(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの処理用装置であって、当該装置は、
ａ）少なくとも一つの不純物元素及び／又は少なくとも一つの不純物化合物（２）で汚染されたシリコン（３）を溶融するための、少なくとも一つの溶融装置（１１；１１ｂ）と、
ｂ）溶融したシリコン（３）を処理するための、少なくとも一つの処理反応装置（１７）であって、当該処理反応装置（１７）は、
ｉ）少なくとも一つの反応容器（１８）と、
ｉｉ）反応容器（１８）の内側に配置された、少なくとも一つの処理カラム（２０）と、及び、
ｉｉｉ）少なくとも一つの処理カラム（２０）を加熱するために反応容器（１８）の外側に配置された、少なくとも一つの加熱装置（２２）とを備えて構成された、処理反応装置（１７）と、
ｃ）少なくとも一つの反応容器（１８）の内側に減圧（ＰＲ）を発生させるための、少なくとも一つの減圧発生装置（７２）と、
ｄ）少なくとも一つの処理カラム（２０）に供給された少なくとも一つの溶融シリコン（３）を、少なくとも一つのガス（３７）によってガス化するための、少なくとも一つのガス供給装置（３６）と、及び、
ｅ）気化したシリコン（３）を回収するために、流れ方向（２８）とは反対の方向の、処理反応装置（１７）の上方に配置された、少なくとも一つの濾過装置（６０；６０ａ）とを備えて構成され、
ｆ）濾過装置は、第１フィルター要素（６４）と少なくとも第２フィルター要素（６５）を有し、
ｇ）第１フィルター要素（６４）は、固体の太陽電池用シリコンの吸着床を有する空洞を備える装置。
【請求項２】
少なくとも一つの処理カラム（２０）は、少なくとも一つの溶融シリコン（３）の流れ方向に互いに上下に配置された少なくとも３つの分離トレー（２９）を備えて構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも一つのガス供給装置（３６）は、処理カラム（２０）内で溶融シリコン（３）をガス化するために、少なくとも一つの処理カラム（２０）の、カラムフット（２６）下方の反応容器（１８）内に通じていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも一つの不純物元素及び／又は少なくとも一つの不純物化合物（２）が排ガス流から分別分離可能となるように、少なくとも一つの濾過装置（６０；６０ａ）が設計されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
シリコンを処理するための方法であって、当該方法は次の工程、つまり、
ａ）少なくとも一つの処理反応装置（１７）を備える工程であって、当該処理反応装置は、
ｉ）少なくとも一つの反応容器（１８）と、
ｉｉ）反応容器（１８）の内側に配置された、少なくとも一つの処理カラム（２０）と、及び、
ｉｉｉ）反応容器（１８）の外側に配置された、少なくとも一つの加熱装置（２３）とを備えて構成される、工程と、
ｂ）少なくとも一つの不純物元素及び／又は少なくとも一つの不純物化合物（２）によって汚染されたシリコン（３）を、少なくとも一つの溶融装置（１１；１１ａ）によって溶融する工程と、
ｃ）溶融シリコン（３）を少なくとも一つの処理カラム（２０）に供給する工程と、
ｄ）少なくとも一つの処理カラム（２０）を、少なくとも一つの加熱装置（２３）によって反応温度（ＴＲ）まで加熱する工程と、
ｅ）少なくとも一つの減圧発生装置（７２）によって反応容器（１８）内に減圧（ＰＲ）を発生させる工程と、
ｆ）少なくも一つの処理カラム（２０）に供給された溶融シリコン（３）を、ガス供給装置（３６）を介して少なくとも一つのガス（３７）でガス化する工程と、
ｇ）少なくとも一つのガス（３７）によって取り囲まれた及び／又はガスが通り抜けたシリコン（３）から、少なくとも一つの不純物元素及び／又は少なくとも一つの不純物化合物（２）を減圧で気化させる工程と、
ｈ）気化処理中に気化されたシリコンを、第１フィルター要素（６４）と少なくとも第２フィルター要素（６５）を有する少なくとも一つの濾過装置（６０；６０ａ）によって回収する工程と、及び、
ｉ）処理したシリコン（３）を処理反応装置（１７）から排出する工程とからなり、
ｊ）第１フィルター要素（６４）は、固体の太陽電池用シリコンの吸着床を有する空洞を備える方法。
【請求項６】
発生される前記減圧が５００mbar未満であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
シリコン（３）のガス化中、少なくとも一つのガス（３７）が、シリコン（３）の流れ方向（２８）とは反対の方向に流れることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一つのガス（３７）が、単一の不活性ガス、又は複数の不活性ガスの混合物であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一つのガス（３７）が、単一の反応性ガス、又は複数の反応性ガスの混合物であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一つのガス（３７）が、少なくとも一つの不活性ガスと少なくとも一つの反応性ガスとの混合物であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
気化処理の後、少なくとも一つの不純物元素及び／又は少なくとも一つの不純物化合物（２）が、少なくとも一つの濾過装置（６０；６０ａ）によって分別分離されることを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属、特にシリコンの製造装置と方法に関連している。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の製造に必要なシリコンは、高純度を有していなければならない。高純度シリコンに対する全世界にわたる需要の大きな増加により、太陽電池産業では、太陽電池製造用に、処理した二次シリコン、又はシリコン冶金及び精製したシリコン冶金をますます用いるようになってきた。二次シリコンは、半導体産業の副生成物であって、その純度レベルは半導体産業ではもはや十分ではないが、相応の処理の後には太陽電池製造の要求には適っている。二次シリコンは、特に、ホウ素、ガリウム、リン、砒素、又はアンチモン等の高濃度のドーピング元素を含有したシリコンである。これらドーピング元素の濃度は、シリコンの製造内で減少されることが必要である。
【０００３】
様々な先行技術の方法が、ドーピング元素を含有するシリコンを処理するためのものとして、例えばスラッグ抽出物、シリコン溶融物の結晶化、及び真空蒸発として公知である。上記方法の欠点は、所望のシリコンの純度を達成するために幾つかの処理工程が必須であることであって、これによって相応の長い処理時間を結果としてもたらす。その上、上記方法は、廃棄が困難で費用のかかる自然発火副生成物又は毒性副生成物を大量に生み出す。最終的に、著しいシリコンの損失が生じる。
シリコン精製方法が特許文献２に記載されており、不純物は、精製処理中、原子状水素によって減圧及び乾燥条件においてシリコン溶融物から除去される。
【０００４】
特許文献１では、純シリコンを製造するための連続手法が開示されており、精製されるべきシリコンは、反応性ガス又は反応性ガス混合物によって処理される。精製されるべきシリコン内のホウ素濃度の減少が、反応性ガス水素によって、又は、水素及び水蒸気からなる反応性ガス混合物によって実施される。この方法の欠点は、ホウ素の濃度だけが十分な程度に減少され、著しいシリコンの損失も同時に生じる点である。
シリコンの処理方法が特許文献３に記載されており、汚染されたシリコンは、融解されてガス処理を行われる。ガス処理は、シリコン耐性材料で作られた幾つかの傾斜表面と接触しながら行う。ガス処理中、反応ガスはシリコン中に溶解した不純物を除去する。不純物を含有するガスは、次に真空排気処理によって溶融物から除去される。
シリコンの処理装置及び付随する方法が特許文献４に記載されている。シリコンは溶融装置内で融解され、次に下部るつぼに移る。反応ガスは、それが溶融装置から出る、溶融装置底部の供給管を介して供給される。
シリコン精製方法が特許文献５に記載されており、溶融シリコンは、減圧条件下で湿りガスによって処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】EP 0 530 567 A1
【特許文献２】US 3,008,887
【特許文献３】US 4,900,532
【特許文献４】US 4,242,175
【特許文献５】US 3,442,622
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、非鉄金属、特にシリコンを処理するための装置及び方法をもたらすことであって、当該方法は単純で、広範に使用可能であって、且つ太陽電池製造のためには経済的な工程であることを確保するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、独立請求項１及び５の特徴構成によって成し遂げられる。本発明の利点は、少なくとも一つの不純物元素及び／又は不純物化合物によって汚染された、非鉄金属が溶融され、且つ、上記少なくとも一つの不純物元素及び／又は不純物化合物を反応容器内において適切な反応温度で気化させるガス供給装置によって減圧において非鉄金属溶融物がガス化される、少なくとも一つの処理反応装置に供給されることである。上記少なくとも一つの不純物化合物は、既に汚染された非鉄金属内に存在していても、溶融非鉄金属のガス化中に創り出されてもよい。非鉄金属の連続処理は、少なくとも一つの処理カラムを備えることによって、及び、少なくとも一つのガスを用いて減圧で溶融非鉄金属をガス化することによって可能となる。この処理では、少なくとも一つの不純物元素、及び／又は少なくとも一つの不純物化合物の重量濃度が、少なくとも一つの処理カラムを通る単一流路内で、非鉄金属１グラム毎１・１０−７ｇ（＝０．１ｐｐｍｇ）より小さい値まで減じることが可能となる。本発明の方法は、従って連続手法である。少なくとも一つのガスを用いる溶融非鉄金属のガス化は、溶融物の連続した混合という効果を有するだけでなく、処理カラムを通る溶融物の制御された流路を結果的にもたらし、一方で、非鉄金属内に含有された少なくとも一つの不純物元素、及び／又は少なくとも一つの不純物化合物の減少を容易にする。大事なことを一つ言い残したが、望まない副生成物の自由気化が最小化される。当該方法及び装置は、汚染された非鉄金属を連続的に処理することを可能とし、その際、様々な不純物元素、及び／又は不純物化合物の濃度は、圧力及び反応温度ならびに供給ガスに応じて著しく調節可能な範囲まで減じられ得る。
気化（処理）中に気化された非鉄金属の少なくとも一つの濾過装置による回収は、特に汚染された非鉄金属の経済的な処理を可能とする。
【０００８】
本発明の更なる有利な実施形態は、従属請求項に記載される。
【０００９】
本発明の更なる特徴構成、詳細及び利点は、図面によって幾つかの実施形態の記載から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る非鉄金属処理用装置の基本的な原理の図である。
【図２】図１中の装置の処理カラムを通る断面図である。
【図３】図２中の線III−IIIに沿って処理カラムを通る断面図である。
【図４】図２中の線IV−IVに沿って処理カラムを通る断面図である。
【図５】第２実施形態に係る非鉄金属処理用装置の図である。
【図６】第３実施形態に係る非鉄金属処理用装置の一部分の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次は、図面１〜４に係る本発明の第１実施形態の記載である。少なくとも一つの不純物元素及び／又は少なくとも一つの不純物化合物２で汚染された非鉄金属３の一例とする、シリコン処理のための処理装置１は、汚染シリコン３を供給するための供給装置４を備えて構成される。供給装置４は、第１供給弁６を介して補充容器７に接続された供給ホッパー５を備えて構成される。補充容器７は、第２供給弁８を介して減圧（真空引き）するための第１減圧発生装置９に接続される。補充容器７は、第３供給弁１０を介して下流の溶融装置１１に更に接続される。
【００１２】
溶融装置１１は、少なくとも一つの不純物元素２で汚染されたシリコン３を受け入れるための計量容器１２と、計量容器１２の下流に配置されたコンベヤ秤１３の形態をした計量要素と、及びその下流に配置され、固体シリコン３を溶融するための第１加熱装置１４によって加熱可能である溶融容器１５とを備えて構成される。溶融容器１５の上流に配置された計量要素に加え、又はその代替として、溶融容器１５は、例えばニードル弁として設計された計量要素を備えてもよい。
【００１３】
溶融容器１５は、接続ライン１６を介して処理反応装置１７に接続される。処理反応装置１７は、グラファイト、シリコンカーバイド、石英又は窒化物シリコンのようなシリコン耐性材料でできた管状反応容器１８を備えて構成される。反応容器１８は反応装置の内部１９を取り囲み、その内側に配置されているのは処理カラム２０である。反応容器１８は、リアクタジャケット２１によって囲われ、その際リアクタジャケットスペース２２が、当該リアクタジャケット２１と反応容器１８との間に形成されている。リアクタジャケットスペース２２内には、第２加熱装置２３が、処理カラム２０を電気的に加熱するために反応容器１８の外に配置されている。第２加熱装置２３は、上下に配列された幾つかの加熱要素２４を備えて構成される。
【００１４】
処理カラム２０は、カラムヘッド２５と、ドリップノーズ２７を有するカラムフット２６とを備えて構成される。ドリップノーズ２７は、振動を誘発するために振動可能に装備されてもよい。接続ライン１６は、カラムヘッド２５上方の反応処理装置１７内に通じている。カラムヘッド２５とカラムフット２６との間に、少なくとも一つの、有利には少なくとも３つの、特に少なくとも５つの、及び少なくとも１０の分離トレー２９が、流れ方向２８に見た時に上下に配列されている。図面１〜４に係る処理カラム２０は、高温耐性有孔カラムである。分離トレー２９は代替として、別の仕方で設計されてもよく、例えば泡鐘トレーとして設計されてもよい。分離トレー２９は円形であって、四角形に配列された４つの分離トレー孔３０を備えて構成され、流れ方向２８に連続して配列された分離トレー２９は、処理カラム２０の中央縦軸３１の周りを４５°回転する。分離トレー孔３０の別の数及び配列も考えられる。分離容器３３を形成するために、分離トレー２９は、流れ方向２８とは反対の方向に広がる管状分離容器縁３２に各々接続され、その際分離容器３３は、処理カラム２０を形成するように他の分離トレーの中に摩擦によって又は凸に（ポジティブに）配列される。分離容器３３とドリップノーズ２７との間の圧力相殺が、ドリップノーズ２７内に置かれた圧力相殺孔３４によってもたらされる。それに加え、精製されたシリコンを分析するために、カラムフット２６に質量分析計が配置されてもよい。
【００１５】
処理カラム２０は、一般的に単一の分離容器３３からなってもよい。
【００１６】
有孔として設計された処理カラム２０の代わりに、互いに上下に配列され且つオーバーフローによって接続された分離トレー２９を各々備えて構成される幾つかの皿が備えられてもよい。
【００１７】
ガス供給装置３６の第１ガス供給ライン３５は、流れ方向２８に見たときにカラムフット２６の下方の、反応容器１８の内部１９内に通じている。ガス供給装置３６によって、処理ガス３７は、第１ガス供給弁３８とガス予熱装置３９とを介して反応装置の内部１９へ導入可能である。処理ガス３７は、ガス混合物であってもよい。ガス供給装置３６は、流れ方向に見たときにカラムフット２６の下方のリアクタジャケットスペース２２内に通じている第２ガス供給ライン４０を更に備えて構成される。ガス供給装置３６によって、フラッシュガス４１が、第２ガス供給弁４２を介してリアクタジャケットスペース２２内に導入され得る。フラッシュガス４１も、ガス混合物であってもよい。第１ガス供給ライン３５と反応容器１８との間の接続は、処理ガス３７が処理カラム２０を通って反応容器１８の内部１９内へ、シリコン３の流れ方向２８とは逆の方向に流れるようになされる。
【００１８】
液体であって精製されたシリコン３を冷却し且つ固化するための冷却装置４３が、流れ方向２８に見たときの処理反応装置１７の下流に配置される。第１遮断弁４４が、処理反応装置１７と冷却装置４３との間に、後者を前者から分離するために配置される。冷却装置４３は、冷却室４６を取り囲む立下り管として設計される冷却容器４５を備えて構成される。冷却容器４５は、冷却システム、例えば冷却容器４５の外側に設けられた水冷システム４７によって冷却される。冷却室４６内では、バッフル板４８が冷却容器４５から延び、当該バッフル板４８は流れ方向２８に傾いている。精製されたシリコン３の造粒の代わりに、精製されたシリコン３は、冷却装置４３によって、制御された固化処理、フィルムキャスト処理、又は連続したキャスト処理を受けてもよい。
【００１９】
冷却装置４３の下流には、排出装置４９が流れ方向２８に配置され、第２遮断弁５０によって冷却装置４３から分けられている。排出装置４９は、冷却装置に対して中央に配置された主室５１と、主室５１の両側面に配置された二つの側室５２とを備えて構成され、その際側室５２は、各々第１ゲート装置５３によって主室５１に接続可能である。第２減圧発生装置５４が側室５２各々に配置されてそれ（側室）を（真空）排気し、側室弁５５を介して側室５２を互いから独立して排気することを可能にしている。冷却容器４５下方の主室５１内部には、ロール５７上に収集容器５６が変位可能に配置される。側室５２内にはロール５７も配置され、主室内のロール５７と一列に並んでいる。収集容器５６を冷却するために、側室５２内のロール５７の下方に配置された、冷却要素５８が備えられる。第１ゲート装置５３から遠く離れた側室５２の側には、当該側室５２から収集容器５６を排出するための第２ゲート装置５９を各自配置している。
【００２０】
流れ方向２８とは反対の方向において、濾過装置６０が処理反応装置１７の上方に配置されており、当該濾過装置６０は、第３遮断弁６１によって処理反応装置１７から分けられ得る。濾過装置６０は、フィルター室６３を取り囲むフィルター容器６２を備えて構成される。フィルター室６３内には、第１フィルター要素６４、第２フィルター要素６５、及び第３フィルター要素６６が流れ方向に互いに上下に配列される。濾過装置６０は、フィルター容器６２と共に、フィルタージャケットスペース６８の境界を定めるフィルタージャケット６７を更に備えて構成される。フィルタージャケットスペース６８内には、フィルター要素６４、６５、６６のための分離した複数の加熱要素７０を有する第３加熱装置６９が配置される。
【００２１】
濾過装置６０の下流には、流れ方向２８とは逆の方向にコンデンサ７１が配置される。溶融装置１１、処理反応装置１７、冷却装置４３、排出装置４９の主室５１、濾過装置６０及びコンデンサ７１内で減圧を発生するために、第３減圧発生装置７２が設けられ、当該第３減圧発生装置７２は、コンデンサの下流の、流れ方向２８とは逆の方向に配置される。コンデンサ７１と第３減圧発生装置７２との間には、二つの減圧弁７３が連続して配置される。バイパス弁７５を有するバイパスライン７４が、減圧弁と第３減圧発生装置７２と平行に配列される。
【００２２】
以下は、処理装置１の機能に係る記載である。当該処理装置は連続して作動される。少なくとも一つの不純物元素によって、及び／又は少なくとも一つの不純物化合物２によって汚染されたシリコン３が、供給装置４の供給ホッパー５内に充填される。固体シリコン３は、好ましくは０．０５〜１００ｍｍの直径を有するシリコンの固体片の形態で供給される。シリコン３は、第１供給弁６を通って補充容器７内に入る。第１供給弁６が再び閉じられると、補充容器７は、第２供給弁８を介して第１減圧発生装置９によって排気されて、減圧が生じる。補充容器７の排気後、シリコン３は第３供給弁１０を通って計量容器１２内に入り、次にコンベヤ秤１３を介して溶融装置１１の溶融容器１５内に入る。溶融装置１１はシリコン３を溶融容器１５内で融解させ、溶融シリコン３は、カラムヘッド２５の接続ライン１６を介して処理カラム２０内に導入される。反応装置の内部１９と、その中に配置された処理カラム２０は、第２加熱装置２３によって反応温度TRまで加熱された、その際の反応温度TRは１４００℃よりも高く、特に１５００℃よりも高く、及び特に１６００℃よりも高い。溶融装置１１、処理反応装置１７、冷却装置４３、排出装置４９の主室５１、濾過装置６０及びコンデンサ７１内には、シリコン３の導入前に、第３減圧発生装置７２によって発生された減圧PRが存在する。減圧PRは、合計１０００mbar未満、特に５００mbar未満、特に１００mbar未満、及び特に０．０１mbar未満である。
【００２３】
処理カラム２０内に導入された液状シリコン３は、カラムヘッド２５に最も近い分離容器３３から、分離トレー２９の分離トレー孔３０を通って、流れ方向２８においてその下流に配置された分離容器３３内に流れ、更にそこから残りの分離容器３３内に流れる。こうしてシリコン３は、個々の分離容器３３内でシリコン層を形成する。処理カラム２０内において層に配置されたシリコン３は、ガス供給弁３８、ガス予熱装置３９、及びガス供給ライン３５を介して、ガス供給装置１６を介して処理ガス３７によってガス化される。処理ガス３７は、カラムフット２６の下方の、反応装置の内部１９内に導入されて、シリコン３の流れ方向とは反対の方向に、処理カラム２０のカラムヘッド２５の方へ向かって、分離トレー２９と層状に配置されたシリコン３とを通って流れる。溶融シリコン３は、こうして反対流でガス化される。これは、少なくとも一つの不純物元素及び／又は不純物化合物２を液状シリコン３から気化させ、それによって汚染されたシリコン３は精製及び処理される。少なくとも一つの不純物化合物２は、汚染されたシリコン３内に既に存在していてもよいし、又は液状シリコン２が処理カラム２０内でガス化された際に創り出されてもよい。
【００２４】
カラムフット２６では、精製されたシリコン３は、ドリップノーズ２７を介して冷却装置４３内に滴下し、冷却容器４５内に精製されたシリコン３の滴が落下する時には、それらは固体となっており、こうして粒体を形成する。粒体のサイズは、ドリップノーズ２７に振動を誘発することによって影響され得る。バッフル板４８を介して、粒体は排出装置４９の収集容器５６内に落下する。収集容器５６が精製されたシリコン３で満たされると、ロール５７によって、（真空）排気された側室５２のうちの一つ内に第１ゲート装置５３を通って動かされる。更なるシリコン３の冷却後、収集容器５６は、第２ゲート装置５９のうちの一つを通って排出される。
【００２５】
また、フラッシュガス４１が、第２ガス供給弁４２と第２ガス供給ライン４０とを介してガス供給装置３６によってカラムフット２６でリアクタジャケットスペース２２内に導入される。ガス４１は、カラムフット２６から、流れ方向２８とは逆方向にリアクタジャケットスペース２２を通り、第２加熱装置２３を取り巻いているカラムヘッド２５に向かって流れる。
【００２６】
気化中に創り出される排ガス流は、流れ方向２８とは逆方向にカラムヘッドに向かって流れ、そこから遮断弁６１を介して濾過装置６０内に流れる。濾過装置６０は、排ガス流の分別凝縮及び／又は分別結晶化のために用いられ、第１フィルター要素６４内では、気化したシリコン３が分離され、且つこうして約１３００℃の温度で回収される。排ガス流内に含まれて後処理を要する不純物元素及び／又は不純物化合物２の濃度は、有利には少なくとも２つの因子によって増加される。シリコン３が処理される場合に、第１フィルター要素６４は、好ましくは固体の太陽電池用シリコンの吸着床を有する空洞を備えて構成され、結果としてシリコン３の優れた分離と回収をもたらす。
【００２７】
第２フィルター要素６５は、第１フィルター要素６４よりも低い温度で操作され、排ガス流の更なる濾過のために用いられる。例えば酸化ケイ素が、約１１００℃の温度で分離される。第３フィルター要素６６は、第２フィルター要素６５よりも低い温度で操作され、これも排ガス流の更なる精製のために用いられる。リンなどの、他の不純物元素及び／又は不純物化合物２の分離が、約８００℃の温度で生じてもよい。濾過装置６０の下流に配置されたコンデンサ７１内で、排ガス流は完全に濃縮され、残りの不純物元素及び／又は不純物化合物２を含有している当該濃縮物は、排出されて廃棄される。
【００２８】
処理ガス３７は、単一の不活性ガスであっても、又は複数の不活性ガスの混合物であってもよい。有利には、当該不活性ガスにはヘリウム又はアルゴンが用いられる。代替として、処理ガス３７は単一の反応性ガスであっても、又は複数の反応性ガスの混合物であってもよい。当該反応性ガスは、有利には、水蒸気のような水素又は酸素含有化合物によって、又は、クロロシラン、塩化水素、及び塩素のような塩素含有ガスによって形成される。代替として、処理ガス３７は、少なくとも一つの不活性ガスと少なくとも一つの反応性ガスとの混合物であってもよい。さらに処理ガス３７は、単一の酸化又は還元反応性ガスであっても、又は複数の酸化又は還元反応性ガスの混合物であってもよい。リアクタジャケットスペース２２内に導入されるフラッシュガス４１は、有利には単一の不活性ガス、又は複数の不活性ガスの混合物である。
【００２９】
一つの処理カラム２０に対する代替として、少なくとも二つの、特に少なくとも三つの、及び特に少なくとも五つの処理カラム２０が、反応容器１８内に束として設置されてもよい。
【００３０】
また、濾過装置６０は、水などをかけて流すことの可能な、曲折形状をした、高温耐性の、二酸化珪素又はグラファイトのウェブで構成されてもよく、分離された濃縮物は、所定の方法でかき取り装置によって除去可能であって、連続運転中に排出可能な容器内に落下する。代替として、濾過装置６０は、その中で熱い排ガス流の濃縮が発生する、冷却されたサイクロンであってもよい。
【００３１】
処理カラム２０の下流では、連続して排出され得る棒を形成するように、精製されたシリコン３は更に制御された固化をされてもよい。処理カラム２０の下流では、精製されたシリコン３は、代替として薄膜にキャストされてもよい。
【００３２】
処理カラム２０内の逆流れ方向のガス化は、リン、砒素、アンチモン、ホウ素、炭素、硫黄、アルミニウム、ガリウム、錫、亜鉛、鉛、ならびにアルカリ土類金属及びアルカリ金属のような、不純物元素及び／又は不純物化合物２の減少を容易にする。シリコン３の流路は、溶融速さと、処理ガス３７のガス流によって制御される。排ガス流内に含まれた不純物元素及び／又は不純物化合物２の分別濃縮、分別結晶化、又は分別昇華は、気化したシリコン３の大部分を濾過装置６０によって回収することを可能にし、その際、不純物元素及び／又は不純物化合物２は圧縮した形に濃縮される。
【００３３】
処理ガス３７に加え、浄化スラグの形態をした第２固定相又は移動相が、処理反応装置１７内に導入されてもよい。処理反応装置１７のレイアウトにより、スラグは、精製されるべきシリコン３と密接に接触するようになる。
【００３４】
第一の好ましい方法において、つまり、いわゆる真空引き（減圧）手法において、溶融シリコン３は、０．０１mbar未満の減圧での低い不活性ガス流によって精製される。この方法は、特にリン、鉛、アンチモン及び砒素の濃度を減少する。もう一つの好ましい方法において、つまり、いわゆるガス噴射法において、溶融シリコン３は、減圧の反応性ガス流によって精製され、その際、この方法は特に炭素、ホウ素、及びアルミニウムの濃度を減少する。
【００３５】
本発明に係る方法は、次に幾つかの実施例を用いながら説明する。
【実施例１】
【００３６】
実施例１：アルゴンガス化による、１０分離段階中のリン濃度の減少
【００３７】
１．５kgの汚染されたシリコンが、１５００℃の温度且つ１mbarの圧力でその溶融処理中にアルゴンでガス化され、これは１０分離段階を備える、言い換えると１０個の分離トレーを備える処理カラム内で、結果として約１７２gのシリコンと、３．６gのリンの気化をもたらした。排ガス流中に含有されたシリコン量の半分以上が、排ガス流が１３００℃に冷却された時には既に濃縮されており、８００℃の温度では、シリコン回収はほぼ完了していた。当該シリコンは、１０個の分離トレーを備える処理カラムに、２kg/hの速さで供給された。リンの初期濃度は、各（１）シリコン原子あたり１００×１０−６原子（＝１００ppma）であった。５molのアルゴンが、シリコン各（１）モルあたり、更に約１mbarの減圧且つ１５００℃の温度で各（１）分離トレーあたり、逆流れ方向に加えられた。処理カラム内における精製後、部分的に固化したシリコンは、シェル内に収集されて、そのキャラクタリゼーションのために、制御された固化をされる前に再溶解される。シリコン処理後のリン濃度は、０．０４ppmaであった。シリコンの気化損失は、全部で約１５％であった。
【実施例２】
【００３８】
実施例２：不純物元素の気化及び排ガス流の分別濃縮
【００３９】
１．５kgの汚染されたシリコンが、１０分離段階を備える、言い換えると１０個の分離トレーを備える処理カラム内で１５００℃の温度且つ１mbarの圧力でその溶融処理中にアルゴンでガス化され、これは、結果として約１７２gのシリコンと、３．６gの砒素、アンチモン及びリンの気化をもたらした。気化したシリコン量のうち半分以上が、排ガス流を１３００℃に冷却した時には既に濃縮されており、８００℃の温度では、シリコンの回収はほぼ完了した。２００℃未満では、酸化ケイ素及び二酸化ケイ素のような他の不純物元素及び不純物化合物の十分な分離が成し遂げられた。
【００４０】
以下は、図５を参照しながらの、本発明の第２実施形態の記載である。同一の構成部品は、参照された第一実施形態における記載に対するものと同一の参照番号を有している。異なって構成されているが、機能的には同一の部品は、次にａを備えた同一の参照番号を有している。第２実施形態には、二つの濾過装置６０ａが備えられている。濾過装置６０ａは各々、排ガス管７６によって反応容器１８に接続される。濾過装置６０ａは、弁７７の位置に応じて複数の排ガス管７６のうち一つを閉鎖するために、カラムヘッド２５上方において流れ方向２８に配置された枢軸回転可能な弁７７によって切り換え可能である。排ガス管７６は、U形状に曲げられており、管加熱要素７８によって取り囲まれている。排ガス管７６からは離れた側では、濾過装置６０ａが、遮断弁７９によって各々閉鎖可能である。
【００４１】
濾過装置６０ａの下流には、移動方向８０に沿って移動可能な一つのコンデンサ７１ａが各々配置される。コンデンサ７１ａは、各々コンデンサ弁８１を介して第４減圧発生装置８２に接続される。フィルター要素６４、６５、６６を取り替えるために、フィルター要素６４、６５、６６と、関連したコンデンサ７１ａとが、フィルター要素６４、６５、６６が濾過装置６０ａの外側に位置するまで移動方向８０に移動（変位）される。フィルター要素６４、６５、６６が取り替えられる間、弁７７は関連している排ガス管７６を閉鎖し、それによって排ガス流は、もうひとつの排ガス管７６を通って操作中の濾過装置６０ａの方へ流れる。これは、フィルター要素６４、６５、６６の容易な取替えを確保する。
【００４２】
以下は、図６を参照しながらの、本発明の第３実施形態の記載である。同一の構成部品は、参照された第一実施形態における記載に対するものと同一の参照番号を有している。異なって構成されているが、機能的には同一の部品は、次にｂを備えた同一の参照番号を有している。この実施形態において、溶融装置１１ｂは、ニードル弁８３を有する溶融容器１５ｂを備えて構成される。溶融容器１５ｂのニードル弁８３は、溶融シリコン３を処理カラム２０のカラムヘッド２５内へ直接滴下させる。溶融容器１５ｂの一部分は、排ガス管７６ｂ内に配置される。この種類の溶融容器１５ｂの設計は、溶融シリコン３の容易な計量を可能にする。
【００４３】
複数の実施形態の特徴構成は、互いにそれだけには限られず、これら特徴構成の任意の組み合わせを有する実施形態を形成するために組み合わせられてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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