Спосіб одержання порошку полікристалічного кремнію

1. Спосіб одержання порошку полікристалічного кремнію сонячної градації, який включає багатостадійну хімічну обробку технічного кремнію, який відрізняється тим, що хімічну обробку кремнію здійснюють кислотою в три стадії, на першій використовують хлористоводневу кислоту, на другій - азотну кислоту й на третій - фтористоводневу C2 2 (19) 1 3 89460 4 ється сукупністю ознак, яка тотожна (ідентична) рівнює 50:1), причому суміш кислот беруть у кільвсім суттєвим ознакам винаходу. Визначення з кості в 4,3 рази більше маси металу. Одержаний переліку виявлених аналогів найближчого, як найна першій стадії продукт промивають водою й вібільш близького за сукупністю ознак аналога, додокремлюють фракцію з розміром часток менш зволив установити сукупність ознак стосовно тех0,063мм. На другій стадії порошок кремнію ч рознічного результату, який передбачає заявник, міром часток більше 0,063мм обробляють водявідмітних від ознак у способі одержання кремнія, ним розчином, що містить 2,5% HF, при темперащо заявляється. Отже, винахід, що заявляється, турі 333°К и промивають дистильованою водою. відповідає умові «новизна». Отриманий продукт містить 99,93% кремнію. Для перевірки відповідності заявленого винаОсновним недоліком способу [2] є недостатньо ходу умові "винахідницький рівень" заявник провів високий ступінь очищення кремнію. додатковий пошук відомих рішень, щоб виявити В основу винаходу поставлено завдання розознаки, які збігаються з відмітними від найбільш робити спосіб одержання порошку полікристалічблизького аналога ознаками способу, що заявляного кремнію, переважно сонячної градації, у якоється. Сукупність ознак винаходу, що заявляється, му на основі запропонованої технології шляхом є новою й не випливає явно для фахівця, оскільки фізико-хімічної взаємодії часток кремнію, що обз рівня техніки, визначеного заявником, не виявробляються, з хімічним реагентом і послідовності лено ознак, загальних з ознаками винаходу, що проведення операцій обробки досягається можлизаявляється, і які значно впливають на досягнення вість одержати кремній особливо високої чистоти технічного результату. Отже, винахід, що заявля99,99995%. Технічним результатом винаходу є ється, відповідає умові «винахідницький рівень». підвищення якості порошку кремнію - чистота креПриклад виконання способу. мнію 99,99995% за рахунок зниження кількості Попередньо наготовлюють порошок металурдомішок шляхом виключення Mg, Са, Ті, V, Ni, Co, гійного кремнію. Для цього беруть 2т. металургійΜn, Cr, Zr, Mo, Cu 4; суттєвим є виключення таких ного кремнію (ГОСТ 2169-69), що характеризуєтьдомішок як Ті, Са, Cr, особливо шкідливих для ся ступенем чистоти 97,1077% і вмістом домішок: кремнію. 1% Аl, 1% Fe, 0,2% Mg, 0,3% Са, 0,1% Ті, 0,05% V, Для рішення поставленого завдання запропо0,03% Ni, 0,001% Со, 0,06% Mn, 0,002% Cr, 0,008% нований спосіб одержання порошку полікристалічZr, 0,001% Μο, 0,04% Сu, 0,1% Ρ, 0,0003% В, з ного кремнію, переважно сонячної градації, що максимальним розміром часток до 125мм. Зазнавключає багатостадійну кислотну обробку техніччений продукт подрібнюють у щоковій дробарці ного кремнію, у якому, згідно з винаходом, хімічну марки РЕ-150x250 (виробництво Китай) протягом обробку кремнію здійснюють кислотою в три стадії, сорока хвилин і одержують 1,98т. продукту з розна першій - використовують хлористоводневу кислоту, на другій - азотну кислоту і на третій - фтоміром часток 2·104¸6·104mm. Одержаний продукт ристоводневу, причому на першій стадії викорисдля подальшого більше тонкого розмелу вносять в товують технічний кремній, а на другій і третій конусну дробарку марки ΡΥΖ-900 (виробництво стадіях кремній, одержаний на попередній стадії, Китай). Подрібнення здійснюють протягом двадцяпроцес на кожній стадії обробки здійснюють при ти хвилин. Одержують 1,97т. продукту з розміром перемішуванні, нагріванні й обробці ультразвуком, часток 5·103¸2·104mm. Подальший помел одержавідокремлюючи порошок від розчину вакуумною ного продукту здійснюють на суспензійному млині фільтрацією; при цьому обробляють кремній розвисокого помелу марки YGM85 (виробництво Ки3 міром часток (2·10 ¸20)mm при масовому співвідтай) протягом 60 хвилин. Одержують 1,95т. продуношенні твердого до рідкого 1:(1¸3), відповідно, і кту з розміром часток 2·101¸2·103mm, гранулометпроцес обробки кремнія кислотою здійснюють при ричний склад якого становить 75% часток перемішуванні протягом (0,5¸2) годин, температурі розміром ~2·102mm, 20% розміром ~2·101mm, 5% (40¸150)°С і потужності ультразвуку розміром ~2·103mm. (розсів здійснено за допомо3 (100¸500)Вт/дм з частотою (20¸60)кГц; причому гою режимів роботи і вихідного отвору дробарки). З отриманого кремнію (продукту) вище зазнана першій стадії використовують кислоту з конценченого гранулометричного складу відбирають трацією (1¸40)мас.%, на другій стадії використопорцію 1кг і поміщають у ємність [А] об'ємом 4дм3, вують кислоту з концентрацією (1¸100)мас.% а на виконану з хімічно-стійкого скла марки ВОМЕХ третій стадії використовують кислоту с концентра(виробництво Німеччина) і обладнану 2-ма горлоцією (0,5¸50)мас.%. винами (ТС КГУ- 2-1- 4000-45-14). Одна горловина Запропонований спосіб кислотного очищення обладнана термометром марки КШ 14/23 ГОСТ кремнію заснований на синергетичній взаємодії 16590-71 (0¸250°С; виробництво СРСР), а друга фізико-хімічної послідовності дій і параметрів споводяним холодильником марки ХШ- 3-400 (виробсобу, якими обробляють зерна кремнію й послідоництво Росії). У ємність заливають 2дм3 20% хловно окисляють домішки, що знаходяться на поверристоводневої кислоти марки ОСЧ (ГОСТ 14261хні зерен кремнію, що у свою чергу приводить до 77) [масове співвідношення твердого до рідкого рафінування кремнію. становить 1:2,2, відповідно]. Ємність поміщають на Проведений заявником аналіз рівня техніки, електропіч марки Термия Т-Т- 4000 (виробництво що включає пошук за патентними і науковоКитай). Процес кислотної обробки (стадія 1) здійстехнічними джерелами інформації, і виявлення нюють протягом 1,5 години при температурі суміші джерел, що містять відомості про аналоги винахо110°С. Суміш у ємності перемішується в процесі ду, що заявляється, дозволили встановити, що кипіння кислоти при одночасній дії на суміш ультзаявник не виявив джерело, котре характеризуразвуком потужністю 400Вт/дм3 із частотою 50кГц. 5 89460 6 Ультразвук одержують на установці марки Сапфір ~2·101mm, 1% розміром ~2·103mm. Чистота кремнію (виробництво Україна). Одержану суміш кремнію й 99,99995% (склад домішок: 0,00002% - Аl; кислоти після обробки кислотою охолоджують до 0,00003% - Fe; 0,000005% - Ρ; 0,000001% - В; кімнатної температури й відфільтровують за до0,00003% - О; 0,000004% - С). Домішки Ті, Cr, Са в помогою лійки Бюхнера, марки В- 45-150, колби одержаному продукті не виявлені. Відсутність згаБунзена, марки КБ 2-2000-45/40 і фільтрів лабораданих домішок, особливо шкідливих для якості торних знезолених, стрічка червона d=150мм, викремнію сонячної градації, на думку заявника, доробництва Росії (процес повторюють після кожної зволила одержати кремній особливо високої чискислотної обробки). На фільтрі кремній промиватоти. ють дистильованою водою, одержаної в дистиляЯкість кремнію визначали за допомогою гравіторі ДЭ-25 (виробництво Росія). Контроль промиметричних методів, ГОСТ 26239.5 -84, ГОСТ вання здійснюють до нейтральної реакції 26239.7-84 і спектрально-емісійним аналізом на універсальним індикатором - папером марки Лаприладі марки СТЭ -1 (виробництво СРСР, робохема (виробництво Чехії). Кислоту нейтралізують у чий діапазон 220-900нм). колбі Бунзена за допомогою надлишку гідроксиду Аналогічно прикладу конкретного виконання натрію, марки ХЧ, ГОСТ 4328-77. Вихід продукту були здійснені досліди по одержанню порошку складає 900 грам (90%). полікристалічного кремнію з використанням кислоОтримані 900г порошку кремнію висипають у тних реагентів, що заявляються, при параметрах і ємність А, описану в прикладі вище, на стадії 1, порядку проведення процесу фізико-хімічної оброзаливають 1,5дм3 56% азотної кислоти марки бки вихідного матеріалу, як у інтервалах, що заявОСЧ, ГОСТ 11125-84, [масове співвідношення ляються, так і при позамежних значеннях (табл., твердого до рідкого становить 1:2,24, відповідно]. приклади 1-8). Процес кислотної обробки (стадія 2) здійснюють Як випливає із представлених даних (табл., протягом 1,5 години при температурі суміші 110°С. приклади 1-6), реалізація способу одержання креСуміш у ємності перемішується в процесі кипіння мнію при дотриманні всіх режимних параметрів кислоти при одночасній дії на суміш ультразвуком технологічних операцій забезпечує одержання 3 потужністю 350Вт/дм із частотою 40кГц. Отримапорошку кремнію особливо високої чистоти на рівну суміш кремнію й кислоти після обробки кислоні 99,99990-99,99995%. тою охолоджують до кімнатної температури, відВсі параметри процесу одержання порошку фільтровують і промивають, аналогічно раніше кремнію взаємозалежні й проведення фізикоописаним діям на стадії 1. Вихід продукту після хімічної обробки кремнію при параметрах, значендругої хімічної обробки становить 855г (95%). ня яких знаходяться нижче значень, що заявляОтриманий порошок кремнію в кількості 855г ються, а саме: час, співвідношення твердого до висипають у ємність А, описану в прикладі вище, рідкого, тобто кремнію до кислоти (табл., приклад на стадії 1, заливають 1,5дм3 20% фтористовод7), температура, масова концентрація кислот, поневої кислоти марки ОСЧ, ГОСТ 104484-78, [масотужність і частота ультразвукової обробки (табл., ве співвідношення твердого до рідкого становить приклад 8), не забезпечує необхідної хімічної ак1:1,95, відповідно]. Процес кислотної обробки тивності домішок і кислоти. У результаті одержу(стадія 3) здійснюють протягом 1,5 години при теють порошок кремнію з незадовільним ступенем мпературі суміші 100°С. Нагрівання здійснюють на чистоти (99,9985% та 99,9962%, відповідно). водяній бані марки HeatSafe (виробництво Китай). При проведенні процесу фізико-хімічної оброСуміш у ємності перемішується в процесі кипіння бки кремнію при параметрах, значення яких знакислоти при одночасній дії на суміш ультразвуком ходяться вище значень, що заявляються (парамепотужністю 200Вт/дм3 із частотою 60кГц. Отриматри зазначені вище), ступінь чистоти порошку ну суміш кремнію й кислоти після обробки кислокремнію, що одержують, не підвищується тою охолоджують до кімнатної температури, від(99,99995%), і процес стає невигідним і небезпечфільтровують і промивають, аналогічно раніше ним за економічними, виробничо-трудовими й екоописаним діям на стадії 1. Вихід продукту після логічними показниками. третьої стадії хімічної обробки становить 765г Наведені дані (таблиця) переконливо свідчать (89,5%). про те, що запропонований спосіб дозволяє виріСумарний (загальний) вихід кремнію за спосошити поставлене завдання й досягти технічний бом, що заявляється, становить 76,5% і характерезультат - одержати порошок кремнію сонячної ризується наступним гранулометричним складом: градації зі ступенем чистоти 99,99995%. 84% часток розміром ~2·102mm, 15% розміром 7 89460 8 Таблиця Розмір часток № Час, Температура, металургійного год °С кремнію, мкм 2 1 2*10 2 2*10 3 2*10 4 2*10 5 2*10 6 2*10 7 2*10 8 2*10 2 2 2 3 2 2 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 0,5 0,5 0,5 150 150 150 120 120 120 80 80 80 40 40 40 120 120 120 150 150 150 0,3 0,3 0,3 2 2 2 120 120 120 30 30 30 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Умови обробки кремнію Ступінь Хлористоводнева Азотна кис- Фтористоводнева очищення УЗ-обробка кислота лота кислота кремнію конц. конц. конц. Потужність, Частота, % мас. Т:Ж Т:Ж Т:Ж 3 мас. % мас. % мас. % Вт/дм кГц за винаходом 1 1:2 500 50 99,99995 1 1:2 500 50 0,5 1:2 500 60 15 1:1 400 40 99,99995 20 1:1 400 40 15 1:1 400 40 40 1:2 100 20 99,99993 100 1:1 100 20 50 1:1 100 20 20 1:2 500 60 99,99990 56 1:2 500 60 20 1:2 500 60 20 1:3 500 60 99,99994 100 1:3 500 60 10 1:3 500 60 1 1:1 500 60 99,99993 1 1:1 500 60 0,5 1:1 500 60 позамежні значення 15 1:0,5 400 40 99,9985 20 1:0,5 400 40 15 1:0,5 400 40 0,5 1:2 50 10 99,9962 0,5 1:2 50 10 0,3 1:2 50 10 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601