(57)【要約】【課題】本発明は、例えばシリコン切削時に生じる廃スラリーであるシリコンスラッジから脱酸してシリコン濃度の高い乾燥物を得るシリコンスラッジの脱酸方法に関する。【解決手段】水分を除外して、６０質量％以上のシリコンと、２〜２０質量％の酸素と、トータルで２０質量％以下の不純物を含むシリコンスラッジを、真空状態で１５００Ｋ以上の温度に保持して酸素濃度の低いシリコンスラッジ乾燥物を得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を除外して、６０質量％以上のシリコンと、２〜２０質量％の酸素と、トータルで２０質量％以下の不純物を含むシリコンスラッジを、真空状態で１５００Ｋ以上の温度に保持して酸素濃度の低いシリコンスラッジ乾燥物を得ることを特徴とするシリコンスラッジの脱酸方法。
【請求項２】
前記シリコンスラッジを、水分を除外して、８５質量％以上のシリコン、８０質量％以上の金属シリコン、１５質量％以下の酸素、リンとボロンがそれぞれ１ｐｐｍ  以下で、かつ、トータルで０．５  質量％以下の不純物を含む成分とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンスラッジの脱酸方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコン切削時に生じる廃スラリーであるシリコンスラッジから脱酸してシリコン濃度の高い乾燥物を得るシリコンスラッジの脱酸方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、ワイヤソーを用いたシリコン結晶の切削にて発生する廃スラリーを処理し、高純度のシリコン粉を回収する回収方法が開示されている。
以下、特許文献１に開示の回収方法について説明する。
まず、シリコン結晶をワイヤソーにより切削する際に生じる廃スラリーを濾過し、スラッジを取り出す。このスラッジを有機溶剤で洗浄すると前記有機溶剤中にワイヤソーによる切削時に使用した水に添加された分散剤が溶解するので、液分を分離することで該スラッジから分散剤が除去され、シリコンの切り粉、金属粉、砥粒を主成分とするケーキが得られる。
【０００３】
次に、このケーキを弗化水素及び無機酸からなる酸溶液で洗浄し、これを濾過して酸化珪素と金属分とを取り除く。そして、水洗、乾燥の各工程を経て得られる塊状固形分を解砕し、粉状にする。
このようにして得た粉体は、主としてシリコンと砥粒（炭化珪素）からなるため、各々の密度差を利用して分級し、高純度のシリコン粉を回収する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７８６１２  号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示の回収方法は、処理工程が複雑であり、かつ、処理に弗酸のような強酸を用いるため、その取り扱いと廃酸処理に多大の労力と費用を要することになる。
また、シリコンスラッジは、例えば図２にその粒度分布を示すように極めて微細な粉末であり、長期間放置されることも多いので、シリコンの一部が酸化して多量の酸素が含まれているのが通常である。なお、図２では、フレーク状のシリコンスラッジを乳鉢で粉砕後、エタノール中で超音波を引加して分散させた後に粒度分布を測定したグラフである。
【０００６】
本発明は、このような多量の酸素を含むシリコンスラッジから酸素を除去する方法に関し、酸処理を施すことなく脱酸することを可能とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水分を除外して、６０質量％以上のシリコンと、２〜２０質量％の酸素と、トータルで２０質量％以下の不純物を含むシリコンスラッジを、真空状態で１５００Ｋ以上の温度に保持して酸素濃度の低いシリコンスラッジ乾燥物を得ることを特徴とするシリコンスラッジの脱酸方法であり、このような方法で得られた酸素の少ないシリコンは、冶金用の合金剤、酸化防止剤、耐火物の強度向上剤、プラスチックの熱伝導度を向上するための添加剤などとして有利に利用できる。
【０００８】
また、本発明は、前記シリコンスラッジを、水分を除外して、８５質量％以上のシリコン、８０質量％以上の金属シリコン、１５質量％以下の酸素、リンとボロンがそれぞれ１ｐｐｍ  以下で、かつ、トータルで０．５  質量％以下の不純物を含む成分とすることを好適とする。
リンとボロンは、除去に要する工程に多大の費用を要する。太陽電池用シリコンとして用いるには、リンとボロンを低濃度とする必要があり、このため１ｐｐｍ  以下とする。
【０００９】
このようにして成分を限定することで得られた高純度のシリコンは、上記用途のほかに、より付加価値の高い太陽電池用シリコンの溶解原科等に精錬処理を施すことなく利用することができる。また、化学用としても有用である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、かかる課題を解決するために、種々の実験を行い、様々の検討を加えた。
すなわち、例えば表１に示す成分のフレーク状のシリコンスラッジをフイルタープレスして黒鉛ルツボ内に充填し、０．５  〜２０  Ｔｏｒｒ  （  ６７  〜２６６７  Ｐａ  ）の軽真空雰囲気で加熱して所定温度に保持し、真空または非酸化性雰囲気で常温まで冷却ののち、加熱前後のシリコンスラッジ中の酸素含有量を分析した。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
その結果、本発明者らは、シリコンスラッジを１５００Ｋ以上、より望ましくは１５５０Ｋ以上に保持すると、シリコンスラッジ中の酸素濃度が著しく減少することを見出した。
これは、
ＳｉＯ２  （固体）＋Ｓｉ（固体）＝  ２ＳｉＯ（気体）        （１）
の反応によって、シリコンスラッジ中のシリコン酸化物（シリカ）が揮発して除かれるためであると考えられる。
【００１３】
なお、軽真空雰囲気での加熱時の雰囲気圧力が２０  Ｔｏｒｒ  （  ２６６７  Ｐａ）を越えると脱酸速度が小さくなり、脱酸に長時間を要することになる。一方、真空度は高いほど、すなわち、雰囲気圧力が低いほど脱酸効果が高くなるが、設備費もより高くなる。実用的には０．５  Ｔｏｒｒ（  ６７  Ｐａ）程度までとすることで充分である。
【００１４】
【実施例】
不透明石英ルツボ内に予め乾燥したシリコンスラッジを充填し、黒鉛抵抗発熱体を用いた加熱炉内で真空加熱した。
高温での予備脱酸実験結果を表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
予備脱酸実験の前後それぞれにおけるシリコンスラッジの化学成分の分析結果を表３に示す。
【００１７】
【表３】
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【００１８】
また、真空下での加熱温度と実験後のシリコンスラッジ中の酸素濃度の変化を図１に示す。図１から、真空下での加熱温度が１５００Ｋを越えると脱酸効果が著しく高まることがわかる。さらに、加熱温度が１５５０Ｋを越えると脱酸率８０％近くのシリコンスラッジが得られる。
次に、表４に示す化学成分のシリコンスラッジ（Ａｓ  ｆｌａｋｅ、乾燥後）を、表５に示す予備脱酸実験結果における実験条件で脱酸処理した。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
【表５】
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【００２１】
本発明のシリコンスラッジの脱酸方法で脱酸した後のシリコンスラッジを不透明石英ルツボ内に投入し、真空雰囲気で溶解して表６の予備脱酸材の溶解実験結果に示す成分となる金属シリコン塊を得た。
【００２２】
【表６】
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【００２３】
表６に示すように、金属シリコン塊の金属シリコン成分は９９％以上の高純度であり、化学用などの用途に使用することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、従来廃棄物とされていたシリコンスラッジから高純度の金属シリコンを得ることが可能となり、シリコンスラッジの有効利用が可能となった。また、固体状態で脱酸処理を行えることから、シリコンスラッジの長所である、超微粉の形態を維持することができ、例えば、超微粉の炭化珪素粉末製造の原料としてそのまま供給することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコンスラッジの加熱温度と加熱処理後の酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図２】シリコンスラッジの粒度分布の一例を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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