高纯度硅的制造方法技术

本发明专利技术提供一种高纯度硅的制造方法，在利用锌还原法由四氯化硅制造硅时，对副生的氯化锌进行有效的处理，从而比较廉价地制造高纯度硅。本发明专利技术的高纯度硅的制造方法的特征在于，包括如下步骤：（１）使金属硅和氯化氢气体进行反应的步骤；（２）对所获得的反应生成物进行蒸馏而获得四氯化硅的步骤；（３）使所获得的四氯化硅和锌气体进行气相反应而生成高纯度硅的步骤；（４）使副生的氯化锌和氢气进行反应的步骤；以及（５）从所获得的反应生成物中分离回收锌和氯化氢的步骤，将所述步骤（５）中经分离回收的锌用作所述步骤（３）中锌气体的原料，且将所述步骤（５）中经分离回收的氯化氢用作所述步骤（１）中氯化氢气体的原料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。更详细而言，本专利技术所涉及的 是在利用锌还原法由四氯化硅制造硅时，使用氢气将副生的(by-produced)氯化锌还原并分离回收锌及氯化氢，其中的锌用于和四 氯化硅进行反应，氯化氢用于制造四氯化硅。
技术介绍
近年来，为了防止地球温暖化，对被视作温暖化原因物质之一的二氧 化碳的排放量的降低要求日渐提高。因此，火力发电站的建设也变困难， 太阳光发电作为新的适应电力需求的技术而倍受关注。太阳光发电是使用具有硅的太阳电池，由太阳光获得电。太阳电池用 硅主要是使用半导体用硅的非标准品，今后，如果太阳光发电设备普及， 使得太阳电池的需求也飞跃增加，则硅的供给量可能会不足。因此，必需另外进行和半导体用硅的制造所不同的太阳电池用硅的制 造。其方法之一是，提出了利用锌还原法由四氯化硅来制造硅的方法，但 此时副生的大量氯化锌的处理成为问题。为了解决所述问题，提出了如下方法，即，通过使副生的氯化锌电解 而回收锌和氯，其中的锌用作四氯化硅的还原用原料，且氯制成氯化氬并 在制造四氯化硅时使用(例如，参照专利文献l)。但是，此方法会使设备 变得大型而需要巨大的投资，因此具有导致硅成本增高的问题。专利文献1:日本专利特开平11-92130号公报
技术实现思路
本专利技术的课题是提供一种，在利用锌还原法由四 氯化硅制造硅时，对副生的氯化锌进行有效的处理，从而比较廉价地制造 高纯度硅。本专利技术者等人为了解决所述问题而反复进行了努力研究。其结果发现， 在通过四氯化硅与锌气体的气相反应来制造高纯度硅时，使副生的氯化锌 和氢气进行反应，并分离回收锌及氯化氢，其中所回收的锌用于再次和四 氯化硅进行气相反应，所回收的氯化氢用于和金属硅反应而制造四氯化硅， 这样可解决所述问题，从而完成了由以下构成所组成的本专利技术。一种，其特征在于，包括如下步骤(1 )使金属硅和氯化氢气体进行反应的步骤；(2) 对所述步骤(1 )获得的反应生成物进行蒸馏而获得四氯化硅的步骤；(3) 在温度为800°C ~ 1200。C的反应炉内，使所述步骤(2)获得的四 氯化硅和锌气体进行气相反应而生成高纯度硅的步骤；(4) 使所述步骤(3)中副生的氯化锌和氢气进行反应的步骤；以及(5 )从所述步骤(4 )获得的反应生成物中分离回收锌和氯化氢的步骤，将所述步骤(5)中经分离回收的锌用作供所述步骤(3)的反应的锌 气体的原料，且将所述步骤(5 )中经分离回收的氯化氢用作供所述步骤(1 ) 的反应的氯化氢气体的原料。根据所述中记载的，其特征在于，供所述步 骤(4)的反应的氯化锌是430。C 90(TC的氯化锌气体。根据所述或中记载的，其特征在于，所述 步骤(4)中氯化锌和氢气的反应是在700°C ~ 1500。C的温度下进行的。根据所述 ~ 中任一项所记载的，其特征在 于，在所述步骤(5)中，待所述步骤(4)中获得的反应生成物冷却到小 于等于5CTC之后，锌以粉体锌状态被分离回收，氯化氢经水吸收而被分离 回收。根据所述至中任一项所记载的，其特征在 于，在所述步骤(5)中，还包括分离回收未反应的氬气，并将所述未反应 的氢气用作供所述步骤(4)的反应的氢气。根据所述至中任一项所记载的，其特征在 于，在所述步骤(2)中，分离回收所述步骤(1)中副生的氢气，并将所 述副生氢气用作供所述步骤(4)的反应的氢气。根据所述至中任一项所记载的，其特征在 于，将所述步骤(3)中排出的反应气体冷却到小于等于732。C的温度，从 而将以液体状态从所述反应气体中分离回收的氯化锌提供给所述步骤(4 )， 将以粉体锌状态从所述反应气体中分离回收的锌用作供所述步骤(3)的锌 气体的原料，并且将从所述反应气体中分离回收的四氯化硅用作供所述步 骤(3)的四氯化硅。根据本专利技术，在利用锌还原法由四氯化硅制造硅时使副生的氯化锌直 接和氢气进行反应，这样，可以在不使用需要巨大投资的熔融盐电解之类 的大型设备的情况下，分别分离回收锌及氯化氢，因此可以比较廉价且有 效地制造高纯度硅。附图说明图1是表示本专利技术的的流程图。图2是在本专利技术的制造方法中，使氯化锌和氢气进行反应的装置的一 例示的模式图。图3是在本专利技术的制造方法中，间歇地提供氯化锌来和氢气进行反应 的装置的一例示的模式图。1:反应器2:熔融蒸发部3:石英制蒸发器4:载气供给部5:反应部6:氢气供给部7:冷却部(空气冷却)8:集尘器9:过滤器10:氯化氢气体吸收器11:氯化锌气体入口12:生成锌接受器13温度计保护管具体实施方式以下，对本专利技术的进行详细说明。另外，本专利技术的高纯度硅是指可以用作太阳电池用硅的原料的纯度大于等于99.99%、优 选纯度大于等于99.999%的硅。图1是表示本专利技术的的流程图。如图1所示，本 专利技术的包括如下步骤(l)氯化步骤，使成为原料的 金属硅和氯化氢气体进行反应；(2)蒸馏步骤，从所述步骤(1)获得的反 应生成物中分离纯化四氯化硅；(3)锌还原步骤，使所述步骤(2)获得的 四氯化硅和锌气体进行气相反应，生成高纯度硅；(4)氢还原步骤，使所 述步骤(3)中副生的氯化锌和氢气进行反应；以及(5)分离步骤，从所 述步骤(4)获得的反应生成物中分离回收锌及氯化氢。以下，对各步骤进 行说明。(1 )氯化步骤在此步骤中，使成为原料的粗制金属硅和氯化氢气体进行反应，生成 四氯化硅。金属硅和氯化氢气体的反应可以使用众所周知的方法来进行。 具体而言，可以在温度优选250°C ~ 1000°C、更优选300°C 80(TC的反应 器内，通过金属硅和氯化氢气体的流化床反应(fluid bed reaction )来进行。 另外，本步骤(l)中，如下述反应式所示，生成四氯化硅，并且也副生出 三氯硅烷及氢气，温度越高，则四氯化硅的比率越高。Si + 3HC1—SiHCl3 + H2Si + 4HC1—SiCl4 + 2H2供本步骤(1 )的反应的金属硅并无特别限定，例如，可以使用硅纯度 为75% ~ 95%的铁硅齐(ferrosilicon )或者硅纯度大于等于95%的金属硅等。而且，供本步骤(1)的反应的氯化氢气体并无特别限定，可以将下述分离步骤(5)中回收的氯化氢用作原料的一部分或全部。(2) 蒸馏步骤在此步骤中，对含有三氯硅烷、四氯化硅及氢气的所述步骤(1)的反 应生成物进行蒸馏，以去除三氯硅烷及氢气等，并分离纯化四氯化硅。另 外，对于所述步骤(l)中副生的氢气，可另外经分离回收后，用作供下述 氢还原步骤(4)的反应的氢气，而且，三氯硅烷可以用作氢还原反应的所 谓西门子(Siemens)法等的原料。所述蒸馏可使用众所周知的方法及条件来进行。具体而言，利用冷凝 器将反应生成气体冷凝，分离出氢气，并使冷凝液通过蒸馏塔，利用蒸发 缸进行加热，这样，可以从塔顶取出三氯硅烷，从塔底取出四氯化硅。进 一步，对三氯硅烷及四氯化硅分别反复地进行蒸馏，由此可实现各自的高 纯度化。(3) 锌还原步骤在此步骤中，利用锌来使所述蒸馏步骤(2)中经分离纯化的四氯化硅 还原，生成高纯度硅。还原是可以通过四氯化硅气体和锌气体的气相反应 而以众所周知的设备及条件来进行的。具体而言，可以在温度800°C ~ 1，200°C、优选900°C ~ 1100。C的反应炉内，通过使四氯化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯度硅的制造方法，其特征在于其包括如下步骤：　　　　使金属硅和氯化氢气体进行反应的第一步骤；　　　　对所述第一步骤获得的反应生成物进行蒸馏而获得四氯化硅的第二步骤；　　　　在温度为８００℃～１２００℃的反应炉内，使所述第二步骤获得的四氯化硅和锌气体进行气相反应而生成高纯度硅的第三步骤；　　　　使所述第三步骤中副生的氯化锌和氢气进行反应的第四步骤；以及　　　　从所述第四步骤获得的反应生成物中分离回收锌和氯化氢的第五步骤，　　　　将所述第五步骤中经分离回收的锌用作供所述第三步骤的反应的锌气体的原料，且将所述第五步骤中经分离回收的氯化氢用作供所述第一步骤的反应的氯化氢气体的原料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林田智，
申请(专利权)人：智索株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]