JPS61275122A - 太陽電池級シリコン製造用還元剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明は、太陽電池級シリコンの製造に供する炭素質還
元剤の製造方法、特に高純度炭素質粉末を糖類の水溶液
によって塊成化処理して製造する方法に関する。

〈従来技術とその問題点〉 太陽電池級シリコン（Ｓｏｌａｒ　Ｇｒａｄｅ−！Ｊｉ
、５ＯＧ−Ｓｉと略す）は現在珪石を還元して得た金属
シリコンを塩素化してガス体となし、このガスを精製会
還元する事により製造されているが、製造に要するエネ
ルギーは非常に大きく低コスト化には限界があるといわ
れている。

一方、最近国産の低品位珪砂を５ＯＧ−５ｉ原料となり
うる純度まで精製する技術が確立されつつある。このよ
うにＳｉ０２からシリコンを直接製造する際に、還元剤
として活性炭あるいはカーボンブラック等を高純度化し
た炭素粉を糖類、炭水化物等の結合剤と混合して構成化
して使用している。

西独特許第３０１３３１９号明細書には、５ＯＧ−９ｉ
生成のためのＳｉｎ　２の還元工程に対する高温溶融法
において活性化された炭素を砂糖又はセルロースのよう
な結合剤で石英砂と結合した錠剤の形で使用する方法が
開示され、又特開昭５８−１９０８０９号に記載されて
いるように炭素粉を好ましくはフェノール樹脂で粒状化
し、予め粒状化された高純度ＳｉＯ２と共に高温化で還
元する方法が、開示されている。

又特開昭５２−８８８９５号には、カーボンブラックに
糖類水溶液を混入して造粒する方法、特開昭５５−１３
８１１８号には活性炭及びカーボンブラックと糖、デン
プン、セルロース等の結合剤でペレット化して使用する
方法などが開示されている。

しかしながら、炭素質粉末を塊成化する５ＯＧ−５ｉ製
造用の還元剤を種々検討した結果、還元剤の反応性及び
塊製品の強度の面で炭素質粉末の表面形状が特に重要で
あることを知見した。

表面形状が滑らかすぎる場合反応性が劣りＳｉＯ→Ｓｉ
Ｃ反応が遅くなる。塊成品細孔中へのＳｉＣの侵入速度
が停滞するなどで５ｒＣ−＋Ｓ＋反応が遅くなり５ＯＧ
−５ｉの生成速度が低下する。

また１表面形状が粗らすぎる場合は炭素質粉末の塊成化
時に結合剤の消費量が多くなり、加熱下での熱分解量が
著しく増加する。この結果、熱割れ発生が顕著となり操
業中の微粉の発生増大及び棚つりなどによる操業困難を
引き起こす恐れがある。

〈発明の目的〉 従って、本発明の目的は炭素質粉末の表面形状を適度な
レベルに管理して塊成品に適度な反応性と熱割れ安定性
をもたせることにより安定且つ高生産性をもって太陽電
池級シリコン製造用還元剤の製造方法を提供しようとす
るにある。

〈発明の構成〉 本発明は、炭素質粉末を塊成化して太陽電池級シリコン
製造用の還元剤を製造する方法において１次素質粉末の
比表面積（ｍ″／ｇ）と平均粒径（−）との比がＩ　Ｘ
１Ｇ３〜６　Ｘ１０３　（ｍ／ｇ）　テアル炭素質粉末
を少なくとも１種の糖類の水溶液にて塊成化し、塊成化
した炭素粒を乾燥することを特徴とする太陽電池級シリ
コン製造用還元剤の製造方法を提供するものである。

以下本発明を更に詳細に説明する。

炭素粒をシャフト炉へ装入し、底部からＳｉＯ２を導入
して還元する５ＯＧ−９ｉ製造プロセスでは１粒径ｌＯ
〜２０■、気孔率４５〜５５駕、圧潰強度３ｋｇｆ以上
でさらに高反応性であり生成したＳｉＣが炭素粒中の細
孔に侵入できるよう表面形状が粗である炭素粒が必要と
されている。

このような炭素粒の原料としてはタール蒸留より得られ
るクレオソート油、あるいはエチレンボトムなどを１２
００〜１９００℃の高温火炎中に噴霧して製造するカー
ボンブラックが反応性の他生産性、価格の面で優れてい
るといえる。

カーボンブラックは通常、平均粒径が２０〜１００−１
比表面積が２０〜３００　ｒｎ’／ｇのものが市販され
ている。

ピッチコークスや冶金用コークスと比べて１粒径が小さ
く、且つ比表面積が１０〜１００倍高いのが特徴である
。

しかし粒径性布巾が狭い事１表面活性が低い事などから
塊成化しに〈＜、塊成化しても強度が低い。

しかしながら、カーボンブラックは糖類の水溶液にはな
じみが良好で、例えば庶糖１０〜３０％の水溶液の場合
は皿型造粒機などにて１０〜２０ｍｍに塊成化すること
が可能である。

しかし１本発明者らが知見した結果によると炭素質粉末
の表面形状が粗すぎると塊成品の強度が低下する。

一方、表面形状が滑らかすぎると塊成品の強度は向上す
るものの、反応性が低下してシリコンの生成速度が遅く
なり生産性が低下する傾向がある。

そこで本発明者らは炭素質粉末の表面特性と塊成品強度
及びシリコン生成速度について鋭意検討した結果、炭素
質粉末の表面特性として炭素質粉末の比表面積（ｍ″／
ｇ）と平均粒径（−）との比（ｓ／ｇ）で表わすことが
適しており、更にその値とＬ［Ｉ　Ｘ１０３〜８　Ｘ１
０３　、好ましくは２Ｘ１Ｇ３〜３Ｘ１０３に選択する
のが塊成品の強度及び反応性両面で良好であるとの事実
を見出した。

比表面積と平均粒径との比に対する塊成品強度およびＳ
ｉ生成速度の関係を第１図に示す、第１図は後述する実
施例に基くものである。同図において比表面積と平均粒
径との比（以下Ａ値という）がＩ　Ｘ　１０３　（ｍ／
ｇ）未満では表面の形状が滑らかになりすぎ、ＳｉＯ→
ＳｉＣ及びＳｉＣｑ）炭素粒中への侵入が低下するため
Ｓｉの生産性が劣る。Ａ値が８Ｘ１０３（■／ｇ）をこ
えると塊成化時に使用する結合剤の量が増加し加熱時に
おける結合剤の熱分解に伴なう亀裂生成が顕著となり、
強度が著しく低下する。炭素質粉末の表面特性を示すＡ
値がｌＸ１０３〜６Ｘ１０３〜６×１０３（ｍ／ｇ）の
範囲では塊成品の強度が３ｋｇｆ以上でかつＳｉの生成
速度が２０ｇ／Ｈ以上と良好な結果を示している。

炭素質粉末としては、カーボンブラックが好ましいが、
活性炭や他の炭素質粉末でも前記の表面特性を示すもの
であれば本発明の目的に合う。

この特性を示す炭素質粉末を原料として、糖類の水溶液
で塊成化する。糖類としては、カーボンブラックとのな
じみのよい血糖の他に、血糖と類似の熱分解特性を示す
糖類が適している０例えば、ブドウ糖などの単糖類、麦
芽糖、乳糖などの二糖類、さらにセルロース、ソグニン
などの多糖類にも適用でき、これらの糖類は１種で用い
てもよく、さらに２種以上混合して用いてもよい。

これらの糖類の水溶液により塊成化する際に、塊成化し
た炭素粒の強度を規定するために、糖類の量も重要であ
る。前述の表面特性に対して適する量としてはｌＯ〜３
０ｗｔ＄である。　１０ｗｔＸ未満では乾燥過程で亀裂
発生が起こり強度が低下する。

３０ｗｔ＄を越えるのは経済的ではない。

次に塊成化した炭素粒を乾燥することによって目的の還
元剤を製造する。この乾燥条件としては好ましくは１２
０〜１３０℃で送風乾燥し、炭素粒の水分を８ｗＨ以下
に乾燥する。　８ｗｔ％を越えると炭素粒の強度が低く
、亀裂も発生する。　表面特性を管理した炭素質粉末を
原料として糖類の水溶液で塊成化し、乾燥することによ
り、圧潰強度が高く、Ｓｉの生成速度の良好な炭素粒が
得られる。

更に、乾燥した後に、Ｎ２などの不活性雰囲気中で２８
０〜３２０℃、好ましくは３００℃近傍の温度で加熱処
理することにより、炭素粒の強度がより高くなり、亀裂
が発生せず、５ＯＧ−Ｓｉ製造プロセスの還元剤として
最も適する炭素粒が得られる。

〈実施例〉 比表面積と平均粒径との比Ａ値が０．ｌＸ１０３〜１０
Ｘ　１０３　（＋ｓ／ｇ）の範囲を示すカーボンブラッ
クを３０駕濃度の血糖水溶液を用いて１０００φ鵬■の
皿型造粒機で転勤造粒して血糖を１７ｗｔＸ含有した１
（１〜２０■■の炭素粒を製造した。この時の炭素粒の
含水量は３５〜４’０　％であった。これを１２５℃で
７０分間送風乾燥して水分を８％とした後、マツフル炉
にてＮ２雰囲気下３００℃で８０分間保持した後冷却し
て成品を得た。

成品を１５００℃に保持したタンマン炉に入れ、底部か
らＳｉ０２をＩｇ＃＋ｉｎの速度で吹込み、Ｓｉの製造
実験を行った。

これらの結果を表１に示す、Ａ値がｌＸ１０３（ｍ／ｇ
）未満のものは圧潰強度は５ｋｇＦ以上と高いもののＳ
ｉの生成速度が１５ｇ／Ｈ以下と低い、しかし本発明の
Ａ値がｌＸ１０３〜８Ｘ１０３（濁／１）を示すものは
圧潰強度は３ｋｇｆ以上、Ｓｉ生成速度は２０〜２２ｇ
／）Ｉ　、収率７０〜８０％と良好な結果かえられた。

一方、Ａ値が８　Ｘ　１０３　（Ｗ／ｇ）をこえるもの
の場合、圧潰強度がｌｌｔｇｆ以下に低下し、実験中、
塊成品の棚つりが頻発し、円滑な実験が困難であった。

表　　　１

【図面の簡単な説明】

第１図は炭素質粉末の表面特性（比表面積と平均粒径と
の比）と炭素粒の強度及び還元剤の反応性を表現するＳ
ｉ生成速度の関係を示したグラフである。 なお、曲線（ａ）はＡ値とＳｉ生成速度との関係を示し
１曲線（ｂ）はＡ値と炭素粒の圧積強度との関係を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素質粉末を塊成化して太陽電池級シリコン製造用の還
   元剤を製造する方法において、炭素質粉末の比表面積（
   ｍ＾２／ｇ）と平均粒径（μｍ）との比が１×１０＾３
   〜６×１０＾３（ｍ／ｇ）である炭素質粉末を少なくと
   も１種の糖類の水溶液にて塊成化し、塊成化した炭素粒
   を乾燥することを特徴とする太陽電池級シリコン製造用
   還元剤の製造方法。