JPH10226510A - 金属珪素粉体の予備処理方法 - Google Patents

金属珪素粉体の予備処理方法

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JPH10226510A
JPH10226510A JP3993497A JP3993497A JPH10226510A JP H10226510 A JPH10226510 A JP H10226510A JP 3993497 A JP3993497 A JP 3993497A JP 3993497 A JP3993497 A JP 3993497A JP H10226510 A JPH10226510 A JP H10226510A
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JP
Japan
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silicon powder
metal silicon
copper
sulfuric acid
liter
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Application number
JP3993497A
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English (en)
Inventor
Junzo Nakagawa
淳三 中川
Kazuhide Nishida
一秀 西田
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Toho Zinc Co Ltd
Toho Aen KK
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Toho Zinc Co Ltd
Toho Aen KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シランの合成工程から排出される未反応金属
珪素粉体は銅を多量に含有するものではあるが、金属状
態にあるので、これを化学薬品で処理して太陽電池用シ
リコンの主材料となり得るような高純度の金属珪素とす
ることができれば、低価値のものを高価な商品に変える
ことになるので、極めて好都合である。 【解決手段】 本発明に係る金属珪素粉体の予備処理方
法は、硫酸を含有する水溶液中に金属珪素粉体を入れ、
酸素を供給しながら該金属珪素粉体と該水溶液とを攪拌
・混合することにより該金属珪素粉体の脱銅を行なうも
のである。ここで、前記金属珪素粉体としては、シラン
の合成工程より排出される使用済み銅触媒を含有する金
属珪素粉体を使用することができる。また、前記金属珪
素粉体は予め水洗して含有されている塩素分を除去した
ものが好ましい。硫酸濃度は銅当量分より10〜100
g/リットル過剰、スラリー濃度は100〜500g/
リットル、酸素の供給量は金属珪素粉体1kg当り0.
2〜0.5リットル/分が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池用シリコ
ンの主材料として使用できるような高純度の金属珪素を
得るための金属珪素の精製方法の原料として低純度の金
属珪素、例えばシランの合成工程より排出される金属珪
素を使用できるようにするための金属珪素粉体の予備処
理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリコン樹脂の製造工程では、金属珪素
粉体を用いてシランを合成している。この工程において
は、反応促進用の触媒として銅の粉末等が用いられてい
る。従って、シランの合成工程から排出される未反応金
属珪素粉体中には銅が多量に含有されている。合成する
シランの種類により添加する銅の量が異なり、未反応金
属珪素粉体中の銅含有率もシラン種に対応して種々の値
を示しており、低いもので3重量%、高いものは15重
量%程度である。
【0003】未反応金属珪素粉体中には、銅以外に鉄が
0.8〜3.0重量%程度含まれている。この鉄は金属
珪素塊時点ですでに含まれていた鉄及び金属珪素塊を粉
砕してシランの合成工程に供給する鉄製の粉砕機から混
入した鉄に起因する。
【0004】その他、未反応金属珪素粉体中に含まれて
いる不純物のうち、1重量%未満のものとしては、アル
ミニウムが0.2〜0.5重量%、亜鉛が0.1〜0.
3重量%、カルシウムが0.1〜0.2重量%、ホウ素
が1〜10ppm程度含まれている。また、未反応金属
珪素粉体中には塩素分が0.2〜0.5重量%程度残留
している。なお、金属珪素の純度は75〜90重量%程
度である。
【0005】このような未反応金属珪素粉体のうち、銅
含有率が10重量%以上のものは、銅原料兼造かん剤と
して銅製錬に再利用されている。然し、銅含有率10重
量%未満のものは、銅製錬用途としてはあまり好まれ
ず、大部分が埋立廃棄されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した未
反応金属珪素粉体は金属状態にあるので、これを化学薬
品で処理して太陽電池用シリコンの主材料となり得るよ
うな高純度の金属珪素とすることができれば、低価値の
ものを高価な商品に変えることになるので、極めて好都
合である。
【0007】しかし、この未反応金属珪素粉体は上述し
たように不純物、特に銅含有率が極めて高いので、この
まま直ちに高純度の金属珪素まで化学薬品で精製するこ
とは困難である。
【0008】この発明は高純度の金属珪素を得るための
金属珪素の精製方法の原料として低純度の金属珪素を使
用できるようにする金属珪素粉体の予備処理方法を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者等は、入手し易く且つ取扱い易い硫酸を以
て金属珪素粉体中に含まれるCu等を浸出除去すること
とし、試験を重ねた結果、所定の硫酸濃度(Cu浸出に
要する量+10〜100g/リットル)、所定のスラリ
ー濃度(100〜500g/リットル)及び所定の空気
吹込量(金属珪素粉体1kg当り0.9〜2.7リット
ル/分…O2 換算0.2〜0.5リットル/分)の範囲
で攪拌浸出する技術を確立した。
【0010】ここで、前記金属珪素粉体としては、例え
ばシランの合成工程より排出される使用済み銅触媒を含
有する金属珪素粉体を使用することができるが、不純物
濃度が同程度のものであれば、これ以外の金属珪素を使
用してもよい。また、銅を浸出した前記水溶液は亜鉛精
練工程で硫酸銅源として使用してもよい。前記水溶液を
このような用途に使用する場合は予め金属珪素粉体を水
洗して脱塩素処理を施しておくのが好ましい。
【0011】硫酸濃度:硫酸は金属珪素粉体中のCuと
反応して浸出を行なう為の主要薬剤である。銅の浸出反
応式を簡略的に示せば、 Cu°+H2 SO4 →CuSO4 +H2 ↑ である。この浸出反応に於いて過剰の硫酸量10g/リ
ットル未満では浸出率が低いので、少なくとも硫酸量1
0g/リットルが好ましい。硫酸濃度の上昇につれて銅
の浸出率も向上するが、100g/リットルを超えた場
合は浸出率がほゞ一定となり、浸出率の向上はない。従
って、設備の耐食性、作業の安全性等を考慮すれば、過
剰硫酸量の上限としては100g/リットルが好ましい
が、100g/リットルを超えてもよい。
【0012】スラリー濃度:攪拌浸出反応を行なうとき
スラリー濃度が低い方が浸出率は良好であり、高い程悪
くなる。500g/リットルを超えると浸出率は極端に
悪化するので、スラリー濃度の上限は500g/リット
ルである。一方、スラリーが低濃度になるにつれて浸出
率は向上するが、100g/リットル未満ではほゞ一定
になる。従って、生産性を考慮すると、スラリー濃度の
下限は100g/リットルが好ましいが、100g/リ
ットル未満になってもよい。。
【0013】酸素供給量:銅は比較的貴なる金属であ
り、金属銅分を硫酸で浸出する場合、単に硫酸の水溶液
で浸出しようとしても、浸出率はあまり良くない。従っ
て、反応助剤(酸化剤)として例えば空気(O2 )を吹
込むこと等により、金属銅の酸化を促進し、浸出率を良
好ならしめる必要がある。空気吹込時の金属銅分の浸出
反応式を簡略的に示せば、 Cu°+1/2O2 +H2 SO4 →CuSO4 +H2 O である。
【0014】この浸出反応に於いて、酸素供給量は金属
珪素粉体1kg当り、O2 換算で0.2リットル/分未
満では浸出率が悪いので、下限は0.2リットル/分で
ある。酸素供給量の増加につれて浸出率は上昇するが、
0.5リットル/分以上ではほゞ一定となるので、上限
は0.5リットル/分が好ましいが、0.5リットル/
分を超えてもよい。なお、本発明では純酸素を吹き込む
場合のみならず、空気等の酸素を含むガスを吹き込む場
合も含む。
【0015】脱塩素処理:湿式亜鉛精錬においてF,C
l等は工程異常を発生させる。よって、溶解した銅を有
効に亜鉛精錬工程に利用するには、銅を溶解した液中に
塩素ができるだけ少ないことが要求される。このため、
銅を溶解させる以前に塩素を除去するという前処理の脱
塩素が必要である。本発明では金属珪素粉体を水洗・濾
過することによりこの脱塩素を行なっている。
【0016】なお、この方法によって得られた金属珪素
粉体は更に純度の高い金属珪素粉体を得るための原料と
して使用することができるが、この金属珪素粉体の用途
はこれに限定されるものではなく、マグネシウム精練の
還元剤、窒化珪素や炭化珪素の原料、その他、その純度
に見合った通常の用途に使用することができることはも
ちろんである。
【0017】
【実施例】
実施例1 図1に示すような機械攪拌式の浸出装置を用い、表1に
示すように、 ・金属珪素粉体 1kg ・スラリー濃度 300g/リットル ・酸素供給量 O2 ガス換算0.38リットル/分 の条件で、銅の浸出相当分よりも過剰量の硫酸を5〜1
30g/リットルの数水準に変化させ、3時間の攪拌浸
出を行なった。攪拌浸出時の液温は特に調整しなかった
が、およそ50〜60℃程度であった。そして、スラリ
ー中の金属珪素粉体を濾別、水洗し、乾燥させた。
【0018】次に、得られた金属珪素粉体中の銅を分析
したところ、表1及び図2に示す通りであった。この結
果から明らかなように、過剰量の硫酸が10g/リット
ル未満では銅の浸出除去が不十分であることがわかる。
また、過剰量の硫酸が100g/リットルを超えても更
なる浸出除去率の向上はなく、残留銅の含有率が一定に
なることがわかる。
【0019】なお、図1において、1は金属珪素粉体と
硫酸水溶液とからなるスラリー、2はこのスラリー1を
入れている5リットルのビーカー、3はスラリー1を攪
拌する攪拌機、4はスラリー1内に挿入されたガラス
管、5はガラス管4の先端部に取り付けられたボール式
ガラス濾過器である。
【0020】実施例2 図1に示すような機械攪拌式の浸出装置を用いて、表1
に示すように、 ・銅の浸出相当分よりも過剰量の硫酸 30g/リットル ・酸素供給量 O2 ガス換算で0.38リットル/分 の条件にて、金属珪素粉体のスラリー濃度を50〜55
0g/リットルの数水準に変化させ、3時間の攪拌浸出
を行なった。攪拌浸出時の液温は特に調整しなかった
が、およそ50〜60℃程度であった。そして、スラリ
ー中の金属珪素粉体を濾別、水洗し、乾燥させた。
【0021】次に、得られた金属珪素粉体中の銅を分析
したところ、表1及び図3に示す通りであった。この結
果から明らかなように、スラリー濃度500g/リット
ル以上では銅の浸出除去が悪いことがわかる。また、ス
ラリー濃度が低い程、浸出率は上昇するが、100g/
リットル以下では浸出除去の度合が一定になることがわ
かる。
【0022】実施例3 図1に示すような機械攪拌式の浸出装置を用いて、表1
に示すように、 ・金属珪素粉体 1kg ・スラリー濃度 300g/リットル ・銅浸出相当分よりも過剰量の硫酸 30g/リットル の条件にて、酸素供給量をO2 換算で0.15〜0.6
リットル/分の数水準に変化させ、3時間の攪拌浸出を
行なった。攪拌浸出時の液温は特に調整しなかったが、
およそ50〜60℃程度であった。そして、スラリー中
の金属珪素粉体を濾別、水洗し、乾燥させた。
【0023】次に、得られた金属珪素粉体中の銅を分析
したところ、表1及び図4に示す通りであった。この結
果から明らかなように、金属珪素粉体1kg当り0.2
リットル/分未満の酸素供給量(O2 ガス換算)では銅
の浸出除去が不十分であることがわかる。また、銅の浸
出除去率は酸素供給量の増加とともに上昇して行くが、
2 ガス換算0.5リットル/分以上では一定になるこ
とがわかる。
【0024】
【発明の効果】本発明は、銅その他の不純物を多量に含
有する低純度の金属珪素粉体、例えばシランの合成工程
より排出される使用済み銅触媒を含有する金属珪素粉体
から銅その他の不純物をかなりの程度除去することがで
きるので、このような低純度の金属珪素粉体を高純度金
属珪素粉体を得るための原料として再生することができ
るという効果がある。
【0025】また、本発明は、金属珪素粉体から除去さ
れた銅成分を亜鉛精練工程において使用されている硫酸
銅の代替品として使用することにより、廃棄物となるべ
きものの付加価値を高めることができ、結果として金属
珪素粉体の精製コストを低下させることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用する攪拌装置の説明図である。
【図2】過剰硫酸量と浸出処理された金属珪素粉体中の
銅含有率との関係を示すグラフである。
【図3】スラリー濃度と浸出処理された金属珪素粉体中
の銅含有率との関係を示すグラフである。
【図4】金属珪素粉体1kg当りの酸素供給量と浸出処
理された金属珪素粉体中の銅含有率との関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1 スラリー 2 ビーカー 3 攪拌機 4 ガラス管 5 ボール式ガラス濾過器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸を含有する水溶液中に金属珪素粉体
    を入れ、酸素(空気に含有される場合を含む)を供給し
    ながら該金属珪素粉体と該水溶液とを攪拌・混合するこ
    とにより該金属珪素粉体の脱銅を行なうことを特徴とす
    る金属珪素粉体の予備処理方法。
  2. 【請求項2】 前記金属珪素粉体が、シランの合成工程
    より排出される使用済み銅触媒を含有する金属珪素粉体
    であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記金属珪素粉体を予め水洗して含有さ
    れている塩素分を除去してから前記脱銅を行なうことを
    特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記脱銅によって銅を含有することとと
    なった前記水溶液を亜鉛精練工程で硫酸銅源として使用
    することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
    方法。
  5. 【請求項5】 前記水溶液中の硫酸濃度が銅当量分より
    10〜100g/リットル過剰であることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記金属珪素粉体のスラリー濃度が10
    0〜500g/リットルであることを特徴とする請求項
    1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記酸素の供給量がO2 換算で金属珪素
    粉体1kg当り0.2〜0.5リットル/分であること
    を特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
JP3993497A 1997-02-07 1997-02-07 金属珪素粉体の予備処理方法 Pending JPH10226510A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102363528A (zh) * 2011-06-30 2012-02-29 常州天合光能有限公司 冷离子太阳能级多晶硅料的提纯方法及其设备
CN110899219A (zh) * 2018-09-18 2020-03-24 3S韩国株式会社 硅基粉末的杂质的洗涤装置以及方法

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