＯガスを発生
させる工程において発生したＳｉＯガスは冷却し固化し
て回収することが望ましい。
【０００９】前記ＳｉＯガス発生工程における加熱温度
は１８００℃以下であることが望ましく、また前記Ｓｉ
Ｏガス発生工程における還元剤中の炭素量は、原料中の
ＳｉＯ2 量に対して重量比で０．１５〜０．３５とする
ことが推奨される。
は１８００℃以下であることが望ましく、また前記Ｓｉ
Ｏガス発生工程における還元剤中の炭素量は、原料中の
ＳｉＯ2 量に対して重量比で０．１５〜０．３５とする
ことが推奨される。
【００１０】更に、純度の高い金属Ｓｉを得る上で、前
記ＳｉＯガス発生工程に先立って、ＳｉＯ2 を主成分と
する原料を１６００℃未満で加熱することにより不純物
成分を蒸発させて原料の純度を高めておくことが望まし
く、或いは前記Ｓｉへの還元工程に先立って、前記Ｓｉ
Ｏガス発生工程で得られたＳｉＯガスを酸化させてＳｉ
Ｏ2 とし、前記ＳｉＯガス発生工程を再度または複数回
繰り返すことによってＳｉＯ2 を主成分とする原料の純
度を高めることが望ましい。
記ＳｉＯガス発生工程に先立って、ＳｉＯ2 を主成分と
する原料を１６００℃未満で加熱することにより不純物
成分を蒸発させて原料の純度を高めておくことが望まし
く、或いは前記Ｓｉへの還元工程に先立って、前記Ｓｉ
Ｏガス発生工程で得られたＳｉＯガスを酸化させてＳｉ
Ｏ2 とし、前記ＳｉＯガス発生工程を再度または複数回
繰り返すことによってＳｉＯ2 を主成分とする原料の純
度を高めることが望ましい。
【００１１】また本発明は、ＳｉＯ2 を主成分とする原
料から金属Ｓｉを製造する方法において、炭素系物質を
還元剤として用い上記原料を１５００℃以上に加熱する
ことによりＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させる工程と、
還元雰囲気にてＳｉＯガス及びＳｉＣを反応させてＳｉ
を生成する工程を含む方法を採用してもよい。このと
き、ＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させる工程において、
ＳｉＯガスよりＳｉＣの発生量（重量比）が多い中間生
成物と、ＳｉＣよりＳｉＯガスの発生量が多い中間生成
物を生成し、両者の中間生成物を反応させてＳｉを生成
することが望ましい。
料から金属Ｓｉを製造する方法において、炭素系物質を
還元剤として用い上記原料を１５００℃以上に加熱する
ことによりＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させる工程と、
還元雰囲気にてＳｉＯガス及びＳｉＣを反応させてＳｉ
を生成する工程を含む方法を採用してもよい。このと
き、ＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させる工程において、
ＳｉＯガスよりＳｉＣの発生量（重量比）が多い中間生
成物と、ＳｉＣよりＳｉＯガスの発生量が多い中間生成
物を生成し、両者の中間生成物を反応させてＳｉを生成
することが望ましい。
【００１２】前記原料としては、石炭の微粉炭を燃焼す
ることにより得られる灰分を用いても良く、前記灰分の
平均粒径が６０μｍ以上のものを用いることが望まし
い。
ることにより得られる灰分を用いても良く、前記灰分の
平均粒径が６０μｍ以上のものを用いることが望まし
い。
【００１３】尚、本発明の前記ＳｉＯガス発生工程にお
ける炭素系物質とは、カーボンブラックや活性炭等の粉
状または顆粒状の炭素材料を意味するものである。
ける炭素系物質とは、カーボンブラックや活性炭等の粉
状または顆粒状の炭素材料を意味するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明者らは、ＳｉＯ2 を原料と
し、ＳｉＯ2 の還元により金属Ｓｉを製造する方法を前
提とした上で、高純度金属Ｓｉを製造する技術について
鋭意研究を重ねた。その結果、従来では副生成物と考え
られてきたＳｉＯガスを、中間生成物としてむしろ積極
的に生成し、さらにこのＳｉＯガスを還元することによ
り高純度金属Ｓｉを製造することができることを見出
し、本発明に想到した。即ち、従来ではＳｉＯ2 を還元
して直接Ｓｉを製造しようとされていたのに対して、本
発明ではこれをＳｉＯガス発生工程（以下、第１工程と
いうことがある）と、Ｓｉへの還元工程（以下、第２工
程ということがある）に分け、夫々の還元反応を最適な
条件で行うことにより高純度な金属Ｓｉを製造すること
に成功したものである。
し、ＳｉＯ2 の還元により金属Ｓｉを製造する方法を前
提とした上で、高純度金属Ｓｉを製造する技術について
鋭意研究を重ねた。その結果、従来では副生成物と考え
られてきたＳｉＯガスを、中間生成物としてむしろ積極
的に生成し、さらにこのＳｉＯガスを還元することによ
り高純度金属Ｓｉを製造することができることを見出
し、本発明に想到した。即ち、従来ではＳｉＯ2 を還元
して直接Ｓｉを製造しようとされていたのに対して、本
発明ではこれをＳｉＯガス発生工程（以下、第１工程と
いうことがある）と、Ｓｉへの還元工程（以下、第２工
程ということがある）に分け、夫々の還元反応を最適な
条件で行うことにより高純度な金属Ｓｉを製造すること
に成功したものである。
【００１５】図１は、ＳｉＯ2 を主体とする原料（純度
９９．８％）である珪石の加熱温度と、各成分に起因す
るガス発生量の関係を示すグラフである。１８００℃で
飽和するまでは、温度を高めるに従ってＳｉＯガスの発
生量は増大し、１５００℃以上（特に１６００℃以上）
になるとＳｉＯガスの発生量が多いことが分かる。また
Ｆｅ，Ａｌ，Ｃａ等の不純物元素に起因するガス量は、
１８００℃以上で急増している。従って、ＳｉＯガスを
多量に発生させ、尚かつ不純物元素の発生量を極力抑制
するという観点から、第１工程における加熱温度は、１
５００℃以上１８００℃以下に設定することが推奨され
る。即ち、１５００〜１８００℃（好ましくは１６００
〜１８００℃）の温度範囲では、ＳｉＯガスの発生量と
その他の不純物ガスの発生量の差が著しいことから、Ｓ
ｉＯガスを非常に高い精製効率で回収することができる
ものである。尚、第１工程におけるＳｉＯガスを回収す
るにあたっては、急冷して固化させれば、取扱いが容易
であり推奨される。
９９．８％）である珪石の加熱温度と、各成分に起因す
るガス発生量の関係を示すグラフである。１８００℃で
飽和するまでは、温度を高めるに従ってＳｉＯガスの発
生量は増大し、１５００℃以上（特に１６００℃以上）
になるとＳｉＯガスの発生量が多いことが分かる。また
Ｆｅ，Ａｌ，Ｃａ等の不純物元素に起因するガス量は、
１８００℃以上で急増している。従って、ＳｉＯガスを
多量に発生させ、尚かつ不純物元素の発生量を極力抑制
するという観点から、第１工程における加熱温度は、１
５００℃以上１８００℃以下に設定することが推奨され
る。即ち、１５００〜１８００℃（好ましくは１６００
〜１８００℃）の温度範囲では、ＳｉＯガスの発生量と
その他の不純物ガスの発生量の差が著しいことから、Ｓ
ｉＯガスを非常に高い精製効率で回収することができる
ものである。尚、第１工程におけるＳｉＯガスを回収す
るにあたっては、急冷して固化させれば、取扱いが容易
であり推奨される。
【００１６】次の第２工程では、第１工程で得られたＳ
ｉＯ（例えばＳｉＯガス）をＣＯガスと共に加熱するこ
とにより、ＳｉＯを還元して金属Ｓｉを得る。図２は、
この第２工程の反応［ＳｉＯ(g) ＋ＣＯ(g) →Ｓｉ(sl)
＋ＣＯ2(g)］における反応温度と自由エネルギーの関係
を示すグラフである。即ち、第２工程における還元反応
は、８００℃以下で進行するものである。反応効率の観
点からは温度は高い方が望ましく、６００℃以上が好ま
しい。尚、前記第１工程では、ＣＯガスが副生成物とし
て得られるが、第２工程では第１工程で得られたＣＯガ
スを用いることができ、或いは別のＣＯガスを用いても
よい。更には、水素ガスを併用しても良く、或いは水素
ガスを単独で用いてもよい。
ｉＯ（例えばＳｉＯガス）をＣＯガスと共に加熱するこ
とにより、ＳｉＯを還元して金属Ｓｉを得る。図２は、
この第２工程の反応［ＳｉＯ(g) ＋ＣＯ(g) →Ｓｉ(sl)
＋ＣＯ2(g)］における反応温度と自由エネルギーの関係
を示すグラフである。即ち、第２工程における還元反応
は、８００℃以下で進行するものである。反応効率の観
点からは温度は高い方が望ましく、６００℃以上が好ま
しい。尚、前記第１工程では、ＣＯガスが副生成物とし
て得られるが、第２工程では第１工程で得られたＣＯガ
スを用いることができ、或いは別のＣＯガスを用いても
よい。更には、水素ガスを併用しても良く、或いは水素
ガスを単独で用いてもよい。
【００１７】また原料中に含まれるＭｇ，Ａｌなどの不
純物元素は、第１工程の前にＳｉＯ 2 を主成分とする原
料を１６００℃未満の温度で予備加熱することで除去す
ることも可能である。予備加熱温度を低めに設定する
と、不純物元素を蒸発させるのに長時間を要し、一方予
備加熱温度を高めに設定すると、ＳｉＯガスが多量に生
成してＳｉ収率に悪影響を与えるので１０００〜１２０
０℃に設定することが推奨される。
純物元素は、第１工程の前にＳｉＯ 2 を主成分とする原
料を１６００℃未満の温度で予備加熱することで除去す
ることも可能である。予備加熱温度を低めに設定する
と、不純物元素を蒸発させるのに長時間を要し、一方予
備加熱温度を高めに設定すると、ＳｉＯガスが多量に生
成してＳｉ収率に悪影響を与えるので１０００〜１２０
０℃に設定することが推奨される。
【００１８】更に、前記第２工程に先立って、前記第１
工程で得られたＳｉＯガスを酸化させてＳｉＯ2 とし、
前記第１工程を再度または複数回繰り返すことによって
ＳｉＯ2 を主成分とする原料の純度を高めることが望ま
しい。
工程で得られたＳｉＯガスを酸化させてＳｉＯ2 とし、
前記第１工程を再度または複数回繰り返すことによって
ＳｉＯ2 を主成分とする原料の純度を高めることが望ま
しい。
【００１９】また、第１工程を行う反応槽の上部の温度
を下げることにより、不純物である金属元素（Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ等）の蒸気ガスは酸化物とすることができるの
で、反応槽上部に冷却可能な回収板を設けて、不純物を
除去してもよい。
を下げることにより、不純物である金属元素（Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ等）の蒸気ガスは酸化物とすることができるの
で、反応槽上部に冷却可能な回収板を設けて、不純物を
除去してもよい。
【００２０】更に本発明方法では、第１工程において還
元剤として用いる炭素系物質の量（以下、単にＣ量とい
う）の調整が非常に重要である。図３は、１８００℃に
おいてＳｉＯ2 を主体とする原料の還元反応を行った際
の、ＳｉＯガスと不純物ガスの発生量と還元剤のＣ量の
関係を示すグラフであり、還元剤のＣ量が少なすぎると
十分に還元反応が進行しないので、ＳｉＯ2 に対する重
量比で０．１５以上とすることが望ましく、０．１８以
上であればより望ましい。一方、還元剤のＣ量が多すぎ
るとＳｉＣが発生してしまい新たな不純物を生成するこ
とになるので、０．６以下とすることが必要であり、
０．３５以下が望ましく、０．２５以下であればより望
ましい。
元剤として用いる炭素系物質の量（以下、単にＣ量とい
う）の調整が非常に重要である。図３は、１８００℃に
おいてＳｉＯ2 を主体とする原料の還元反応を行った際
の、ＳｉＯガスと不純物ガスの発生量と還元剤のＣ量の
関係を示すグラフであり、還元剤のＣ量が少なすぎると
十分に還元反応が進行しないので、ＳｉＯ2 に対する重
量比で０．１５以上とすることが望ましく、０．１８以
上であればより望ましい。一方、還元剤のＣ量が多すぎ
るとＳｉＣが発生してしまい新たな不純物を生成するこ
とになるので、０．６以下とすることが必要であり、
０．３５以下が望ましく、０．２５以下であればより望
ましい。
【００２１】尚、還元時の雰囲気は、発生したＳｉＯの
回収率を高くする上で真空雰囲気であることが望まし
く、例えば１０-3〜１０-4Ｔｏｒｒの真空度で還元反応
を行えば良い。
回収率を高くする上で真空雰囲気であることが望まし
く、例えば１０-3〜１０-4Ｔｏｒｒの真空度で還元反応
を行えば良い。
【００２２】また、ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金
属Ｓｉを製造するにあたり、まず、炭素系物質を還元剤
として用い上記原料を１５００℃以上に加熱することに
よりＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させ、次にＳｉＯガス
及びＳｉＣを還元雰囲気にて反応させてＳｉを生成する
方法を採用してもよい。
属Ｓｉを製造するにあたり、まず、炭素系物質を還元剤
として用い上記原料を１５００℃以上に加熱することに
よりＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させ、次にＳｉＯガス
及びＳｉＣを還元雰囲気にて反応させてＳｉを生成する
方法を採用してもよい。
【００２３】前述の通り、第１工程において還元剤とし
て用いるＣ量により、ＳｉＯガスの発生量は大きく変化
する。図４は、１８００℃においてＳｉＯ2 を主体とす
る原料の還元反応を行った際の、ＳｉＯガス及びＳｉＣ
の発生量と還元剤のＣ量の関係を示すグラフである。Ｓ
ｉＯ2 に対するＣ量の比で、０．４未満であるとＳｉＯ
ガスの発生量が多くなり、０．４を超えるとＳｉＣの発
生量が多くなることが分かる。
て用いるＣ量により、ＳｉＯガスの発生量は大きく変化
する。図４は、１８００℃においてＳｉＯ2 を主体とす
る原料の還元反応を行った際の、ＳｉＯガス及びＳｉＣ
の発生量と還元剤のＣ量の関係を示すグラフである。Ｓ
ｉＯ2 に対するＣ量の比で、０．４未満であるとＳｉＯ
ガスの発生量が多くなり、０．４を超えるとＳｉＣの発
生量が多くなることが分かる。
【００２４】従って、前記ＳｉＯガス及びＳｉＣを発生
させる工程において、ＳｉＯガスよりＳｉＣの発生量
（重量比）が多い中間生成物と、ＳｉＣよりＳｉＯガス
の発生量が多い中間生成物を生成し、両者の中間生成物
を反応させてＳｉを生成してもよい。
させる工程において、ＳｉＯガスよりＳｉＣの発生量
（重量比）が多い中間生成物と、ＳｉＣよりＳｉＯガス
の発生量が多い中間生成物を生成し、両者の中間生成物
を反応させてＳｉを生成してもよい。
【００２５】この方法においても、純度の高い金属Ｓｉ
を得る上で、前記ＳｉＯガス及びＳｉＣ発生工程に先立
って、ＳｉＯ2 を主成分とする原料を１６００℃未満で
加熱することにより不純物成分を蒸発させて原料の純度
を高めておくことが望ましく、或いは前記Ｓｉへの還元
工程に先立って、前記ＳｉＯガス及びＳｉＣ発生工程で
得られたＳｉＯガスを酸化させてＳｉＯ2 とし、前記Ｓ
ｉＯガス及びＳｉＣ発生工程を再度または複数回繰り返
すことによってＳｉＯ2 を主成分とする原料の純度を高
めることが望ましい。
を得る上で、前記ＳｉＯガス及びＳｉＣ発生工程に先立
って、ＳｉＯ2 を主成分とする原料を１６００℃未満で
加熱することにより不純物成分を蒸発させて原料の純度
を高めておくことが望ましく、或いは前記Ｓｉへの還元
工程に先立って、前記ＳｉＯガス及びＳｉＣ発生工程で
得られたＳｉＯガスを酸化させてＳｉＯ2 とし、前記Ｓ
ｉＯガス及びＳｉＣ発生工程を再度または複数回繰り返
すことによってＳｉＯ2 を主成分とする原料の純度を高
めることが望ましい。
【００２６】更に、上述の製造方法を行うにあたり用い
る原料として、石炭の微粉炭を燃焼することにより得ら
れる灰分を採用してもよい。上記灰分を分級した各粒度
の成分組成を表１に示す通り、灰分の粒径が６０μｍを
超えるものであると、ＳｉＯ 2 の成分比率が高く、還元
材としてのＣ量も多いので、原料として平均粒径が６０
μｍ以上の灰分を採用することが推奨される。
る原料として、石炭の微粉炭を燃焼することにより得ら
れる灰分を採用してもよい。上記灰分を分級した各粒度
の成分組成を表１に示す通り、灰分の粒径が６０μｍを
超えるものであると、ＳｉＯ 2 の成分比率が高く、還元
材としてのＣ量も多いので、原料として平均粒径が６０
μｍ以上の灰分を採用することが推奨される。
【００２７】
【表１】
【００２８】尚、上述の本発明に係る還元反応は、原料
下部から還元ガスを吹く流動層式の装置を用いて行えば
よい。
下部から還元ガスを吹く流動層式の装置を用いて行えば
よい。
【００２９】また、得られた金属Ｓｉを溶解して鋳塊に
するにあたっては、分割型水冷銅るつぼ( コールドクル
ーシブル) を採用すれば、溶解材料自身によるスカルの
中で溶解することができ無汚染溶解が可能であり、更に
偏析などもなく均一な組織からなる鋳塊を得ることが可
能である。得られた鋳塊は通常の方法に従い、太陽電池
用の高純度Ｓｉ材料とすればよい。
するにあたっては、分割型水冷銅るつぼ( コールドクル
ーシブル) を採用すれば、溶解材料自身によるスカルの
中で溶解することができ無汚染溶解が可能であり、更に
偏析などもなく均一な組織からなる鋳塊を得ることが可
能である。得られた鋳塊は通常の方法に従い、太陽電池
用の高純度Ｓｉ材料とすればよい。
【００３０】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
【００３１】
【実施例】実施例１ ＳｉＯ2 からＳｉＯを還元生成する第１反応槽と、Ｓｉ
ＯからＳｉを還元生成する第２反応槽を並設し、第１反
応槽で生成するＳｉＯガスを第２反応槽に移送できる様
に両反応槽を連通させた。両反応槽には、夫々φ１６０
黒鉛るつぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポンプに
より内部雰囲気を真空度：約１０-4Ｔｏｒｒにした。
ＯからＳｉを還元生成する第２反応槽を並設し、第１反
応槽で生成するＳｉＯガスを第２反応槽に移送できる様
に両反応槽を連通させた。両反応槽には、夫々φ１６０
黒鉛るつぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポンプに
より内部雰囲気を真空度：約１０-4Ｔｏｒｒにした。
【００３２】まず第１反応槽にＳｉＯ2 を主体とする原
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８５０℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯガスを生成した。第２反応
槽には、ＣＯガスを１０リットル／分の流量で供給する
と共に、内部温度を８００℃として、第１反応槽から移
送されてきたＳｉＯガスの還元を行い金属Ｓｉを得た。
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８５０℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯガスを生成した。第２反応
槽には、ＣＯガスを１０リットル／分の流量で供給する
と共に、内部温度を８００℃として、第１反応槽から移
送されてきたＳｉＯガスの還元を行い金属Ｓｉを得た。
【００３３】得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分
析装置により分析したところ、その純度は９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
析装置により分析したところ、その純度は９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
【００３４】尚、第１反応槽の内壁上方には原料中の不
純物である金属元素（Ａｌ，Ｍｇ等）が微量付着してい
た。
純物である金属元素（Ａｌ，Ｍｇ等）が微量付着してい
た。
【００３５】実施例２ 第１反応槽で還元反応を行う前に、ＳｉＯ2 を主体とす
る原料の予備加熱を１０００℃で１２０分間行ったこと
以外は、実施例１と同様にして、金属Ｓｉを得た。得ら
れた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析
したところ、その純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）で
あった。
る原料の予備加熱を１０００℃で１２０分間行ったこと
以外は、実施例１と同様にして、金属Ｓｉを得た。得ら
れた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析
したところ、その純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）で
あった。
【００３６】実施例３ 第１反応槽で得られたＳｉＯガスを第２反応槽に移送す
る代わりに、第３反応槽に移送し、ＳｉＯガスを酸化す
ることによりＳｉＯ2 とし、再度第１反応槽に戻して原
料として用いたこと以外は、実施例１と同様にして、金
属Ｓｉを得た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光
分析装置により分析したところ、その純度は、９９．９
９９９９％（７Ｎ）であった。
る代わりに、第３反応槽に移送し、ＳｉＯガスを酸化す
ることによりＳｉＯ2 とし、再度第１反応槽に戻して原
料として用いたこと以外は、実施例１と同様にして、金
属Ｓｉを得た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光
分析装置により分析したところ、その純度は、９９．９
９９９９％（７Ｎ）であった。
【００３７】実施例４ 第２反応槽で用いる還元剤として、ＣＯガスに代えて水
素ガス（Ａｒ中４０％含有）を１０リットル／分の流量
で供給し、７００℃で還元を行ったこと以外は、実施例
１と同様にして、金属Ｓｉを得た。得られた金属Ｓｉの
純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析したところ、そ
の純度は、９９．９９９％（５Ｎ）であった。
素ガス（Ａｒ中４０％含有）を１０リットル／分の流量
で供給し、７００℃で還元を行ったこと以外は、実施例
１と同様にして、金属Ｓｉを得た。得られた金属Ｓｉの
純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析したところ、そ
の純度は、９９．９９９％（５Ｎ）であった。
【００３８】実施例５ 第１反応槽に投入するＣ粉末の重量比を原料に対して２
５％としたこと以外は、実施例１と同様にして、金属Ｓ
ｉを得た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析
装置により分析したところ、その純度は、９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
５％としたこと以外は、実施例１と同様にして、金属Ｓ
ｉを得た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析
装置により分析したところ、その純度は、９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
【００３９】実施例６ ＳｉＯ2 からＳｉＯ及びＳｉＣを還元生成する第１反応
槽と、ＳｉＯ及びＳｉＣからＳｉを還元生成する第２反
応槽を並設した。両反応槽には、夫々φ１６０黒鉛るつ
ぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポンプにより内部
雰囲気を真空度：約１０-4Ｔｏｒｒにした。
槽と、ＳｉＯ及びＳｉＣからＳｉを還元生成する第２反
応槽を並設した。両反応槽には、夫々φ１６０黒鉛るつ
ぼによる誘導加熱装置を配設し、真空ポンプにより内部
雰囲気を真空度：約１０-4Ｔｏｒｒにした。
【００４０】まず第１反応槽にＳｉＯ2 を主体とする原
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８００℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯガス及びＳｉＣを生成し、
急冷して固化させ中間生成物Ａを得た。
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して２０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８００℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯガス及びＳｉＣを生成し、
急冷して固化させ中間生成物Ａを得た。
【００４１】次に第１反応槽にＳｉＯ2 を主体とする原
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して５０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８００℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯガス及びＳｉＣを生成し、
急冷して固化させ、中間生成物Ｂを得た。
料( 純度９９．８％以上) と、上記原料に対して５０重
量％のＣ粉末を投入し、加熱温度１８００℃で１２０分
間の還元反応を行い、ＳｉＯガス及びＳｉＣを生成し、
急冷して固化させ、中間生成物Ｂを得た。
【００４２】上記中間生成物Ａと中間生成物Ｂを混合
し、同時に１９００℃に加熱することにより金属Ｓｉを
得た。
し、同時に１９００℃に加熱することにより金属Ｓｉを
得た。
【００４３】得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分
析装置により分析したところ、その純度は９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
析装置により分析したところ、その純度は９９．９９９
％（５Ｎ）であった。
【００４４】実施例７ 加熱温度を１９００℃として、原料に対して２５重量％
のＣ粉末を投入して中間生成物Ａを生成し、原料に対し
て６０重量％のＣ粉末を投入して中間生成物Ｂを生成し
たこと以外は、実施例６と同様にして、金属Ｓｉを得
た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置に
より分析したところ、その純度は、９９．９９９％（５
Ｎ）であった。
のＣ粉末を投入して中間生成物Ａを生成し、原料に対し
て６０重量％のＣ粉末を投入して中間生成物Ｂを生成し
たこと以外は、実施例６と同様にして、金属Ｓｉを得
た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置に
より分析したところ、その純度は、９９．９９９％（５
Ｎ）であった。
【００４５】実施例８ 原料として、平均粒径６０μｍ以上の微粉炭燃焼灰を用
い、加熱炉として水冷銅型誘導加熱炉（φ２００）を用
いたこと以外は、実施例４と同様にして金属Ｓｉを得
た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置に
より分析したところ、その純度は、９９．９９９％（５
Ｎ）であった。
い、加熱炉として水冷銅型誘導加熱炉（φ２００）を用
いたこと以外は、実施例４と同様にして金属Ｓｉを得
た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置に
より分析したところ、その純度は、９９．９９９％（５
Ｎ）であった。
【００４６】実施例９ 原料として、平均粒径５０μｍ以上の微粉炭燃焼灰を用
いると共に、第１反応槽での加熱温度を１９００℃と
し、第２反応槽での加熱温度を７２０℃としたこと以外
は、実施例８と同様にして金属Ｓｉを得た。得られた金
属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析したと
ころ、その純度は、９９．９９９％（５Ｎ）であった。
いると共に、第１反応槽での加熱温度を１９００℃と
し、第２反応槽での加熱温度を７２０℃としたこと以外
は、実施例８と同様にして金属Ｓｉを得た。得られた金
属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置により分析したと
ころ、その純度は、９９．９９９％（５Ｎ）であった。
【００４７】実施例１０ 原料として、平均粒径６０μｍ以上の微粉炭燃焼灰を用
いたこと以外は、実施例６と同様にして金属Ｓｉを得
た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置に
より分析したところ、その純度は、９９．９９９％（５
Ｎ）であった。
いたこと以外は、実施例６と同様にして金属Ｓｉを得
た。得られた金属Ｓｉの純度を、ＩＣＰ発光分析装置に
より分析したところ、その純度は、９９．９９９％（５
Ｎ）であった。
【００４８】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓｉを用いなくとも、太陽電
池用Ｓｉとして好適な５〜７Ｎといった高純度金属Ｓｉ
を製造することのできる方法が提供可能となった。
で、半導体用ＳｉやＭＧ−Ｓｉを用いなくとも、太陽電
池用Ｓｉとして好適な５〜７Ｎといった高純度金属Ｓｉ
を製造することのできる方法が提供可能となった。
【図１】ＳｉＯ2 を主体とする原料の加熱温度と、ガス
発生量の関係を示すグラフである。
発生量の関係を示すグラフである。
【図２】第２工程におけるＳｉＯの還元反応の反応温度
と自由エネルギーの関係を示すグラフである。
と自由エネルギーの関係を示すグラフである。
【図３】ＳｉＯ2 の還元反応におけるＳｉＯガス及び不
純物ガスの発生量と還元剤のＣ量の関係を示すグラフで
ある。
純物ガスの発生量と還元剤のＣ量の関係を示すグラフで
ある。
【図４】ＳｉＯ2 の還元反応におけるＳｉＯガス及びＳ
ｉＣの発生量と還元剤のＣ量の関係を示すグラフであ
る。
ｉＣの発生量と還元剤のＣ量の関係を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 斉 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (11)
- 【請求項１】 ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金属Ｓ
ｉを製造する方法であって、 炭素系物質を還元剤として用い上記原料を１５００℃以
上に加熱することによりＳｉＯガスを発生させる工程
と、 上記ＳｉＯガスを８００℃以下で加熱してＳｉに還元す
る工程を含むことを特徴とする高純度金属Ｓｉの製造方
法。 - 【請求項２】 還元剤として一酸化炭素ガス及び／又は
水素ガスを用いることによりＳｉＯガスをＳｉに還元す
る請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 ＳｉＯガスを発生させる工程において発
生したＳｉＯガスを冷却し固化して回収し、その後Ｓｉ
に還元する請求項１または２に記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記ＳｉＯガス発生工程における加熱温
度が１８００℃以下である請求項１〜３のいずれかに記
載の製造方法。 - 【請求項５】 前記ＳｉＯガス発生工程における還元剤
中の炭素量が、原料中のＳｉＯ2 量に対して重量比で
０．１５〜０．３５である請求項１〜４のいずれかに記
載の製造方法。 - 【請求項６】 前記ＳｉＯガス発生工程に先立って、Ｓ
ｉＯ2 を主成分とする原料を１６００℃未満で加熱する
ことにより不純物成分を蒸発させて原料の純度を高めて
おく請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項７】 前記Ｓｉへの還元工程に先立って、前記
ＳｉＯガス発生工程で得られたＳｉＯガスを酸化させて
ＳｉＯ2 とし、前記ＳｉＯガス発生工程を再度または複
数回繰り返すことによってＳｉＯ2 を主成分とする原料
の純度を高める請求項１〜６のいずれかに記載の製造方
法。 - 【請求項８】 ＳｉＯ2 を主成分とする原料から金属Ｓ
ｉを製造する方法であって、 炭素系物質を還元剤として用い上記原料を１５００℃以
上に加熱することによりＳｉＯガス及びＳｉＣを発生さ
せる工程と、 還元雰囲気にてＳｉＯガス及びＳｉＣを反応させてＳｉ
を生成する工程を含むことを特徴とする高純度金属Ｓｉ
の製造方法。 - 【請求項９】 ＳｉＯガス及びＳｉＣを発生させる工程
において、ＳｉＯガスよりＳｉＣの発生量（重量比）が
多い中間生成物と、ＳｉＣよりＳｉＯガスの発生量が多
い中間生成物を生成し、両者の中間生成物を反応させて
Ｓｉを生成する請求項８に記載の製造方法。 - 【請求項１０】 前記原料として、石炭の微粉炭を燃焼
することにより得られる灰分を用いる請求項１〜９のい
ずれかに記載の製造方法。 - 【請求項１１】 前記灰分の平均粒径が６０μｍ以上で
ある請求項１０に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34604498A JPH11343111A (ja) | 1998-04-03 | 1998-12-04 | 高純度金属Ｓｉの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9200298 | 1998-04-03 | ||
| JP10-92002 | 1998-04-03 | ||
| JP34604498A JPH11343111A (ja) | 1998-04-03 | 1998-12-04 | 高純度金属Ｓｉの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11343111A true JPH11343111A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=26433437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34604498A Withdrawn JPH11343111A (ja) | 1998-04-03 | 1998-12-04 | 高純度金属Ｓｉの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11343111A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009103120A1 (en) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | Cbd Energy Limited | Reduction of silica |
| CN111056556A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-24 | 黄冈师范学院 | 一种以二氧化硅和氢气为原料制备多晶硅的方法 |
-
1998
- 1998-12-04 JP JP34604498A patent/JPH11343111A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009103120A1 (en) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | Cbd Energy Limited | Reduction of silica |
| JP2011512314A (ja) * | 2008-02-20 | 2011-04-21 | シービーディー エナジー リミテッド | シリカの還元 |
| CN111056556A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-24 | 黄冈师范学院 | 一种以二氧化硅和氢气为原料制备多晶硅的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060207 |