High Purity Composite Briquette for Direct UMG-Si Production in Arc Furnaces

Abstract

In the Metallurgical Grade Si (MG-Si), the B and P contents are in average above 30 ppm as the carbon reduction materials used in the arc furnace are either rich in B (coal) or in P (charcoal). A decrease of both impurities by a factor 3 by using purer raw materials would allow the direct production of the Upgraded Metallurgical Grade (UMG).This would significantly improve the efficiency of the resulting PV cells made with the refined Solar Grade Silicon (SoG-Si) or decrease massively the costs of Si purification by shortening the number of steps needed for reaching B and P contents below 1 ppm requested for the SoG-Si used for the PV cells. A composite C/SiO2 briquette fulfilling the purity targets for the direct production of UMG-Si in arc furnace was developed. The composite contains several carbon materials with different levels of reactivities and quartz sand. The raw materials aspects, the paste and briquette preparation, as well as the final carbonization step are commented. The finished briquettes are free of volatiles and are mechanically and thermally very stable, thus ensuring stable arc furnace charges with minimum losses of dust and SiO gas. Semi-industrial trials including the downstream purification steps for the production of SoG-Si by a metallurgical low cost route are contemplated

В металлургическом кремнии (MG-Si) содержание B и P в среднем превышает 30 ppm, так как в применяемых в дуговых печах материалах, восстанавливаемых углеродом, содержание B (уголь) или P (древесный уголь) высокое. Уменьшение содержания обеих примесей в три раза при использовании сырья более высокой чистоты могло бы обеспечить прямое производство металлургического кремния глубокой очистки. При этом существенно повысится эффективность солнечных батарей, изготовленных из кремния солнечного качества, произведенного по данной технологии рафинирования, благодаря уменьшению количества этапов, необходимых для снижения содержания B или P ниже 1 ppm, в соответствии с требованиями к кремнию солнечного качества, используемому для производства солнечных батарей, снизится стоимость очистки Si. Композитный брикет C/SiO2, отвечающий требованиям чистоты, разработан для прямого производства металлургического кремния глубокой очистки в дуговой печи. Композит содержит кварцевый песок и несколько углеродных материалов с различными уровнями реакционной способности газа и кварцевого песка. Рассматриваются некоторые аспекты сырьевых материалов, подготовки массы и брикетов, а также окончательный этап карбонизации, проведенной в вертикальной ретортной печи. Готовые брикеты не содержат летучих, отличаются высокой механической и термической устойчивостью, что обеспечивает стабильность загрузки дуговой печи с минимальными потерями пыли и газообразного SiO. Рассматриваются результаты полупромышленных испытаний, включающих последующие этапы очистки для производства кремния солнечного качества по металлургической схеме наименьшей стоимости