專利名稱：以半金屬元素或金屬元素為主成分的材料的提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以半金屬元素或金屬元素為主成分的材料的提純方法。
背景技術(shù)：
有一種硅的提純方法，該方法是使四氯化硅氣體與熔融狀態(tài)的硅接觸，則硅被氯 化，氣化。回收該氯化硅氣體，進(jìn)一步將回收的氣體冷卻，使氣體部分量以純度高的硅的形 式析出(參照專利文獻(xiàn)1)。人們還探討了使四氯化硅氣體或氯化氫與熔融的硅接觸，由此從硅中除去雜質(zhì) (參照專利文獻(xiàn)2-4)。專利文獻(xiàn)1 日本特開昭60-103016號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 日本特開昭63-103811號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 日本特開昭64-69507號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4 日本特開昭64-76907號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻(xiàn)1公開的硅的提純方法中，是使原料硅熔融，將四氯化硅氣體吹入 該熔融狀態(tài)的硅，使硅氯化，氣化，回收該氣化的硅，冷卻，因此提純操作非常繁雜。另外，最 終得到的硅是熔融硅中被氣化的硅部分，且是氣化的硅中因冷卻而析出的硅部分，因此，有 提純的硅的回收率低的問(wèn)題。另外，硅的提純步驟中，使用四氯化硅氣體或氯化氫，則應(yīng)提純的硅發(fā)生氣化，因 此難以高效率獲得提純的硅。并且人們還需求硅以外的半金屬元素或金屬元素的新型提純 方法。因此本發(fā)明的目的在于從以硅等半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的 材料中高效率獲得提純的材料。本發(fā)明的材料的提純方法具有以下步驟使以半金屬元素或金屬元素為主成分且 含有雜質(zhì)的材料與下述通式(1)所示的化合物接觸，除去材料中的雜質(zhì)。AlX3(1) 式中，X為鹵素原子。根據(jù)本發(fā)明的材料提純方法，使以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的 材料與上述通式(1)所示的化合物接觸，可以高效率進(jìn)行材料的提純。這里，材料優(yōu)選以硅、鍺、銅或鎳為主成分，更優(yōu)選以硅為主成分。關(guān)于材料中所含的雜質(zhì)，如果硅是主成分，優(yōu)選為選自鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、 鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、鍺、鐵、硼、鋅、銅、鎳、稀土類金屬的1種以上 的純體、或含有上述1種以上的純體的合金。材料的主成分為鍺，則雜質(zhì)優(yōu)選為選自鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、
鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、硅、鐵、硼、鈷、鋅、銅、鎳、稀土類金屬的1種以上的純體、或含有上述1種以上的純體的合金。材料的主成分為銅，則雜質(zhì)優(yōu)選為選自鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、
鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、硅、鍺、鐵、鈷、硼、鋅、鎳、稀土類金屬的1種以上的純體、或含 有上述1種以上的純體的合金。并且，材料的主成分為鎳，則雜質(zhì)為選自鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、
鋁、鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、硅、鍺、鐵、鈷、銅、硼、鋅、稀土類金屬的1種以上的純體、或 含有上述1種以上的純體的合金。優(yōu)選上述材料為熔融狀態(tài)。以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料為熔融狀態(tài)，則可將上述通 式(1)所示的化合物AU3導(dǎo)入材料的熔融浴中，提高雜質(zhì)與AU3的接觸效率，可以使雜質(zhì) 與AU3的反應(yīng)高效進(jìn)行。由此，可以高效降低以半金屬元素或金屬元素為主成分的材料中 的雜質(zhì)。上述材料優(yōu)選為粉體、即固體的粉末。以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有 雜質(zhì)的材料為粉體，則可以使材料與上述通式(1)所示的化合物AU3的接觸面積增加，即， 可提高雜質(zhì)與AU3的接觸效率，可以使雜質(zhì)與AU3的反應(yīng)高效進(jìn)行。由此，可以高效降低 以半金屬元素或金屬元素為主成分的材料中的雜質(zhì)。上述粉體的粒徑優(yōu)選100 ym以上5 mm以下，進(jìn)一步優(yōu)選0. 5 mm以上1 mm以下。 粒徑低于100 ym，則難以操作，不優(yōu)選。粒徑超過(guò)5 mm，則比表面積減少，上述通式(1)所 示的化合物Al)(3與材料的接觸面積減小，反應(yīng)難以進(jìn)行，不優(yōu)選。上述材料含有97%質(zhì)量以上、優(yōu)選99%質(zhì)量以上99. 99%質(zhì)量以下的硅。這樣的材 料通常被稱為冶金級(jí)硅，本發(fā)明中，可以高效地從這樣的材料中除去雜質(zhì)。例如材料的主成分為硅時(shí)，材料的溫度優(yōu)選600°C以上低于2000°C，進(jìn)一步優(yōu)選 1420°C以上低于2000°C。低于600°C，則難以除去硅中的雜質(zhì)，因此不優(yōu)選。硅的熔點(diǎn)約為 1410°C，材料的溫度為1420°C以上，則材料形成熔融狀態(tài)。如果為2000°C以上，則由于硅的 氣化等，應(yīng)提純的硅發(fā)生損耗，因此不優(yōu)選。優(yōu)選上述通式(1)所示的化合物AU3為氣體。AU3為氣體，則可適宜地與以半金 屬元素或金屬元素為主成分的材料中的雜質(zhì)反應(yīng)。優(yōu)選氣體狀的通式(1)所示的化合物Al)(3存在于與惰性氣體的混合氣體中。Al)(3 以純體存在時(shí)，在以半金屬元素或金屬元素為主成分的材料中的雜質(zhì)與AU3反應(yīng)時(shí)，未反 應(yīng)的AU3將大量殘留，未用于反應(yīng)中，而是排出到系統(tǒng)外，因此不優(yōu)選。AU3存在于與惰性 氣體的混合氣體中，則AU3被適度稀釋，可以抑制未反應(yīng)的AU3的量?？傊?，可以降低反應(yīng) 時(shí)AU3的供給量，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)工藝成本的降低。惰性氣體優(yōu)選為選自氬、氮、氦的純體、或 將2種以上混合的氣體。上述通式(1)所示的化合物Al)(3優(yōu)選為A1C13。AlCl3與材料中的雜質(zhì)M’反應(yīng)， 則被還原為低鹵化物AlCl2和AlCl。M’為取2價(jià)和1價(jià)的元素，則生成的雜質(zhì)M’的氯化物 M，Cl2和M，Cl等是穩(wěn)定的化學(xué)種，它們的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等物性與主成分M有很大不同，可以從 主成分的半金屬元素M或金屬元素M中分離、除去。由此可以將以半金屬元素M或金屬元 素M為主成分的材料提純。AlCl3難以使應(yīng)提純的半金屬元素M或金屬元素M氯化、氣化， 因此可以高效獲得提純的半金屬元素M或金屬元素M。
并且，上述通式(1)所示的化合物是AlCl3，上述混合氣體中的上述AlCl3的濃度 優(yōu)選10%體積以上40%體積以下。上述濃度低于10%體積，則材料中的雜質(zhì)與AlCl3的反 應(yīng)有幾乎不進(jìn)展的傾向，因此不優(yōu)選。上述濃度超過(guò)40%體積，則AlCl3的一部分傾向于未 參與反應(yīng)即被排出反應(yīng)系統(tǒng)之外，不能高效進(jìn)行反應(yīng)，因此不優(yōu)選。根據(jù)本發(fā)明，可以從以硅等半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料中 高效獲得提純的材料。


圖1表示各種元素的溫度-反應(yīng)的吉布斯自由能的關(guān)系。圖2是圖1的部分放大圖。圖3是實(shí)施材料的提純方法的提純裝置的一個(gè)例子。圖4是應(yīng)用圖3的提純裝置的一個(gè)例子。符號(hào)說(shuō)明
1…提純裝置、2…以半金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料、3…AU3所示的化合物、 4…容器、5…加熱裝置、6…導(dǎo)入管路(管線)、7…生成氣體、11，21，31，41…管線、8…生成 氣體排出管路(管線)、10…歧化裝置、除去裝置、30···ΜΧΡ除去裝置、40…AU3提 純裝置、100…提純系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。

中，同一或相應(yīng)要素 添附同一符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。各附圖的尺寸比例未必與實(shí)際尺寸比例一致。本發(fā)明提供提純材料的方法，是將以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì) 的材料與下述通式(1)所示的化合物接觸來(lái)提純材料。AlX3(1) 這里，X為鹵素原子。首先，對(duì)將作為提純對(duì)象的材料、和材料的提純中使用的化合物進(jìn)行說(shuō)明。將作為提純對(duì)象的材料的主成分是半金屬元素或金屬元素。半金屬元素是指被稱 為所謂的準(zhǔn)金屬，在元素的分類上為非金屬元素，但顯示金屬元素的傾向的元素。半金屬元素可舉出硅、鍺、硼、砷、銻、硒等。金屬元素可舉出銅、鎳、鉭、鎢等。主成分只要是半金屬元素或金屬元素即可，沒(méi)有特別限定，優(yōu)選硅、鍺、銅或鎳，特 別優(yōu)選作為在太陽(yáng)能電池等中使用的材料、實(shí)際應(yīng)用中極有用的硅。本發(fā)明的將作為提純 對(duì)象的材料的主成分是指以材料總質(zhì)量為基準(zhǔn)、90%wt以上的成分。材料的提純中使用的化合物是通式AU3所示的化合物。X為鹵素原子。鹵素原子 可舉出氟、氯、溴、碘。AU3優(yōu)選毒性低的A1F3、AlCl3，從容易獲得、生成的鹵化物的穩(wěn)定性 等考慮，特別優(yōu)選X為Cl的AlCl3。AlCl3必須是無(wú)水物。AlX3的純度優(yōu)選越高純度越好，可以是99. 9%wt以上，更優(yōu)選99. 99%wt以上。還 優(yōu)選不含有在反應(yīng)溫度下顯示與AU3相同程度的平衡氣壓的雜質(zhì)。特別優(yōu)選B、P等元素 少。接著，對(duì)于通過(guò)將上述提純對(duì)象材料與AU3接觸，可從材料中除去的雜質(zhì)進(jìn)行說(shuō)明。 以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料與上述通式(1)所示的化 合物接觸，發(fā)生下式O)、C3)所示的反應(yīng)。
權(quán)利要求
1.材料的提純方法，使以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料與下述通 式(1)所示的化合物接觸，由此除去上述材料中的上述雜質(zhì)，AlX3(1)，式中，X為鹵素原子。
2.權(quán)利要求1的材料的提純方法，其中，上述材料以硅、鍺、銅、或鎳為主成分。
3.權(quán)利要求1的材料的提純方法，其中，上述材料以硅為主成分。
4.權(quán)利要求1的材料的提純方法，其中，上述材料以硅為主成分，上述雜質(zhì)為選自鋰、 鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、鍺、鐵、硼、鋅、銅、鎳、稀 土類金屬的1種以上的純體、或含有上述1種以上純體的合金。
5.權(quán)利要求1的材料的提純方法，其中，上述材料以鍺為主成分，上述雜質(zhì)為選自鋰、 鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、硅、鐵、硼、鈷、鋅、銅、 鎳、稀土類金屬的1種以上的純體、或含有上述1種以上的純體的合金。
6.權(quán)利要求1的材料的提純方法，其中，上述材料以銅為主成分，上述雜質(zhì)為選自鋰、 鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、硅、鍺、鐵、鈷、硼、鋅、 鎳、稀土類金屬的1種以上的純體、或含有上述1種以上的純體的合金。
7.權(quán)利要求1的材料的提純方法，其中，上述材料以鎳為主成分，上述雜質(zhì)為選自鋰、 鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋯、鋁、鈦、鎵、銦、釩、錳、鉻、錫、鉛、硅、鍺、鐵、鈷、銅、硼、 鋅、稀土類金屬的1種以上的純體、或含有上述1種以上的純體的合金。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的材料的提純方法，其中，上述材料為熔融狀態(tài)。
9.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的材料的提純方法，其中，上述材料為粉體。
10.權(quán)利要求3或4的材料的提純方法，其中，上述材料含有97%質(zhì)量以上的硅。
11.權(quán)利要求3的材料的提純方法，其中，上述材料的溫度為600°C以上低于2000°C。
12.權(quán)利要求3的材料的提純方法，其中，上述材料的溫度為1420°C以上低于2000°C。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的材料的提純方法，其中，上述通式(1)所示的化合物為氣體。
14.權(quán)利要求13的材料的提純方法，其中，上述通式(1)所示的化合物存在于與惰性氣 體的混合氣體中。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的材料的提純方法，其中，上述通式(1)所示的化合物為AlCl3O
16.權(quán)利要求14的材料的提純方法，其中，上述通式(1)所示的化合物為AlCl3，上述 混合氣體中的上述AlCl3的濃度為10%體積以上40%體積以下。
17.權(quán)利要求14或16的材料的提純方法，其中，上述惰性氣體是選自氬、氮和氦的純 體、或?qū)⑵?種以上混合的氣體。
全文摘要
本發(fā)明可以從以硅等半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料中高效獲得提純的材料。還涉及材料的提純方法，該方法是使以半金屬元素或金屬元素為主成分且含有雜質(zhì)的材料與下述通式(1)所示的化合物接觸，除去材料中的雜質(zhì)。AlX3(1)，式中X為鹵素原子。
文檔編號(hào)C22B9/10GK102119122SQ20098013122
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者三枝邦夫, 惠智裕, 田渕宏 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社