專利名稱：硅的回收方法和硅的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅的回收方法和硅的制造方法。詳細而言，涉及由硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的切屑來回收硅的方法、以及由該切屑和二氧化硅原料制造硅的方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池具有單位發(fā)電量的二氧化碳排放量少、且不需要發(fā)電用的燃料的優(yōu)點，近年來其需求正在增大。目前，在實用化的太陽能電池中，使用了單晶硅或多晶硅的具有一組pn結(jié)的單結(jié)太陽能電池正成為主流，隨著太陽能電池的需求增大，硅的需求也正在增大。用于太陽能電池的硅被要求具有用于提高電池效率的高純度?！?br> 大多數(shù)的太陽能電池用的硅晶片通過使用多線鋸將硅錠切片而制造。為了以低成本制造太陽能電池，要求盡可能薄地將該硅晶片切片。例如，在通過切片而制作厚度為200 μ m的硅晶片的情況下，使用直徑與該晶片相同程度的多線鋸。因此，與所制造的硅晶片相同程度的量的硅以與作為磨粒的碳化硅的混合物的形式而被廢棄。將上述硅錠切片時產(chǎn)生的硅與碳化硅的混合物(切屑)包含高純度的硅，因此，要求將該硅分離回收并再循環(huán)。但是，由于切削時產(chǎn)生的硅和碳化硅均為10 μ m以下的顆粒，因此難以利用過濾進行分離，并且由于密度接近，因此也難以利用密度差進行分離。另一方面，若硅錠中殘留有碳化硅，則在將該硅錠切片時會引起線鋸的割斷，或者對硅晶片的性能造成不良影響，因此要求嚴格地將碳化硅分離。專利文獻I中記載了下述漿料的再生方法(I)對在水性分散介質(zhì)中混入了磨粒和硅粒的漿料進行I次離心分離，由此回收磨粒為主要成分的固體成分；(2)對由I次離心分離得到的液體成分進行2次離心分離，由此分離成分散介質(zhì)為主要成分的液體成分和剩余的淤渣；(3)在用水性介質(zhì)將淤渣稀釋后，通過3次離心分離回收固體成分；(4)將該固體成分與以上述磨粒為主要成分的固體成分一起用作再生磨粒。并且，專利文獻2中記載了下述方法將包含碳化硅粒和硅粒的混合物加熱至第I溫度使硅粒熔融，將所得到的包含熔融硅的融液保持為第2溫度，接下來將取出夾具浸潰到融液的上層部位，回收碳化硅?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本國特開2005-313030號公報專利文獻2 :日本國特開2007-302513號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題但是，專利文獻I中記載的方法是再生碳化硅磨粒的方法，并未公開硅的再生，尚不明確是否能夠利用該方法將高純度的硅再循環(huán)。并且，專利文獻I中記載的碳化硅磨粒的再生方法的操作繁雜，難以稱之為有效的方法。在專利文獻2中記載的方法中，碳化硅的回收操作繁雜，難以稱之為有效的硅的再循環(huán)方法。并且，所有方法均是將碳化硅磨粒和硅分離而進行回收的方法，從將高純度的硅最大限度地再循環(huán)使用的觀點來看，希望為由碳化硅磨粒和硅兩者再循環(huán)硅的方法。另外，由于碳化硅與硅的密度差小，因此存在無法有效地將它們分離的問題。因此，本發(fā) 明的課題在于提供硅的回收方法，該方法以包含碳化硅磨粒的切屑作為原料，能夠回收硅而不將碳化硅與硅分離；另外提供由該包含碳化硅磨粒的切屑和二氧化娃原料而制造娃的方法。用于解決問題的方案本發(fā)明人對上述課題進行了深入研究，從而發(fā)現(xiàn)了以下事項，完成了本發(fā)明。(I)通過對硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑、和二氧化硅原料進行加熱，能夠由該切屑回收硅。(2)更優(yōu)選在包含碳化硅的切屑中混合二氧化硅原料而制成原料混合粉，并對該原料混合粉進行加熱從而回收硅。(3)更優(yōu)選將上述原料混合粉壓制成塊，然后對該壓制成塊的原料混合粉進行加熱從而回收硅。(4)通過降低作為原料的包含碳化硅的切屑中的雜質(zhì)濃度，能夠回收高純度的硅。并且，通過在雜質(zhì)濃度低的切屑中組合雜質(zhì)濃度低的二氧化硅原料，能夠回收更高純度的硅。(5)通過進行除去切屑中的雜質(zhì)的處理，硅濃度降低，得到碳化硅的濃度相對高的高純度化的切屑。該高純度化的切屑中的碳化硅作為硅源也很重要，還能夠由該高純度化的切屑回收硅。(6)通過將硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料加熱而制造硅，與用碳材料還原二氧化硅原料來制造硅相比，能夠降低耗電量。即，本發(fā)明如下所述。I. 一種硅的回收方法，該方法為由硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑回收硅的方法，該方法包括對該包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序。2.如前項I所述的硅的回收方法，該方法包括將上述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而制成原料混合粉的工序，該方法中，對該原料混合粉進行加熱從而制造硅。3.如前項2所述的硅的回收方法，該方法還包括將上述原料混合粉壓制成塊的工序，該方法中，對該壓制成塊的原料混合粉進行加熱從而制造硅。4.如前項I 3的任一項所述的硅的回收方法，其中，上述包含碳化硅的切屑中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。5.如前項I 4的任一項所述的硅的回收方法，其中，上述包含碳化硅的切屑中的硼和磷的含量均為O. 001質(zhì)量％以下。6.如前項I 5的任一項所述的硅的回收方法，其中，上述二氧化硅原料中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。7.如前項I 6的任一項所述的硅的回收方法，其中，上述二氧化硅原料中的硼和磷的含量均為O. 001質(zhì)量％以下。
8.如前項I 7的任一項所述的硅的回收方法，其中，上述包含碳化硅的切屑中的硅與碳化硅的比例以質(zhì)量比計為5 95 95 :5。9. 一種硅的制造方法，該方法為由硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑來回收硅從而制造硅的方法，該方法包括對上述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序。10.如前項9所述的硅的制造方法，該方法包括將上述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而制成原料混合粉的工序，該方法中，對該原料混合粉進行加熱從而制造硅。
11.如前項10所述的硅的制造方法，該方法還包括將上述原料混合粉壓制成塊的工序，該方法中，對該壓制成塊的原料混合粉進行加熱從而制造硅。12.如前項9 11的任一項所述的硅的制造方法，其中，上述包含碳化硅的切屑中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。13.如前項9 12的任一項所述的硅的制造方法，其中，上述包含碳化硅的切屑中的硼和磷的含量均為0.001質(zhì)量％以下。14.如前項9 13的任一項所述的硅的制造方法，其中，上述二氧化硅原料中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。15.如前項9 14的任一項所述的硅的制造方法，其中，上述二氧化硅原料中的硼和磷的含量均為O. 001質(zhì)量％以下。16.如前項9 15的任一項所述的硅的制造方法，其中，上述切屑中的硅與碳化硅的比例以質(zhì)量比計為5 95 95 :5。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的硅的回收方法，以包含碳化硅的切屑作為原料，不從該原料分離碳化硅和硅而能夠由全部切屑原料回收硅,能夠簡易地、高效地將硅再循環(huán)。并且，根據(jù)本發(fā)明的硅的制造方法，與用碳材料還原二氧化硅原料來制造硅相比，能夠降低耗電量，能夠有效地制造硅。


圖I(A)和圖I(B)是示出本發(fā)明的硅的回收方法的各工序的流程圖。圖2是用于說明電弧爐內(nèi)的二氧化硅的還原反應(yīng)的圖。圖3是用于說明硅的制造裝置的圖。圖4是示出硅的制造方法的一個實施方式的流程圖。
具體實施例方式<硅的回收方法>如圖I(A)的流程圖所示，本發(fā)明的硅的回收方法和制造方法包括對包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序(S2)。并且，在該工序(S2)之前，優(yōu)選包括將包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而得到原料混合粉的工序(SI)。〔對包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序(S2)〕工序(S2)中，通過將包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合并加熱，從而制造硅。“通過加熱而制造硅”是指包括利用碳化硅來還原二氧化硅原料和利用硅粉的加熱而進行硅制造的概念?！鞍蓟璧那行肌笔侵腹桢V或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的切屑。“切削”是指例如將錠的上下端部或側(cè)面部切斷、由錠切出晶片的縱橫尺寸的棱柱以及由該棱柱或圓柱狀錠切出晶片的切片的操作。切削中使用例如線鋸和片鋸等?！澳ハ鳌笔侵咐缦魅ュV的側(cè)面和磨削晶片的表面或背面的操作。硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑(以下，也簡稱為“切屑”)有時包含高純度的硅粉和碳化硅粉，要求由該切屑使硅再循環(huán)。切屑有時包含鐵等污染物，因此有時會實施精制處理，在進行精制處理時，切屑中的硅相對于碳化硅的相對濃度減少。
本發(fā)明中使用的切屑中，硅與碳化硅的比例以質(zhì)量比計優(yōu)選為5 :95 95 :5 (硅碳化硅)，進一步優(yōu)選為10 :90 95 :5 (硅碳化硅)，特別優(yōu)選為20 :80 95 :5 (硅碳化硅)。切屑中的硅與碳化硅的比例以質(zhì)量比計為5 :95 95 :5 (硅碳化硅)的范圍內(nèi)，硅的含量越大則越能夠有效地制造硅。切屑中的硅的含量優(yōu)選為40質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為60質(zhì)量％以上，進一步優(yōu)選為
80質(zhì)量％。通過在切屑中包含5質(zhì)量％以上的硅，切屑中的硅粉不僅因加熱熔融而與二氧化硅原料反應(yīng)，而且不需要例如石英和炭等其他原料那樣的用于進行還原反應(yīng)的熱。由此，耗電量減少。切屑中的碳化硅的含量優(yōu)選為60質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為40質(zhì)量％以下。使切屑中的碳化硅的含量為60質(zhì)量％以下等、越少的情況下，越能夠有效地制造硅。并且，碳化硅的含量通常優(yōu)選為50質(zhì)量％以下。需要說明的是，切屑中的硅和碳化硅的含量可以通過現(xiàn)有公知的方法測定，例如，可以通過燃燒紅外吸收法測定。作為切屑中所含有的雜質(zhì)，例如，可以舉出鐵、鋁、鈣和鈦等。切屑中的鐵、鋁、鈣和鈦(以下，也稱為主要金屬雜質(zhì))的含量均優(yōu)選為0.1質(zhì)量％(1000質(zhì)量ppm)以下，更優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以下，進一步優(yōu)選為O. 001質(zhì)量％以下。并且，切屑中的鐵、鋁、鈣和鈦的總含量優(yōu)選為O. I質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以下，進一步優(yōu)選為O. 002質(zhì)量％以下。通過使切屑中的主要金屬雜質(zhì)的含量在上述范圍，能夠提高由還原得到的粗硅的純度，能夠抑制精制工序中的雜質(zhì)除去中的負荷。并且，能夠提高高純度的硅的收率。切屑中的主要金屬雜質(zhì)的含量越少越好，對其沒有特別限定，下限通常為O. 0001質(zhì)量％以上，根據(jù)情況有時為O. 0002質(zhì)量％以上。對切屑中的硼和磷的含量沒有特別限定，通常分別優(yōu)選為10質(zhì)量ppm(0.001質(zhì)量％)以下,更優(yōu)選為5質(zhì)量ppm以下,進一步優(yōu)選為I質(zhì)量ppm以下,特別優(yōu)選為O. 5質(zhì)量ppm以下,最優(yōu)選為O. I質(zhì)量ppm以下。通過使切屑中的硼和磷的含量在上述范圍，能夠提高由還原得到的粗硅的純度，能夠抑制精制工序中的雜質(zhì)除去中的負荷。并且，能夠提高高純度的硅的收率。切屑中的硼和磷的含量越少越好，下限沒有特別限定，通常為O. 001質(zhì)量ppm以上，根據(jù)情況有時為O. Ol質(zhì)量ppm以上。作為本發(fā)明中使用的二氧化硅原料，只要以SiO2作為主要成分則可以使用任意的二氧化硅原料。作為二氧化硅原料，例如，可以舉出石英粉(硅砂)和石英塊等粉狀體。二氧化硅原料優(yōu)選雜質(zhì)少的高純度的原料。通常二氧化硅原料中所含有的雜質(zhì)會因二氧化硅原料的種類而異，例如，可以舉出鐵、招丐和欽等。本發(fā)明中使用的二氧化硅原料優(yōu)選鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％(1000質(zhì)量ppm)以下，更優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以下，進一步優(yōu)選為O. 001質(zhì)量％以下。并且，二氧化硅原料中的鐵、鋁、鈣和鈦的總含量優(yōu)選為O. I質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為
O.01質(zhì)量％以下，進一步優(yōu)選為O. 002質(zhì)量％以下?！?br> 通過使二氧化硅原料中的主要金屬雜質(zhì)的含量在上述范圍，能夠提高由還原得到的粗硅的純度，能夠抑制精制工序中的雜質(zhì)除去中的負荷。并且，能夠提高高純度的硅的收率。二氧化硅原料中的主要金屬雜質(zhì)的含量越少越好，對其沒有特別限定，從獲得的困難性、成本等方面出發(fā)，下限通常為O. 0001質(zhì)量％以上，根據(jù)情況有時為O. 0002質(zhì)量％以上。對本發(fā)明中使用的二氧化硅原料中的硼和磷的含量沒有特別限定，通常分別優(yōu)選為10質(zhì)量ppm (O. 001質(zhì)量％)以下，更優(yōu)選為5質(zhì)量ppm以下,進一步優(yōu)選為I質(zhì)量ppm以下，特別優(yōu)選為O. 5質(zhì)量ppm以下,最優(yōu)選為O. I質(zhì)量ppm以下。通過使二氧化硅原料中的硼和磷的含量在上述范圍，能夠提高由還原得到的粗硅的純度，能夠抑制精制工序中的雜質(zhì)除去中的負荷。并且，能夠提高高純度的硅的收率。二氧化硅原料中的硼和磷的含量越少越好，對下限沒有特別限定，通常為O. 001質(zhì)量ppm以上，根據(jù)情況有時為O. 01質(zhì)量ppm以上。作為切屑中的碳化硅與二氧化硅原料的混合比，優(yōu)選使切屑中的碳化硅/ 二氧化硅原料(質(zhì)量比)為O. 67以上I. 33以下，更優(yōu)選為O. 93以上I. 27以下。作為加熱方法，例如，可以舉出電弧加熱、感應(yīng)加熱、電阻加熱、等離子體加熱和電子束加熱等。其中，從工業(yè)上的設(shè)備成本和運轉(zhuǎn)成本的方面出發(fā)，電弧加熱是有利的，因而優(yōu)選電弧加熱。關(guān)于加熱溫度，若為電弧加熱，通常優(yōu)選為2000°C 3000°C，若為其他加熱方法，通常優(yōu)選為1800°C 2500°C。關(guān)于最高溫度下的加熱時間，在分批處理的情況下，優(yōu)選為O. 5小時 10小時?！仓瞥稍匣旌戏鄣墓ば?SI)〕如圖I(A)所示，本發(fā)明的硅的回收方法和制造方法優(yōu)選包括將包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而形成原料混合粉的工序(SI)，并對該原料混合粉進行加熱。通過預(yù)先將包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而形成原料混合粉，能夠抑制爐內(nèi)的偏析(防止粒度或密度不同的材料的組成分布不均)?！矊⒃匣旌戏蹓褐瞥蓧K的工序(SI’)〕本發(fā)明的硅的回收方法和制造方法中，在包括將包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而形成原料混合粉的工序(SI)的情況下，如圖I(B)所示，優(yōu)選在工序(SI’)中將工序(SI)中制作的原料混合粉壓制成塊(固態(tài)化)，并在工序(S2)中對該壓制成塊的原料混合粉進行加熱。使用電弧爐作為制造硅的爐時，在電極前端的放出電弧的部位產(chǎn)生的SiO氣體和CO氣體等向爐上部噴射。因此，若投入粉狀的原料，則粉末伴隨這些氣體而向爐外噴出，或者可能堵塞煙囪。因此，從原料的操作性的方面出發(fā)，特別是在使用電弧爐的情況下，優(yōu)選經(jīng)過將原料混合粉壓制成塊的工序(SI’ )后進行工序(S2)。對壓制成塊的方法沒有特別限定，可以僅對包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料的原料混合粉施加壓力，也可以在向該原料混合粉中進一步加入粘結(jié)劑后施加壓力。作為上述粘結(jié)劑，優(yōu)選通過加熱而碳化的熱強度高的樹脂，例如，可以舉出酚醛樹脂和聚乙烯醇等。<硅的回收方法和制造方法>根據(jù)包括對上述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序
(S2)的硅的回收方法和制造方法，能夠得到高純度的硅。本發(fā)明中得到的硅的主要金屬雜質(zhì)的含量均優(yōu)選為O. 5質(zhì)量％(5000質(zhì)量ppm)以下,更優(yōu)選為O. I質(zhì)量％以下，進一步優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以下，特別優(yōu)選為O. 001質(zhì)量％以下。并且，利用本發(fā)明的回收方法和制造方法得到的硅中的鐵、鋁、鈣和鈦的總含量優(yōu)選為O. 5質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為O. I質(zhì)量％以下，進一步優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以下，特別優(yōu)選為O. 002質(zhì)量％以下。并且，主要金屬雜質(zhì)含量越少越好，對下限沒有特別限定，從存在不可避免的雜質(zhì)的方面出發(fā)，下限通常為O. 00001質(zhì)量％(0. I質(zhì)量ppm)以上，根據(jù)情況有時為O. 00002質(zhì)量％(0.2質(zhì)量ppm)以上。需要說明的是，對利用本發(fā)明的回收方法和制造方法得到的硅中的硼和磷的含量·沒有特別限定，通常分別優(yōu)選為10質(zhì)量ppm(0.001質(zhì)量％)以下，更優(yōu)選為5質(zhì)量ppm以下，進一步優(yōu)選為I質(zhì)量ppm以下,特別優(yōu)選為O. 5質(zhì)量ppm以下,最優(yōu)選為O. I質(zhì)量ppm以下。利用本發(fā)明的回收方法和制造方法得到的硅中的硼和磷的含量越少越好，對下限沒有特別限定，通常為O. 001質(zhì)量ppm以上，根據(jù)情況有時為O. 01質(zhì)量ppm以上。以下，利用附圖對本發(fā)明的硅的回收方法和制造方法進行詳細說明，但該說明為本發(fā)明的實施方式的一例，只要不超過其主旨，則本發(fā)明不限定于以下內(nèi)容。首先，對將包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料、以及必要時的碳材料作為硅制造用原料來進行還原反應(yīng)時在電弧爐內(nèi)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)進行說明。圖2是用于說明電弧爐內(nèi)的二氧化硅的還原反應(yīng)的圖，該圖著眼于一根電極前端部分。圖2的展示中，省略了內(nèi)襯和耐火層等電弧爐的詳細內(nèi)容。如圖2所示，在電弧爐的內(nèi)部，電極40的前端插入在包含二氧化硅原料和碳化硅的原料混合粉的內(nèi)部。即，在圖示的本發(fā)明的一個實施方式的硅的制造方法中，采用所謂的埋弧方式。并且，在電弧爐的運轉(zhuǎn)中，在原料50的電極40前端附近存在混雜有SiO和CO的層82，另外，在層82的下方，作為爐內(nèi)的碳還原反應(yīng)的結(jié)果而得到的Si形成并積存了液層84。在電弧爐內(nèi)，在圖2中以A表示的附近存在上部低溫區(qū)域，在圖2中以B表示的附近存在下部高溫區(qū)域，認為各個區(qū)域中優(yōu)先發(fā)生不同的反應(yīng)。S卩，在上部低溫區(qū)域A，認為優(yōu)先發(fā)生下述反應(yīng)式(I)或(2)表示的反應(yīng)。但是，在僅使用切屑和二氧化硅原料而不使用碳材料的情況下，反應(yīng)式(I)的反應(yīng)受到來自石墨電極和石墨內(nèi)襯的碳供給量的限制。SiO(g) + 2C — SiC + C0(g) · · · (I)2Si0(g) — Si + SiO2 · · · (2)在上述反應(yīng)式(I)和(2)表示的反應(yīng)中，認為特別是最優(yōu)先產(chǎn)生反應(yīng)式(I)所涉及的反應(yīng)，在上部低溫區(qū)域A中，產(chǎn)生大量SiC。另一方面，在下部高溫區(qū)域B中，認為優(yōu)先產(chǎn)生下述反應(yīng)式(3) (5)表示的反應(yīng)。但是，在僅使用切屑和二氧化硅原料而不使用碳材料的情況下，(3)的反應(yīng)受到來自石墨電極和石墨內(nèi)襯的碳供給量的限制。 SiO2 + C — SiO (g) + CO (g) · · · (3)SiO (g) + SiC — 2Si + CO (g) · · · (4)SiO2 + SiC — Si + SiO(g) + C0(g) · · · (5)在上述反應(yīng)式(3) (5)表示的反應(yīng)中，認為特別是最優(yōu)先產(chǎn)生反應(yīng)式(4)所涉及的反應(yīng)。例如，通過在上部低溫區(qū)域A生成的碳化硅和氣體氧化硅的反應(yīng)，從而生成硅。對上述反應(yīng)式進行歸納,在二氧化娃原料的碳還原反應(yīng)中，通過下述反應(yīng)式(6)所涉及的反應(yīng)而生成硅。SiO2 + 2C — Si + 2C0(g) · · · (6)另一方面，在僅使用切屑和二氧化硅原料的混合粉而不使用碳材料的情況下，由混合粉中的碳化硅生成硅時通過將反應(yīng)式(4)和(5)表示的反應(yīng)歸納所得的下述反應(yīng)式
(7)所涉及的反應(yīng)而產(chǎn)生。SiO2 + 2SiC — 3Si + 2C0(g) · · · (7)在使用包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料的情況下，碳化硅通過(4)或(5)的反應(yīng)而獲取硅。與通常的二氧化硅原料和碳材料的還原相比，至少不存在(I)的反應(yīng)，并且硅粉基本上不因反應(yīng)而吸熱，在消耗能量和成品率的方面有利。以下，對該硅的制造裝置進行說明，對使用了該制造裝置的硅的制造方法進行說明。<硅的制造裝置200 >圖3是用于說明硅的制造裝置200的示意圖。如圖3所示，硅制造裝置200具備內(nèi)部具有電極40的電弧爐100、使流入電弧爐100的電極的電流穩(wěn)定化的功率調(diào)節(jié)裝置88以及設(shè)置于電極40與功率調(diào)節(jié)裝置88之間的變壓器86。在電弧爐100的爐內(nèi)，作為硅制造用原料50，填充有包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料，電極40的前端埋沒在此處。電極40、功率調(diào)節(jié)裝置88和變壓器86被電連接。圖3的展示中，省略了其他配線等。(電弧爐100)電弧爐100優(yōu)選使爐內(nèi)徑為700mm以上7000mm以下。電弧爐100的內(nèi)部設(shè)置有至少一個電極40，該電極40的前端埋沒在原料50中，為所謂的埋弧方式。
(變壓器86)本發(fā)明的制造裝置200中設(shè)置有變壓器86。變壓器86連接在功率調(diào)節(jié)裝置88與電弧爐100之間，起到爐用變壓器的功能。變壓器86可以沒有特別限定地使用現(xiàn)有的變壓器，但優(yōu)選使用允許電流大的變壓器。具體地說，優(yōu)選使用允許電流為1100A (IOOkW操作爐) 105，000A (20, OOOkW操
作爐)的變壓器。特別是，優(yōu)選利用變壓器86的容量為電弧爐100的運轉(zhuǎn)輸出功率的I. 5倍以上的變壓器86進行變壓。S卩，若運轉(zhuǎn)輸出功率為P(kW)，則變壓器容量優(yōu)選為1.5P(kVA)以上，更優(yōu)選為2P(kVA)以上，進一步優(yōu)選為3P(kVA)以上。由此，即使在某種程度的大電流流入變壓器86的情況下，變壓器86也不停止，并且能夠不使制造裝置200整體停止而進行連續(xù)運轉(zhuǎn)。關(guān)于變壓器86與功率調(diào)節(jié)裝置88和電極40的連接方法，在制造裝置200中，只·要是能夠適當(dāng)?shù)刈儔旱男螒B(tài)則沒有特別限定。例如，可以為與開弧爐中使用的形態(tài)相同的形態(tài)。除了上述構(gòu)成之外，制造裝置200中還具備電容器、均壓器、配電盤和電源變壓器等，能夠向電弧爐100通電。對其他的形態(tài)沒有特別限定，可以適用與以往相同的形態(tài)。<硅的制造方法的具體例>以下，對使用了上述制造裝置200的硅的制造方法的具體例進行說明。圖4中示出該具體例的各工序，如圖4所示，該具體的硅的制造方法具有爐內(nèi)安裝(工序S10)、通電(工序S20)、放液(工序S30)的各工序，在爐的運轉(zhuǎn)停止后進行爐內(nèi)的清理操作等。(工序S10)工序SlO為下述工序安裝電弧爐100的電極40，向爐內(nèi)投入原料并填充原料50，將爐內(nèi)安裝成能夠制造硅的狀態(tài)。作為原料50，使用上述原料混合粉或壓制成塊的原料混合粉。并且，優(yōu)選電極40的電極前端埋沒在原料50中，為所謂的埋弧方式。(工序S20)工序S20為下述工序在爐內(nèi)安裝完成后，將電弧爐100通電，通過電弧放電對爐內(nèi)進行加熱。此處，對通過電弧放電所加熱的爐內(nèi)溫度沒有限定，只要能夠利用電弧放電進行即可。此時，流入電弧爐100的電流量被設(shè)置于電弧爐100的外部的功率調(diào)節(jié)裝置88所調(diào)節(jié)并穩(wěn)定化。由此，即使在原料50內(nèi)部的反應(yīng)進行，爐內(nèi)蓄積的碳化硅與電極40接觸而可能發(fā)生短路的情況下，也能夠抑制電極40和其他裝置中產(chǎn)生的電流的劇烈偏差(以下，稱為電流波動)，能夠連續(xù)運轉(zhuǎn)而不停止制造裝置200。另一方面，工序S20中，優(yōu)選以電弧爐100的爐床功率密度ro(W/cm2)為90W/cm2以上的方式運轉(zhuǎn)電弧爐。由此，能夠有效地制造高純度的硅，并且，抑制爐內(nèi)的碳化硅的生成，能夠連續(xù)運轉(zhuǎn)而不停止制造裝置200。(工序S30)在電弧爐100內(nèi)通過碳還原而生成的硅以液態(tài)緩慢地積存在爐底。工序S30為下述工序使這樣的液態(tài)的硅從設(shè)置于爐底部側(cè)面的放液口流出從而將其取出。通過從放液口取出硅，爐內(nèi)的原料50緩慢地減少。本發(fā)明中，例如，根據(jù)該原料50的減少而重新由爐上部投入包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料或者將它們壓制成塊的原料，由此連續(xù)地進行碳還原反應(yīng)。
這樣，經(jīng)過工序SlO S30，利用還原反應(yīng)由上述硅制造用原料中取出硅。硅可以以液態(tài)取出，也可以冷卻后作為固體而取出，但通常作為固體取出。在停止硅的制造的情況下，之后，進行爐內(nèi)的清理操作等。上述硅的制造方法為高純度的硅的制造方法，其基于使用了高純度的原料的還原反應(yīng)，該方法能夠消除因使用高純度原料所導(dǎo)致的短路等問題，能夠連續(xù)地制造硅。實施例(參考例I)利用感應(yīng)加熱爐在氬氣氣氛下以2，000°C將二氧化硅粉和碳化硅磨粒的混合粉末加熱2小時。進料組成和加熱后的組成示于表I和2。如表I和2所示，二氧化硅粉和碳化硅粉的重量減少，生成了硅。(參考例2) 與實施例I同樣地進行二氧化硅粉和碳化硅粉的混合粉末的加熱。進料組成和加熱后的組成示于表I和2。如表I和2所示，二氧化硅粉和碳化硅粉的重量減少，生成了硅。(參考例3)在包含二氧化硅粉和碳化硅磨粒的硅的切削粉中混合二氧化硅粉，制成混合粉末，進行該混合粉末的加熱。加熱與實施例I同樣地進行?；旌戏勰┑慕M成和加熱后的生成物的組成示于表I和2。如表I和2所示，二氧化硅粉和碳化硅粉的重量減少，硅的重量也減少。硅的重量的減少是因為由二氧化硅與硅的反應(yīng)生成的SiO揮發(fā)了。需要說明的是，由碳化娃的重量減少可知，發(fā)生了 SiC + SiO2 — 2Si0 + CO,如上述式(5)所示發(fā)生了對硅生成重要的SiO的生成。因此認為，若在以下的實施例I那樣的可抑制SiO的揮發(fā)的條件下進行實驗，則由SiC生成硅，硅量增加。(實施例I)將碳化硅磨粒和二氧化硅粉混合而制成混合粉末，將該混合粉末壓制成塊并投入電弧爐，加熱8小時而制造硅?；旌戏勰┑慕M成和放液硅的組成示于表I和2。并且，二氧化硅粉、精制硅切削粉(碳化硅粉)、所生成的硅的雜質(zhì)量示于表3。(實施例2)對包含碳化硅磨粒的硅切削粉進行精制，用約30小時將精制物與二氧化硅塊投入電弧爐中，制造硅。對于包含碳化硅磨粒的硅切削粉，用酸對分離切削液而得到的切屑進行清洗，制成包含碳化硅磨粒的硅切削粉。投入原料的組成和放液硅的組成示于表I和2。并且，投入原料和所生成的硅的雜質(zhì)量示于表3。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種娃的回收方法,該方法為由娃錠或娃晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化娃的切屑來回收硅的方法，該方法包括對該包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序。
2.如權(quán)利要求I所述的硅的回收方法，該方法包括將所述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而制成原料混合粉的工序，該方法中，對該原料混合粉進行加熱從而制造硅。
3.如權(quán)利要求2所述的硅的回收方法，該方法還包括將所述原料混合粉壓制成塊的工序，該方法中，對該壓制成塊的原料混合粉進行加熱從而制造硅。
4.如權(quán)利要求I 3的任一項所述的硅的回收方法，其中，所述包含碳化硅的切屑中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。
5.如權(quán)利要求I 4的任一項所述的硅的回收方法，其中，所述包含碳化硅的切屑中的硼和磷的含量均為O. OOl質(zhì)量％以下。
6.如權(quán)利要求I 5的任一項所述的硅的回收方法，其中，所述二氧化硅原料中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。
7.如權(quán)利要求I 6的任一項所述的硅的回收方法，其中，所述二氧化硅原料中的硼和磷的含量均為O. 001質(zhì)量％以下。
8.如權(quán)利要求I 7的任一項所述的硅的回收方法，其中，所述包含碳化硅的切屑中的硅與碳化硅的比例以質(zhì)量比計為5 :95 95 :5。
9.一種硅的制造方法，該方法為由硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑來回收硅從而制造硅的方法， 該方法包括對所述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序。
10.如權(quán)利要求9所述的硅的制造方法，該方法包括將所述包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料混合而制成原料混合粉的工序，該方法中，對該原料混合粉進行加熱從而制造硅。
11.如權(quán)利要求10所述的硅的制造方法，該方法還包括將所述原料混合粉壓制成塊的工序，該方法中，對該壓制成塊的原料混合粉進行加熱從而制造硅。
12.如權(quán)利要求9 11的任一項所述的硅的制造方法，其中，所述包含碳化硅的切屑中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。
13.如權(quán)利要求9 12的任一項所述的硅的制造方法，其中，所述包含碳化硅的切屑中的硼和磷的含量均為O. 001質(zhì)量％以下。
14.如權(quán)利要求9 13的任一項所述的硅的制造方法，其中，所述二氧化硅原料中的鐵、鋁、鈣和鈦的含量均為O. I質(zhì)量％以下。
15.如權(quán)利要求9 14的任一項所述的硅的制造方法，其中，所述二氧化硅原料中的硼和磷的含量均為O. 001質(zhì)量％以下。
16.如權(quán)利要求9 15的任一項所述的娃的制造方法,其中，所述切屑中的娃與碳化娃的比例以質(zhì)量比計為5 95 95 :5。
全文摘要
本發(fā)明提供硅的回收或制造方法，該方法以包含碳化硅磨粒和硅的切削屑作為原料，不對其進行分離就能夠回收或制造硅。本發(fā)明提供硅的回收或制造方法，該方法為由硅錠或硅晶片在切削或磨削時產(chǎn)生的包含碳化硅的切屑來回收或制造硅的方法，該方法包括對該包含碳化硅的切屑和二氧化硅原料進行加熱從而制造硅的工序。
文檔編號C01B33/023GK102917980SQ20118001299
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者山原圭二, 片山利昭, 橋口正, 白濱利基, 澤井毅 申請人:三菱化學(xué)株式會社