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WO2014060250A1 - Method for producing high-purity silicon nitride - Google Patents

Method for producing high-purity silicon nitride Download PDF

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Publication number
WO2014060250A1
WO2014060250A1 PCT/EP2013/071002 EP2013071002W WO2014060250A1 WO 2014060250 A1 WO2014060250 A1 WO 2014060250A1 EP 2013071002 W EP2013071002 W EP 2013071002W WO 2014060250 A1 WO2014060250 A1 WO 2014060250A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
less
ppm
preferably less
equal
purity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/071002
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bodo Frings
Hartwig Rauleder
Christian Panz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of WO2014060250A1 publication Critical patent/WO2014060250A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/068Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
    • C01B21/0685Preparation by carboreductive nitridation

Definitions

  • the present invention relates to a novel process for producing high-purity silicon nitride (S1 3 N 4 )
  • Silicate solutions a new high-purity S1 3 N 4 with a special impurity profile and its use, in particular for the production of solar grade silicon.
  • Photovoltaic cells are the cost of high purity silicon (solar silicon). This is becoming large-scale
  • Siemens process produced silicon first with gaseous hydrogen chloride at 300- 350 ° C in a fluidized bed reactor to trichlorosilane
  • Silicon tetrachloride which either converted to trichlorosilane and recycled in the process or in the
  • Oxygen flame is burned to fumed silica.
  • a chlorine-free alternative to the above method is the decomposition of monosilane, which also from the
  • polycrystalline silicon (polysilicon) is for the production of
  • Silicon dioxide first to convert it into silicon nitride and then from this by thermal decomposition solar silicon
  • Acid agent was converted to S 1O 2 .
  • This S 1 O 2 was then filtered, washed with water, in a mixture of acid, water and a chelating reagent
  • Silicon dioxide of high purity silicon nitride and of
  • a particular object of the present invention was to provide a process for producing high-purity silicon nitride suitable for decomposition to solar silicon, which does not have at least some disadvantages of the abovementioned processes or only in reduced form.
  • the object of the invention was in particular also to provide novel highly pure S1 3 N 4 , which
  • the inventors have surprisingly found that it is possible by a simple process procedure to obtain in a simple way, without a multiplicity of additional purification steps, e.g. Calcining or chelating, and without high
  • An essential feature of the process of silica production is the control of the pH of the silica and the reaction media in which the silica is present during the respective partial process steps. Without being bound by any particular theory, the inventors believe that due to a very low pH of the reaction medium
  • Silicon dioxide surface are repelled. Be this
  • Another advantage of the method according to the invention is that it can be carried out in conventional apparatuses.
  • the present invention therefore relates to a process for producing high-purity silicon nitride, comprising the steps mentioned below Production of high purity silica by
  • At least one acidulant wherein the pH of the precipitate, the precipitation suspension and the washing medium, at least in the first washing step, less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, completely
  • the present invention also provides a process for producing high purity silicon comprising the above-mentioned.
  • S 1 3 N 4 high-purity silicon nitride
  • the subject of the present invention is the use of the silicon nitride according to the invention.
  • Preference is given to the use of the silicon nitride according to the invention as a coating material, in particular as a separating layer or to avoid contamination by the substrate coated with silicon nitride, which may in particular contain silicon dioxide or graphite. Furthermore, this is suitable
  • Highly pure carbon source the respective substance is understood to have a following impurity profile: a. Aluminum less than or equal to 5 ppm or between 5 ppm and
  • 0.0001 ppt in particular between 3 ppm to 0.0001 ppt, preferably between 0.8 ppm to 0.0001, ppt, more preferably between 0.6 ppm to 0.0001 ppt, even better between 0.1 ppm to 0 , 0001 ppt, most preferably between 0.01 ppm and 0.0001 ppt, more preferably
  • 1 ppb is up to 0.0001 ppt
  • Iron less than or equal to 20 ppm, preferably between 10 ppm and 0.0001 ppt, in particular between 0.6 ppm and 0.0001 ppt, preferably between 0.05 ppm and 0.0001 ppt,
  • Nickel less than or equal to 10 ppm, preferably between 5 ppm and 0.0001 ppt, in particular between 0.5 ppm and 0.0001 ppt, preferably between 0.1 ppm and 0.0001 ppt,
  • Titanium less than or equal to 2 ppm, preferably less than or equal to 1 ppm to 0.0001 ppt, in particular between 0.6 ppm to
  • 0.0001 ppt preferably between 0.1 ppm to 0.0001 ppt, more preferably between 0.01 ppm to 0.0001 ppt, and most preferably between 1 ppb to 0.0001 ppt.
  • Zinc less than or equal to 3 ppm, preferably less than or equal to 1 ppm to 0.0001 ppt, in particular between 0.3 ppm to 0.0001 ppt, preferably between 0.1 ppm to 0.0001 ppt,
  • Detection limit can be sought.
  • Silicon nitride or high purity carbon is the
  • Total contamination with the aforementioned elements preferably less than 100 ppm by weight, more preferably less than 10 ppm by weight and very particularly preferably less than 5 ppm by weight.
  • the sum of the impurities contained in the high purity silicon refers to the immediate process product of the melt.
  • the resulting high-purity silicon is suitable as solar grade silicon.
  • the sum of the abovementioned impurities plus sodium and potassium is preferably less than 100 ppm, particularly preferably less than 50 ppm, very preferably less than 1 ppm, especially preferably less than 5 ppm, very particularly preferably from 0.5 to 3 ppm and in particular 1 ppm to 3 ppm.
  • step a The process according to the invention first produces high-purity silicon dioxide, the step a. preferably comprises the subsequent steps
  • Optional separation of the silica a.e. Washing the resulting silica, wherein the
  • Washing medium at least in the first washing step has a pH of less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1 and most preferably less than 0.5 af Optional drying of the resulting silica.
  • Water is preferably distilled or deionized or deionized water.
  • the acidulants used can be organic or inorganic acids, preferably mineral acids, particularly preferably hydrochloric acid,
  • Phosphoric acid Phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuryl chloride, perchloric acid, formic acid and / or
  • Acetic acid can be used in concentrated or diluted form or mixtures of the aforementioned acids. Particularly preferred are the aforementioned inorganic acids.
  • hydrochloric acid preferably 2 to 14 N, more preferably 2 to 12 N, most preferably 2 to 10 N, especially preferably 2 to 7 N and most preferably 3 to 6 N
  • phosphoric acid preferably 2 to 59 N, particularly preferred From 2 to 50 N, very particularly preferably from 3 to 40 N, especially preferably from 3 to 30 N and very particularly preferably from 4 to 20 N,
  • Nitric acid preferably 1 to 24 N, more preferably 1 to 20 N, most preferably 1 to 15 N, especially preferably 2 to 10 N
  • sulfuric acid preferably 1 to 37 N, more preferably 1 to 30 N, most preferably 2 to 20 N, especially preferably 2 to 10 N are used. All
  • Sulfuric acid is particularly preferably used.
  • the acidulants may be used in a purity which is commonly referred to as a "technical grade.” This is one of the particular advantages of
  • Reaction procedure and reaction control in process step a. I. the production of high purity silicon dioxide, it is namely for the first time succeeded from commercially available starting materials without special purification steps such as chelation or
  • step a.a. Acid used is preferably the acidulant, which is also used in step a.e. is used for washing the filter cake.
  • step a.a. in the template next to the acidifying agent added a peroxide, which causes a yellow / orange coloration with titanium (IV) ions under acidic conditions.
  • a peroxide which causes a yellow / orange coloration with titanium (IV) ions under acidic conditions.
  • This is particularly preferably hydrogen peroxide or potassium peroxodisulfate. Due to the yellow / orange coloring of the
  • silicon dioxide can be washed with distilled or demineralized water until a preferably neutral pH of the silicon dioxide is reached.
  • step a.a. but in step a.b. the water glass or in step a.e. as another
  • aqueous phase dissolved in silica preferably an aqueous silicate solution, more preferably an alkali and / or alkaline earth silicate solution, most preferably a water glass.
  • silica preferably an aqueous silicate solution, more preferably an alkali and / or alkaline earth silicate solution, most preferably a water glass.
  • Sodium hydroxide and water are prepared at elevated temperature.
  • the hydrothermal process can be compared with the
  • Soda method may be preferred because it can lead to cleaner precipitated silica.
  • Hydrothermal process is the limited bandwidth
  • Hydrothermal driving usually precedes a precipitation
  • the silicate solution used preferably has a modulus, ie weight ratio of metal oxide to silicon dioxide, of from 1.5 to 4.5, preferably from 1.7 to 4.2, particularly preferably from 2 to 4.0.
  • the precipitation method according to the invention comes without the
  • the precipitation method according to the invention is that it can be carried out in conventional apparatuses.
  • ion exchangers to purify the silicate solutions and / or acidulants prior to precipitation is not necessary, may vary depending on the quality of the aqueous
  • an alkaline silicate solution can also be pretreated according to WO 2007/106860 in order to minimize the boron and / or phosphorus content in advance.
  • the alkali silicate solution aqueous phase is dissolved in the silica with a
  • Transition metal calcium or magnesium, a molybdenum salt or modified with a molybdate salt
  • Precipitation according to the invention in acid especially at a pH less than 2 are supplied.
  • Silicate solutions used which were not treated by means of ion exchangers prior to precipitation.
  • the silicate solution preferably has a silica content of about at least 10% by weight or higher prior to acid precipitation. Preference is given to a silicate solution, in particular a
  • Sodium water glass used whose viscosity is from 0.1 to 10,000 poise, preferably 0.2 to 5000 poise, especially 0.3 to 3000 poise, especially preferably 0.4 to 1000 poise (at room temperature, 20 ° C).
  • a process of the invention is a process which comprises silicate solutions of low to medium viscosity
  • step a.b. is performed, i. wherein step a.b. as follows
  • the invention relates to a method which with silicate solutions of high or very high viscosity
  • step a.b. is performed, i. wherein step a.b. as follows
  • the first preferred variant of the main aspect method is a silicate solution with a
  • step a.b. and a.c. The second preferred variant of the main aspect method is a silicate solution with a
  • Viscosity is the water glass 58/60 with a density of 1.690 - 1.710, a Si0 2 ⁇ content of 36 - 37 wt.%, A Na 2 ⁇ 0
  • High-viscosity water glasses Another example is a water glass from VAN BAERLE CHEMISCHE FABRIK, Gernsheim, Germany, with a viscosity of 500 poise, 58-60 porosity, density of 1.67-1.71, Na 2 O content of 18%, Si0 2 content of 37.0% water content of approx. 45.0%, weight ratio Si0 2 / aO approx. 2.05, molar ratio Si0 2 / aO approx. 2.1.
  • PQ Corporation offers water glasses with viscosities of, for example, 15 and 21 pois. The skilled person is known to be highly concentrated
  • Silicate solutions or by dissolving solid silicates in water can produce.
  • An example of a water glass with a viscosity of 5-6 poise is disclosed in the examples of the invention.
  • step a.c. In the process according to the invention, the silicate solution from step a.b. alone or together with an acidifier in the template and thus the
  • Silica precipitated The addition takes place in such a way that the pH of the reaction solution is always less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably less than 0.5 and especially preferably 0.001 to 0.5. If necessary, additional acidulant can be added to control the pH.
  • the temperature of the reaction solution is preferably maintained at 20 to 95 ° C, more preferably 30 to 90 ° C, most preferably 40 to 80 ° C during the addition of the silicate solution by heating or cooling the precipitation vessel. The inventors have found that especially good
  • Suitable aggregates such as e.g. Spraying units, drop generators, Prillteller are the
  • Main aspect method i. In the low viscous waterglass process, it has been found to be particularly advantageous to agitate the master / precipitation suspension, e.g. by stirring or pumping over that
  • Flow rate measured in a range which is limited by half the radius of the precipitation container ⁇ 5 cm and surface of the reaction solution to 10 cm below the reaction surface from 0.001 to 10 m / s, preferably 0.005 to 8 m / s, more preferably 0.01 to 5 m / s, more preferably 0.01 to 4 m / s, especially preferably 0.01 to 2 m / s and most preferably 0.01 to 1 m / s.
  • Contaminants can be trapped inside the particles.
  • Reaction surface is limited, from 0.001 to 10 m / s, preferably 0.005 to 8 m / s, more preferably 0.01 to 5 m / s, very particularly 0.01 to 4 m / s, especially preferably 0.01 to 2 m / s and very particularly preferably 0.01 to 1 m / s is introduced. In this way it is also possible
  • Silica particles are stored, since the droplet shape of the dripping silicate solution is largely retained by the high viscosity and the droplets are not finely divided before the gelation / crystallization begins on the surface of the droplet.
  • Filterability of the particles can be improved because particles to be obtained with a special shape.
  • the subject of the present invention are therefore purified
  • Silica particles in particular silicon dioxide particles which preferably have an outer diameter of 0.1 to 10 mm, more preferably 0.3 to 9 mm and most preferably 2 to 8 mm.
  • Silica particles in particular silicon dioxide particles which preferably have an outer diameter of 0.1 to 10 mm, more preferably 0.3 to 9 mm and most preferably 2 to 8 mm.
  • Silica particles have a ring shape, i. have a "hole” in the middle (see Figure la) and are thus similar in shape to a miniature "donut".
  • the annular particles can assume a largely round, but also a more oval shape.
  • Silica particles have a shape that is comparable to a "mushroom head” or a “jellyfish". That instead of the hole of the above-described "donut" -shaped particles is in the center of the annular base structure a curved one side, preferably thinner, ie thinner than the annular part, layer of silicon dioxide (see Figure 2a), which the inner opening of the Spans "rings". If one were to place these particles with the curved side down on the ground and look perpendicularly from above, then the particles would correspond to a bowl with a curved bottom, rather solid, i. thick upper edge and in the area of the vault slightly thinner ground.
  • step a.c. Silica obtained is preferably in step a.d. from the remaining components of the
  • Precipitated suspension separated. Depending on the filterability of the precipitate, this may be done by conventional filtration techniques known to those skilled in the art, e.g. Filter presses or rotary filter, done. In difficult to filter precipitates, the separation can also by centrifugation and / or by
  • the precipitate is in step a.e. is washed, which is ensured by a suitable washing medium, that the pH of the washing medium at least during the 1st washing step and thus that of the silicon dioxide less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0.5.
  • a suitable washing medium that the pH of the washing medium at least during the 1st washing step and thus that of the silicon dioxide less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0.5.
  • the washing medium is preferably used in step a.a. and a.c.
  • the washing medium used may preferably be aqueous solutions of organic and / or inorganic water-soluble acids, e.g. the aforementioned acids or fumaric acid, oxalic acid,
  • the acidulant or mixtures thereof used in step aa and ac are used in dilute or undiluted form.
  • the washing medium may also comprise a mixture of water and organic solvents. Suitable solvents are high-purity alcohols, such as methanol, ethanol, a possible esterification does not interfere with the subsequent reduction to silicon.
  • the aqueous phase preferably contains no organic solvents, such as alcohols, and / or no organic,
  • the present invention also provides methods in which
  • Metal complexing agent such as EDTA is added.
  • a chelating reagent to the washing medium or to precipitate the silica in one
  • washing with the acidic wash medium occurs immediately after separation of the silica precipitate, i. without further intermediate steps being carried out.
  • a colorant for color marking as an "indicator" of unwanted metal impurities, can in step a.e. be added.
  • hydroperoxide may be the
  • Be present complexing agent for example, for the formation of Silicon nitride, which advantageously decomposes again in the later process.
  • wash suspension contains a peroxide and visually shows no more yellowing.
  • Ti (IV) ions a yellow / orange-colored compound forms carried out, it can be removed at each washing step, a small sample of the washing suspension and mixed with a corresponding peroxide. This process will take so long
  • a sample may be analyzed by methods of analysis known to those skilled in the art and then washed with the acid
  • Washing medium can be adjusted if adequate
  • the pH of the washing medium and thus also of the purified silicon oxide, in particular of the silicon dioxide is less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, very preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0 , 5 is.
  • the thus-washed silica is preferably used in an intermediate step a.e.a. between step a.e. and a.f. washed with distilled water or demineralized water until the pH of the resulting silica is 4 to 7.5 and / or until the conductivity of the washing suspension is less than or equal to 9 yS / cm, preferably less than or equal to 5 yS / cm.
  • the entire washing steps can preferably be carried out at temperatures of 15 to 100 ° C.
  • the indicator effect of the peroxide yellow / orange coloring
  • the resulting high purity silica can be dried and processed further. Drying may be carried out by any method known to those skilled in the art, e.g. Belt dryer,
  • the particles obtained have an average particle size ds o of 1 to 70 ym, more preferably from 3 to 50 ym, and especially from 5 to 20 ym.
  • Impurity profile corresponds because process step a. to silicon dioxides, which have very low concentrations in view of a wide range of impurities.
  • the high-purity silicon dioxides are used in step b. to
  • Step b. can after all methods known to those skilled in the art are carried out;
  • the high-purity silicon dioxide from step a a carbothermic nitridation in the presence of nitrogen.
  • the high-purity silicon dioxide from step a a carbothermic nitridation in the presence of nitrogen.
  • the high-purity silicon dioxide from step a a carbothermic nitridation in the presence of nitrogen.
  • Silicon dioxide with a carbonaceous material and ammonia to S1 3 N 4 are reacted.
  • step b be as carbonic
  • Material preferably includes one or more pure carbon sources, an organic compound of natural origin
  • pyrolysis products of at least one carbohydrate may also be used as exclusive or additional carbon source in step b. be used.
  • a carbon source in particular a pure carbon source
  • a pyrolysis product which can be used in accordance with the invention contains coal, in particular with graphite constituents, and optionally fractions of other carbon forms, such as coke, and is preferably poor in impurities.
  • a part of the present invention is therefore a process for industrial, ie industrial pyrolysis of a carbohydrate or a carbohydrate mixture, which is carried out at elevated temperature.
  • the carbohydrate component used in pyrolysis is preferably monosaccharides, ie aldoses or ketoses, such as trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses, especially glucose and fructose, but also corresponding oligomeric and polysaccharides based on said monomers, such as lactose, maltose , Sucrose, raffinose - to name but a few - all the way to cellulose or starch, including amylose and amylopectin, glycogen, glycosans and fructosans - to name but a few polysaccharides.
  • sugar alcohols and derivatives of usable as carbohydrate component substances are also used.
  • Sugar a sugar, such as by
  • Sugar cane or beets can be obtained in a conventional manner, d. H. commercial crystalline sugar, especially crystalline food-grade sugar used. Furthermore, raw materials which can generally be used as carbon source are all organic compounds known to the person skilled in the art.
  • the technical pyrolysis of at least one carbohydrate or the carbohydrate component with the addition of silica, in particular of high-purity silicon dioxide is particularly preferred.
  • the process steps b. and optionally c. can be used in any thermal reactor or industrial furnace,
  • furnaces electric arc furnaces, induction furnaces and / or microwave ovens, which may each be equipped with a fluidized bed apparatus and / or a rotary tube, take place.
  • the pH meter Knick, type: 766 pH meter Calimatic with temperature sensor
  • the pH electrode combination electrode from Schott, type N7680
  • the calibration function should be chosen so that the two used buffer solutions include the expected pH of the sample (for example, buffer solutions with pH 4.00 and 7.00, pH 7.00 and pH 9.00 and pH 7.00 and 12.00).
  • the pH is determined at 20 ° C. To measure the pH, the electrode is first deionized with
  • the laser diffraction device Coulter LS 230 requires after
  • the measuring time is 60 seconds, the waiting time 0 seconds. Subsequently, this is the basis of laser diffraction
  • Calculation model selected.
  • a background measurement is automatically performed before each measurement. After the background measurement, the sample must be added to the measuring cell until a concentration of 8 to 12% is reached.
  • Constant K 0.09010 mPa * s * cm 3 / g).
  • the viscometer is precisely controlled to 20 ⁇ 0.03 ° C using a circulating thermostat (Jalubo 4). Before the measurement, the ball passes once through the tube to the water glass mix thoroughly. After a break of 15 minutes, the first measurement begins.
  • the measuring part engages defined at the instrument foot in the 10 ° position. By pivoting the measuring tube by 180 °, the ball is brought to the starting position for the measurement.
  • the fall time t through the measuring section A-B is determined by means of a manual stopwatch. The beginning of the measuring time begins when the lower sphere periphery touches the targeted upper ring mark A, which must appear to the viewer as a dash. The measurement time ends when the lower sphere periphery the lower ring mark B, which must also appear as a dash,
  • n WGL K * (5 K -5 WGL ) * t
  • sample material 1 - 5 g are weighed to within ⁇ 1 mg in a PFA beaker. 1 g of mannitol solution (about 1 ⁇ 6) and 25-30 g of hydrofluoric acid (about 50%) are added. After a short time
  • the PFA beaker is heated to 110 ° C. in a heating block so that the silicon contained in the sample is present as hexafluorosilicic acid and the excess
  • Dissolved hydrogen peroxide solution (about 30%) for about 1 hour and made up to 10 g with ultrapure water.
  • Dilutions serves for internal quality assurance, i.
  • HR-ICPMS Resolution Inductively Coupled Mass Spectrometry
  • m / Am mass resolution of at least 4000 or 10000 for the elements potassium, arsenic and selenium.
  • Water glass does not show a large purification effect and only causes a significant improvement in the titanium content.
  • the purified water glass was further processed analogously to Example 5 of WO 2007/106860 AI to S1O 2 .
  • 700 g of the water glass were acidified in a 2000 ml round bottom flask while stirring with 10% sulfuric acid.
  • the initial pH was 11.26.
  • the gelation point was reached at pH 7.62 and 100 g of demineralized water were obtained added to the stirrability of the suspension again
  • Dropping funnels (each made of borosilicate glass) were initially charged at room temperature with 2513 g of 16.3% strength sulfuric acid and 16.1 g of 35% strength hydrogen peroxide.
  • 1000 ml of the previously prepared concentrated waterglass solution (9.8 Wt.% Na 2 O, 30.9 wt.% Si0 2 , density 1.429 g / ml) was added dropwise so that the pH remained below 1.
  • the reaction mixture warmed to 50 ° C and turned deep orange. The suspension was stirred for 20 min and then allowed to settle the resulting solid.
  • the supernatant solution was decanted off and to the residue a mixture of 500 ml of deionized water and 50 ml of 96% strength sulfuric acid was added. While stirring, the
  • Silica has a total contaminant content of only 2.6 ppm across all measured elements. Also the

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for producing high-purity silicon nitride, a silicon nitride having a specific impurity profile, and use thereof, in particular for producing high-purity silicon.

Description

Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliziumnitrid  Process for producing high purity silicon nitride

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliziumnitrid (S13N4) aus The present invention relates to a novel process for producing high-purity silicon nitride (S1 3 N 4 )

Silikatlösungen, ein neues hochreines S13N4 mit speziellem Verunreinigungsprofil sowie dessen Verwendung, insbesondere zur Herstellung von Solarsilizium. Silicate solutions, a new high-purity S1 3 N 4 with a special impurity profile and its use, in particular for the production of solar grade silicon.

Der Anteil photovoltaischer Zellen an der weltweiten The share of photovoltaic cells in the world

Stromproduktion steigt seit einigen Jahren kontinuierlich an. Um den Marktanteil weiter ausbauen zu können, ist es Electricity production has been steadily rising for several years. In order to further expand its market share, it is

unabdingbar, dass die Produktionskosten von photovoltaischen Zellen gesenkt werden und deren Effektivität gesteigert wird. It is essential that the production costs of photovoltaic cells are reduced and their effectiveness is increased.

Ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Herstellung von A major cost factor in the production of

photovoltaischen Zellen sind die Kosten für das hochreine Silizium (Solar-Silizium) . Dieses wird großtechnisch Photovoltaic cells are the cost of high purity silicon (solar silicon). This is becoming large-scale

üblicherweise nach dem vor über 50 Jahren entwickelten usually developed after more than 50 years ago

Siemens-Verfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird Silizium zunächst mit gasförmigem Chlorwasserstoff bei 300- 350°C in einem Wirbelschichtreaktor zu Trichlorsilan Siemens process produced. In this method, silicon first with gaseous hydrogen chloride at 300- 350 ° C in a fluidized bed reactor to trichlorosilane

( Silicochloroform) umgesetzt. Nach aufwendigen (Silica chloroform) reacted. After elaborate

Destillationsschritten wird das Trichlorsilan in Anwesenheit von Wasserstoff in einer Umkehrung der obigen Reaktion an beheizten Reinstsiliziumstäben bei 1000-1200°C wieder Distillation steps, the trichlorosilane in the presence of hydrogen in a reversal of the above reaction on heated Reinstsiliziumstäben at 1000-1200 ° C again

thermisch zersetzt. Das elementare Silizium wächst dabei auf die Stäbe auf und der freiwerdende Chlorwasserstoff wird in den Kreislauf zurückgeführt. Als Nebenprodukt fällt thermally decomposed. The elemental silicon grows on the rods and the liberated hydrogen chloride is returned to the circulation. As a by-product falls

Siliziumtetrachlorid an, welches entweder zu Trichlorsilan umgesetzt und in den Prozess zurückgeführt oder in der Silicon tetrachloride, which either converted to trichlorosilane and recycled in the process or in the

Sauerstoffflamme zu pyrogener Kieselsäure verbrannt wird. Oxygen flame is burned to fumed silica.

Eine chlorfreie Alternative zu obigem Verfahren stellt die Zersetzung von Monosilan dar, welches ebenfalls aus den A chlorine-free alternative to the above method is the decomposition of monosilane, which also from the

Elementen gewonnen werden kann und nach einem Elements can be obtained and after a

Reinigungsschritt an beheizten Oberflächen oder beim Cleaning step on heated surfaces or at

Durchleiten durch Wirbelschichtreaktoren wieder zerfällt. Beispiele hierfür sind in der WO 2005118474 AI zu finden. Das auf den oben beschriebenen Wegen erhaltene polykristalline Silizium (Polysilizium) ist für die Herstellung von Passing through fluidized bed reactors decays again. Examples of this can be found in WO 2005118474 AI. The obtained in the above-described ways polycrystalline silicon (polysilicon) is for the production of

Solarpanels geeignet (sogenanntes Solarsilizium) und besitzt eine Reinheit von über 99,99 %. Die zuvor beschriebenen Solar panels suitable (so-called solar silicon) and has a purity of over 99.99%. The previously described

Verfahren sind jedoch sehr aufwendig und energieintensiv, so dass ein hoher Bedarf an kostengünstigeren und effektiveren Verfahren zur Herstellung von Solarsilizium besteht. However, processes are very expensive and energy-intensive, so that there is a high demand for more cost-effective and more effective processes for the production of solar grade silicon.

Alternativ wird im Stand der Technik vorgeschlagen, Alternatively, it is proposed in the prior art

Solarsilizium mittels carbothermischer Reduktion von Solar silicon by means of carbothermic reduction of

Siliziumdioxid herzustellen. Diesbezüglich schlägt zum Produce silicon dioxide. In this regard suggests

Beispiel die WO 2007/106860 AI vor, hochreine Kieselgele durch Umsetzung mit einer hochreinen Kohlenstoffquelle in  Example WO 2007/106860 Al before, high purity silica gels by reaction with a high purity carbon source in

Solarsilizium umzuwandeln. Diese direkte carbothermische Convert solar silicon. This direct carbothermic

Umsetzung von Siliziumdioxid zu Silizium hat den Nachteil, dass das erhaltene Produkt einen hohen Anteil an Kohlenstoff und Siliziumcarbid aufweist, sodass eine aufwendige Entkohlung des Siliziums durchgeführt werden muss. Conversion of silicon dioxide to silicon has the disadvantage that the product obtained has a high proportion of carbon and silicon carbide, so that a complex decarburization of the silicon must be carried out.

J. P. Murray schlägt in Solar Energy, 80, 2006, 1349 - 1354 in seinem Aufsatz mit dem Titel „Silicon and solar-grade Silicon production by solar dissociation of S 13N4" vor, hochreinesJP Murray, in Solar Energy, 80, 2006, 1349-1354, proposes in his paper entitled "Silicon and solar-grade silicon production by solar dissociation of S 1 3 N 4 ", highly pure

Siliziumdioxid zunächst in Siliziumnitrid umzuwandeln und aus diesem dann durch thermische Zersetzung Solarsilizium Silicon dioxide first to convert it into silicon nitride and then from this by thermal decomposition solar silicon

herzustellen. Murray gibt jedoch nicht an, wie das hochreine Solarsilizium in ausreichender Qualität und zu ökonomisch sinnvollen Preisen erhalten werden kann. manufacture. However, Murray does not indicate how high-purity solar grade silicon can be obtained in sufficient quality and at economically reasonable prices.

Da Silikatlösungen in sehr großen Mengen als sehr Because silicate solutions in very large quantities as very

preisgünstiger Rohstoff vorhanden sind, mangelte es in der Vergangenheit nicht an Versuchen, hochreines S 1O2 aus low-cost raw material are present, there was no lack of attempts in the past, high-purity S 1O 2

Silikatlösungen herzustellen. So wurden in der US 4,973,462 Verfahren beschrieben, in denen hoch viskoses Wasserglas bei niedrigem pH-Wert der Reaktionslösung mit einem Produce silicate solutions. Thus, in US 4,973,462 processes have been described in which highly viscous water glass at low pH of the reaction solution with a

Säuerungsmittel zu S 1O2 umgesetzt wurde. Dieses S 1O2 wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen, in einem Gemisch aus Säure, Wasser und einem Chelatisierungsreagenz Acid agent was converted to S 1O 2 . This S 1 O 2 was then filtered, washed with water, in a mixture of acid, water and a chelating reagent

resuspendiert, mehrfach filtriert und gewaschen. In der JP02- 311310 wurde ein ähnliches Verfahren beschrieben, hierbei wurde jedoch bereits bei der Fällungsreaktion ein resuspended, filtered several times and washed. In JP02- 311310 a similar process was described, but this was already in the precipitation reaction

Chelatisierungsreagenz zugegeben. Diese beiden Verfahren haben den Nachteil, dass sie eine sehr aufwendige Chelating added. These two methods have the disadvantage that they are a very expensive

Aufarbeitungsprozedur umfassen. Ferner hat sich gezeigt, dass die nach der Fällung erhaltenen Niederschläge teilweise schwer filtrierbar sind. Schließlich fallen zusätzliche Kosten für das Chelatisierungsreagenz und dessen Abtrennung vom Reprocessing procedure. It has also been shown that the precipitates obtained after the precipitation are sometimes difficult to filter. Finally, additional costs for the chelating reagent and its separation from the

Siliziumdioxid an. Es besteht somit nach wie vor Bedarf an einem effektiven und kostengünstigen Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silicon dioxide on. Thus, there is still a need for an effective and inexpensive process for producing high purity

Siliziumdioxid, von hochreinem Siliziumnitrid und von Silicon dioxide, of high purity silicon nitride and of

Solarsilizium. Solar grade silicon.

Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem, zur Zersetzung zu Solarsilizium geeignetem Siliziumnitrid zur Verfügung zu stellen, welches zumindest einige Nachteile der oben genannten Verfahren nicht oder nur in reduzierter Form aufweist . Aufgabe der Erfindung war es insbesondere auch, neuartiges hochreines S13N4 zur Verfügung zu stellen, welches A particular object of the present invention was to provide a process for producing high-purity silicon nitride suitable for decomposition to solar silicon, which does not have at least some disadvantages of the abovementioned processes or only in reduced form. The object of the invention was in particular also to provide novel highly pure S1 3 N 4 , which

außergewöhnlich gut zur Herstellung von Solarsilizium geeignet ist. Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem GesamtZusammenhang der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen. exceptionally well suited for the production of solar grade silicon. Other tasks not explicitly mentioned arise from the overall context of the following description and the claims.

Die vorgenannten und weitere Aufgaben werden durch das in der Beschreibung und den Ansprüchen dargestellte Verfahren und die aus seiner Anwendung resultierenden Produkte gelöst. The foregoing and other objects are achieved by the method and the products resulting from its application in the specification and claims.

Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass es möglich ist, durch spezielle Verfahrensführung auf einfachem Wege, ohne eine Vielzahl zusätzlicher Aufreinigungsschritte, wie z.B. Kalzinieren oder Chelatisieren, und ohne hohen The inventors have surprisingly found that it is possible by a simple process procedure to obtain in a simple way, without a multiplicity of additional purification steps, e.g. Calcining or chelating, and without high

apparativen Aufwand, hochreines Siliziumdioxid herzustellen, welches, vor allem unter Anwendung spezieller Maßnahmen, in hochreines Siliziumnitrid umgewandelt werden kann, das sich besonders gut zur Herstellung von Solarsilizium eignet. expenditure on equipment to produce high-purity silicon dioxide, which, in particular using special measures, can be converted into high-purity silicon nitride, which is particularly suitable for the production of solar grade silicon.

Ein wesentliches Verfahrensmerkmal bei dem Verfahrensschritt der Siliziumdioxidherstellung ist die Kontrolle des pH-Werts des Siliziumdioxids sowie der Reaktionsmedien in denen sich das Siliziumdioxid während der betreffenden Teil- Verfahrensschritte befindet. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, sind die Erfinder der Ansicht, dass durch einen sehr niedrigen pH-Wert des Reaktionsmediums An essential feature of the process of silica production is the control of the pH of the silica and the reaction media in which the silica is present during the respective partial process steps. Without being bound by any particular theory, the inventors believe that due to a very low pH of the reaction medium

sichergestellt wird, dass idealerweise keine freien, negativ geladenen SiO-Gruppen auf der Siliziumdioxidoberfläche ensures that ideally no free, negatively charged SiO groups on the silica surface

vorhanden sind, an die störende Metallionen angebunden werden können. Bei sehr niedrigem pH-Wert ist die Oberfläche sogar positiv geladen, sodass Metallkationen von der are present, can be tied to the disturbing metal ions. At very low pH, the surface is even positively charged, so that metal cations of the

Siliziumdioxidoberfläche abgestoßen werden. Werden diese  Silicon dioxide surface are repelled. Be this

Metallionen nun ausgewaschen, solange der pH-Wert sehr niedrig ist, kann verhindert werden, dass sich diese an der Oberfläche des erfindungsgemäßen Siliziumdioxids anlagern. Nimmt die Siliziumdioxidoberfläche eine positive Ladung an, so wird zudem verhindert, dass Siliziumdioxidpartikel sich aneinander anlagern und dadurch Hohlräume gebildet werden in denen sich Verunreinigungen einlagern könnten. Das erfindungsgemäße Metal ions now washed out, as long as the pH is very low, it can be prevented that they attach to the surface of the silica according to the invention. If the silicon dioxide surface assumes a positive charge, then it is also prevented that silica particles adhere to one another and thus cavities are formed in which impurities could accumulate. The invention

Verfahren kommt somit ohne die Verwendung von Procedure thus comes without the use of

Chelatisierungsreagenzien bzw. von Ionenaustauschern aus. Auch auf Kalzinierungsschritte kann verzichtet werden. Somit ist das vorliegende Verfahren wesentlich einfacher und Chelating reagents or ion exchangers. Even calcination steps can be dispensed with. Thus, the present method is much simpler and

kostengünstiger als Verfahren des Standes der Technik. less expensive than prior art methods.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es in herkömmlichen Apparaturen durchgeführt werden kann. Another advantage of the method according to the invention is that it can be carried out in conventional apparatuses.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliziumnitrid, umfassend die nachfolgend genannten Schritte Herstellung von hochreinem Siliziumdioxid durch The present invention therefore relates to a process for producing high-purity silicon nitride, comprising the steps mentioned below Production of high purity silica by

Ausfällung von zumindest einer Silikatlösung mit  Precipitation of at least one silicate solution with

zumindest einem Säuerungsmittel, wobei der pH-Wert der Fällvorlage, der Fällsuspension und des Waschmediums, zumindest im ersten Waschschritt, kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz  at least one acidulant, wherein the pH of the precipitate, the precipitation suspension and the washing medium, at least in the first washing step, less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, completely

besonders bevorzugt kleiner 0,5 beträgt.  more preferably less than 0.5.

Umsetzung des hochreinen Siliziumdioxids aus Schritt a mit zumindest einer hochreinen Kohlenstoffquelle und zumindest einer Stickstoffquelle zu hochreinem S 13N4 . Reaction of the high-purity silicon dioxide from step a with at least one high-purity carbon source and at least one nitrogen source to give highly pure S 1 3 N 4 .

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silizium umfassend das o.g. The present invention also provides a process for producing high purity silicon comprising the above-mentioned.

Verfahren zur Herstellung von S 13N4 sowie zusätzlich zumindest den Verfahrensschritt c. thermische Zersetzung von hochreinem S 13N4 zu hochreinem Silizium Process for the preparation of S 1 3 N 4 and additionally at least the process step c. thermal decomposition of high purity S 1 3 N 4 to high purity silicon

Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein hochreines Siliziumnitrid ( S 13N4 ) , dadurch gekennzeichnet, dass es das nachfolgend für hochreines S 13N4 definierte Further subject of the present invention is a high-purity silicon nitride (S 1 3 N 4 ), characterized in that it defines the following for highly pure S 1 3 N 4

Verunreinigungsprofil aufweist. Contamination profile has.

Schließlich ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Siliziumnitrids. Bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Siliziumnitrids als Beschichtungsmaterial , insbesondere als Trennschicht bzw. zur Vermeidung von Kontaminationen durch das mit Siliziumnitrid beschichtete Trägermaterial, das insbesondere Siliziumdioxid oder Graphit enthalten kann. Weiterhin eignet sich das Finally, the subject of the present invention is the use of the silicon nitride according to the invention. Preference is given to the use of the silicon nitride according to the invention as a coating material, in particular as a separating layer or to avoid contamination by the substrate coated with silicon nitride, which may in particular contain silicon dioxide or graphite. Furthermore, this is suitable

erfindungsgemäße Siliziumnitrid in besonderer Weise als Silicon nitride according to the invention in a special way

Rohstoff zur Herstellung von keramischen Werkstoffen für hohe mechanische und thermische Beanspruchungen. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail Raw material for the production of ceramic materials for high mechanical and thermal loads. The present invention will be described in detail below

beschrieben. Zunächst werden jedoch einige wichtige Begriffe definiert . described. First, however, some important terms are defined.

Als hochreines Siliziumnitrid bzw. hochreines Siliziumdioxid bzw. hochreines Silizium bzw. hochreiner Kohlenstoff bzw. As high-purity silicon nitride or high-purity silicon dioxide or high-purity silicon or high-purity carbon or

hochreine Kohlenstoffquelle wird die jeweilige Substanz mit einem folgenden Verunreinigungsprofil verstanden: a. Aluminium kleiner gleich 5 ppm oder zwischen 5 ppm undHighly pure carbon source, the respective substance is understood to have a following impurity profile: a. Aluminum less than or equal to 5 ppm or between 5 ppm and

0,0001 ppt, insbesondere zwischen 3 ppm bis 0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 0,8 ppm bis 0,0001, ppt, besonders bevorzugt zwischen 0,6 ppm bis 0,0001 ppt, noch besser zwischen 0,1 ppm bis 0,0001 ppt, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,01 ppm und 0,0001 ppt, wobei noch bevorzugter0.0001 ppt, in particular between 3 ppm to 0.0001 ppt, preferably between 0.8 ppm to 0.0001, ppt, more preferably between 0.6 ppm to 0.0001 ppt, even better between 0.1 ppm to 0 , 0001 ppt, most preferably between 0.01 ppm and 0.0001 ppt, more preferably

1 ppb bis 0,0001 ppt ist, 1 ppb is up to 0.0001 ppt,

b. Bor unter 10 ppm bis 0,0001 ppt, insbesondere im Bereich von 5 ppm bis 0,0001 ppt, bevorzugt im Bereich von 3 ppm bis 0,0001 ppt oder besonders bevorzugt im Bereich von 10 ppb bis 0,0001 ppt, noch bevorzugter im Bereich von 1 ppb bis 0, 0001 ppt  b. Boron below 10 ppm to 0.0001 ppt, in particular in the range of 5 ppm to 0.0001 ppt, preferably in the range of 3 ppm to 0.0001 ppt, or more preferably in the range of 10 ppb to 0.0001 ppt, more preferably in Range from 1 ppb to 0, 0001 ppt

c. Calcium kleiner gleich 2 ppm, bevorzugt zwischen 2 ppm und 0,0001 ppt, insbesondere zwischen 0,3 ppm bis 0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 0,01 ppm bis 0,0001 ppt,  c. Calcium less than or equal to 2 ppm, preferably between 2 ppm and 0.0001 ppt, in particular between 0.3 ppm and 0.0001 ppt, preferably between 0.01 ppm and 0.0001 ppt,

besonders bevorzugt zwischen 1 ppb bis 0,0001 ppt, d. Eisen kleiner gleich 20 ppm, bevorzugt zwischen 10 ppm und 0,0001 ppt, insbesondere zwischen 0,6 ppm und 0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 0,05 ppm bis 0,0001 ppt,  more preferably between 1 ppb to 0.0001 ppt, d. Iron less than or equal to 20 ppm, preferably between 10 ppm and 0.0001 ppt, in particular between 0.6 ppm and 0.0001 ppt, preferably between 0.05 ppm and 0.0001 ppt,

besonders bevorzugt zwischen 0,01 ppm bis 0,0001 ppt, und ganz besonders bevorzugt 1 ppb bis 0,0001 ppt;  more preferably between 0.01 ppm to 0.0001 ppt, and most preferably from 1 ppb to 0.0001 ppt;

e. Nickel kleiner gleich 10 ppm, bevorzugt zwischen 5 ppm und 0,0001 ppt, insbesondere zwischen 0,5 ppm und 0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 0,1 ppm bis 0,0001 ppt, e. Nickel less than or equal to 10 ppm, preferably between 5 ppm and 0.0001 ppt, in particular between 0.5 ppm and 0.0001 ppt, preferably between 0.1 ppm and 0.0001 ppt,

besonders bevorzugt zwischen 0,01 ppm bis 0,0001 ppt, und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 ppb bis 0,0001 ppt f. Phosphor kleiner 10 ppm bis 0,0001 ppt, bevorzugt  more preferably between 0.01 ppm to 0.0001 ppt, and most preferably between 1 ppb to 0.0001 ppt f. Phosphorus less than 10 ppm to 0.0001 ppt, preferably

zwischen 5 ppm bis 0,0001 ppt, insbesondere kleiner 3 ppm bis 0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 10 ppb bis 0,0001 ppt und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 ppb bis 0,0001 ppt  between 5 ppm to 0.0001 ppt, in particular less than 3 ppm to 0.0001 ppt, preferably between 10 ppb to 0.0001 ppt and very particularly preferably between 1 ppb to 0.0001 ppt

g. Titan kleiner gleich 2 ppm, bevorzugt kleiner gleich 1 ppm bis 0,0001 ppt, insbesondere zwischen 0,6 ppm bis G. Titanium less than or equal to 2 ppm, preferably less than or equal to 1 ppm to 0.0001 ppt, in particular between 0.6 ppm to

0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 0,1 ppm bis 0,0001 ppt, besonders bevorzugt zwischen 0,01 ppm bis 0,0001 ppt, und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 ppb bis 0,0001 ppt. h. Zink kleiner gleich 3 ppm, bevorzugt kleiner gleich 1 ppm bis 0,0001 ppt, insbesondere zwischen 0,3 ppm bis 0,0001 ppt, bevorzugt zwischen 0,1 ppm bis 0,0001 ppt, 0.0001 ppt, preferably between 0.1 ppm to 0.0001 ppt, more preferably between 0.01 ppm to 0.0001 ppt, and most preferably between 1 ppb to 0.0001 ppt. H. Zinc less than or equal to 3 ppm, preferably less than or equal to 1 ppm to 0.0001 ppt, in particular between 0.3 ppm to 0.0001 ppt, preferably between 0.1 ppm to 0.0001 ppt,

besonders bevorzugt zwischen 0,01 ppm bis 0,0001 ppt und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 ppb bis 0,0001 ppt, wobei für jedes Element eine Reinheit im Bereich der  more preferably between 0.01 ppm to 0.0001 ppt and most preferably between 1 ppb to 0.0001 ppt, wherein for each element a purity in the

Nachweisgrenze angestrebt werden kann. Detection limit can be sought.

Im Falle von hochreinem Silizium bzw. hochreinem In the case of high purity silicon or high purity

Siliziumnitrid bzw. hochreinem Kohlenstoff beträgt die Silicon nitride or high purity carbon is the

Gesamtverunreinigung mit den vorgenannten Elementen bevorzugt kleiner 100 Gew. -ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 Gew. -ppm und ganz besonders bevorzugt kleiner 5 Gew. -ppm. Die Summe der im hochreinen Silizium enthaltenen Verunreinigungen bezieht sich auf das unmittelbare Verfahrensprodukt der Schmelze. Besonders bevorzugt ist das erhaltene hochreine Silizium als Solarsilizium geeignet. Im Falle des hochreinen Siliziumdioxids beträgt die Summe der o.g. Verunreinigungen plus Natrium und Kalium bevorzugt kleiner 100 ppm, besonders bevorzugt kleiner 50 ppm, ganz besonders bevorzugt kleiner 1 ppm, speziell bevorzugt kleiner 5 ppm, ganz speziell bevorzugt 0,5 bis 3 ppm und insbesondere 1 ppm bis 3 ppm. Total contamination with the aforementioned elements preferably less than 100 ppm by weight, more preferably less than 10 ppm by weight and very particularly preferably less than 5 ppm by weight. The sum of the impurities contained in the high purity silicon refers to the immediate process product of the melt. Particularly preferably, the resulting high-purity silicon is suitable as solar grade silicon. In the case of the high-purity silicon dioxide, the sum of the abovementioned impurities plus sodium and potassium is preferably less than 100 ppm, particularly preferably less than 50 ppm, very preferably less than 1 ppm, especially preferably less than 5 ppm, very particularly preferably from 0.5 to 3 ppm and in particular 1 ppm to 3 ppm.

In Schritt a. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst hochreines Siliziumdioxid hergestellt, wobei der Schritt a. bevorzugt die nachfolgenden Schritte umfasst In step a. The process according to the invention first produces high-purity silicon dioxide, the step a. preferably comprises the subsequent steps

a.a. Herstellung einer Fällvorlage aus einem  a.a. Producing a Fällvorlage from a

Säuerungsmittel oder einem Säuerungsmittel und Wasser mit einem pH-Wert von kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 a.b. Bereitstellen einer Silikatlösung mit einer Viskosität von 0,1 bis 10000 Poise a.c. Gemeinsame Zugabe der Silikatlösung aus Schritt a.b. mit einem Säuerungsmittel in die Vorlage aus Schritt a.a oder alleinige Zugabe der Silikatlösung aus  Acidulant or an acidulant and water having a pH of less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably less than 0.5 a.b. Providing a silicate solution with a viscosity of 0.1 to 10,000 poise a.c. Common addition of the silicate solution from step a.b. with an acidifier in the template from step a.a or sole addition of the silicate solution

Schritt a.b. in die Vorlage aus Schritt a.a derart, dass der pH-Wert der erhaltenen Fällsuspension jederzeit auf einem Wert kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1 und ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 bleibt a.d. Optional Abtrennen des Siliziumdioxids a.e. Waschen des erhaltenen Siliziumdioxids, wobei das  Step a.b. in the template from step a.a such that the pH of the resulting precipitation suspension at any time to a value less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1 and most preferably less than 0.5 remains a.d. Optional separation of the silica a.e. Washing the resulting silica, wherein the

Waschmedium zumindest im ersten Waschschritt einen pH- Wert kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1 und ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 aufweist a.f. Optional Trocknen des erhaltenen Siliziumdioxids. In den verschiedenen Varianten des erfindungsgemäßen Washing medium, at least in the first washing step has a pH of less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1 and most preferably less than 0.5 af Optional drying of the resulting silica. In the different variants of the invention

Verfahrens wird Wasser zugesetzt oder verwendet. Bei dem Method is added or used water. In which

Wasser handelt es sich vorzugsweise um destilliertes oder entionisiertes oder VE-Wasser. Water is preferably distilled or deionized or deionized water.

In allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, können als Säuerungsmittel organische oder anorganische Säuren, bevorzugt Mineralsäuren, besonders bevorzugt Salzsäure, In all variants of the process according to the invention, the acidulants used can be organic or inorganic acids, preferably mineral acids, particularly preferably hydrochloric acid,

Phosphorsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, Sulfurylchlorid, Perchlorsäure , Ameisensäure und/oder Phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuryl chloride, perchloric acid, formic acid and / or

Essigsäure in konzentrierter oder verdünnter Form oder um Gemische der vorgenannten Säuren verwendet werden. Besonders bevorzugt sind die zuvor genannten anorganischen Säuren. Acetic acid can be used in concentrated or diluted form or mixtures of the aforementioned acids. Particularly preferred are the aforementioned inorganic acids.

Insbesondere kann Salzsäure, bevorzugt 2 bis 14 N, besonders bevorzugt 2 bis 12 N, ganz besonders bevorzugt 2 bis 10 N, speziell bevorzugt 2 bis 7 N und ganz speziell bevorzugt 3 bis 6 N, Phosphorsäure, bevorzugt 2 bis 59 N, besonders bevorzugt 2 bis 50 N, ganz besonders bevorzugt 3 bis 40 N, speziell bevorzugt 3 bis 30 N und ganz speziell bevorzugt 4 bis 20 N,In particular, hydrochloric acid, preferably 2 to 14 N, more preferably 2 to 12 N, most preferably 2 to 10 N, especially preferably 2 to 7 N and most preferably 3 to 6 N, phosphoric acid, preferably 2 to 59 N, particularly preferred From 2 to 50 N, very particularly preferably from 3 to 40 N, especially preferably from 3 to 30 N and very particularly preferably from 4 to 20 N,

Salpetersäure, bevorzugt 1 bis 24 N, besonders bevorzugt 1 bis 20 N, ganz besonders bevorzugt 1 bis 15 N, speziell bevorzugt 2 bis 10 N, Schwefelsäure, bevorzugt 1 bis 37 N, besonders bevorzugt 1 bis 30 N, ganz besonders bevorzugt 2 bis 20 N, speziell bevorzugt 2 bis 10 N, verwendet werden. Ganz Nitric acid, preferably 1 to 24 N, more preferably 1 to 20 N, most preferably 1 to 15 N, especially preferably 2 to 10 N, sulfuric acid, preferably 1 to 37 N, more preferably 1 to 30 N, most preferably 2 to 20 N, especially preferably 2 to 10 N are used. All

besonders bevorzugt wird Schwefelsäure verwendet. Sulfuric acid is particularly preferably used.

Die Säuerungsmittel können in einer Reinheit, welche üblicher weise als „technischer Grad" bezeichnet wird verwendet werden. Darin liegt einer der besonderen Vorteile des The acidulants may be used in a purity which is commonly referred to as a "technical grade." This is one of the particular advantages of

erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch die spezielle inventive method. By the special

Reaktionsführung und Reaktionskontrolle beim Verfahrensschritt a., d.h. der Herstellung des hochreinen Siliziumdioxids, ist es nämlich erstmals gelungen aus handelsüblichen Edukten ohne spezielle Aufreinigungsschritte wie Chelatisierung oder  Reaction procedure and reaction control in process step a., I. the production of high purity silicon dioxide, it is namely for the first time succeeded from commercially available starting materials without special purification steps such as chelation or

Ionenaustausch hochreines Siliziumdioxid herzustellen. Dies führt zu einer erheblich Reduktion der Herstellkosten des Siliziumdioxids. Ferner kann ein Siliziumdioxid erhalten werden, welches in einer solchen Reinheit nicht in natürl Form als Quarz verfügbar ist. Ion exchange to produce high purity silicon dioxide. This leads to a considerable reduction in the production costs of the silicon dioxide. Further, a silicon dioxide can be obtained which is not available in such purity as natural quartz.

Bei dem in Schritt a.a. verwendeten Säuerungsmittel handelt es sich bevorzugt um das Säuerungsmittel, welches auch in Schritt a.e. zum Waschen des Filterkuchens verwendet wird. In step a.a. Acid used is preferably the acidulant, which is also used in step a.e. is used for washing the filter cake.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a.a. in die Vorlage neben dem Säuerungsmittel ein Peroxid gegeben, welches mit Titan ( IV) -Ionen unter sauren Bedingungen eine gelb/orange Färbung hervorruft. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um Wasserstoffperoxid oder Kaliumperoxodisulfat . Durch die gelb/orange Färbung der In a preferred variant of the method according to the invention, in step a.a. in the template next to the acidifying agent added a peroxide, which causes a yellow / orange coloration with titanium (IV) ions under acidic conditions. This is particularly preferably hydrogen peroxide or potassium peroxodisulfate. Due to the yellow / orange coloring of the

Reaktionslösung kann der Grad der Aufreinigung während des Waschschrittes a.e. sehr gut nachvollzogen werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass gerade Titan eine sehr hartnäckige Verunreinigung darstellt, welche bereits bei pH-Werten über 2 leicht an das Siliziumdioxid anlagert. Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei verschwinden der gelb/orangen Färbung in Stufe a.e. in der Regel die gewünschte Reinheit des Siliziumdioxids erreicht ist und das Reaction solution, the degree of purification during the washing step a.e. be understood very well. In fact, it has been found that titanium in particular is a very stubborn contaminant, which readily accumulates at the silicon dioxide even at pH values above 2. The inventors have found that when the yellow / orange coloration disappears in stage a.e. usually the desired purity of the silicon dioxide is achieved and the

Siliziumdioxid ab diesem Zeitpunkt mit destilliertem oder VE- Wasser gewaschen werden kann bis ein bevorzugt neutraler pH- Wert des Siliziumdioxids erreicht ist. Um diese  From this point on, silicon dioxide can be washed with distilled or demineralized water until a preferably neutral pH of the silicon dioxide is reached. Around

Indikatorfunktion des Peroxids zu erreichen ist es auch möglich das Peroxid nicht in Schritt a.a., sondern in Schritt a.b. dem Wasserglas oder in Schritt a.e. als weiteren It is also possible that the peroxide is not reached in step a.a., but in step a.b. the water glass or in step a.e. as another

Stoffstrom zuzugeben. Grundsätzlich ist es auch möglich das Peroxid erst nach Schritt a.e. und vor Schritt a.d. oder a.e. oder während Schritt a.e. zuzugeben. Alle zuvor genannten Varianten sowie Mischformen davon sind Gegenstände der Add substance flow. In principle, it is also possible the peroxide after step a.e. and before step a.d. or a.e. or during step a.e. admit. All variants mentioned above and mixed forms thereof are objects of

vorliegenden Erfindungen. Bevorzugt sind jedoch die Varianten bei denen das Peroxid in Schritt a.a. oder a.b. zugegeben wird, da es in diesem Fall neben der Indikatorfunktion eine weitere Funktion ausüben kann. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, sind die Erfinder der Ansicht, dass einige - insbesondere kohlenstoffhaltige -Verunreinigungen durch present inventions. However, preference is given to the variants in which the peroxide is added in step aa or ab, since in this case it can exert a further function in addition to the indicator function. Without being bound by any particular theory, the inventors believe that some - especially carbonaceous contaminants

Reaktion mit dem Peroxid oxidiert und aus der Reaktionslösung entfernt werden. Andere Verunreinigungen werden durch Oxidized reaction with the peroxide and removed from the reaction solution. Other impurities are going through

Oxidation in eine besser lösliche und somit auswaschbare Form gebracht. Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Oxidation in a more soluble and thus leachable form brought. The inventive method thus has the

Vorteil, dass kein Kalzinierungsschritt durchgeführt werden muss, obwohl dies optional natürlich möglich ist.  Advantage that no calcination step must be performed, although this is optional of course possible.

In allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als in wässriger Phase gelöstes Siliziumoxid vorzugsweise eine wässrige Silikatlösung, besonders bevorzugt eine Alkali- und/oder Erdalkalisilikatlösung, ganz besonders bevorzugt ein Wasserglas verwendet werden. Solche Lösungen können In all variants of the process according to the invention can be used as the aqueous phase dissolved in silica preferably an aqueous silicate solution, more preferably an alkali and / or alkaline earth silicate solution, most preferably a water glass. Such solutions can

kommerziell erworben, durch Verflüssigung fester Silikate hergestellt, aus Siliziumdioxid und Natriumcarbonat commercially obtained by liquefaction of solid silicates, made of silica and sodium carbonate

hergestellt oder beispielsweise das über made or for example the over

Hydrothermalverfahren direkt aus Siliziumdioxid und  Hydrothermal process directly from silicon dioxide and

Natriumhydroxid und Wasser bei erhöhter Temperatur hergestellt werden. Das Hydrothermalverfahren kann gegenüber dem Sodium hydroxide and water are prepared at elevated temperature. The hydrothermal process can be compared with the

Sodaverfahren bevorzugt sein, weil es zu saubereren gefällten Siliziumdioxiden führen kann. Ein Nachteil des Soda method may be preferred because it can lead to cleaner precipitated silica. A disadvantage of

Hydrothermalverfahrens ist die begrenzte Bandbreite an  Hydrothermal process is the limited bandwidth

erhältlichen Modulen, beispielsweise beträgt das Modul von S1O2 zu Na2<0 hierbei in der Regal bis zu 2, wobei im available modules, for example, the modulus of S1O 2 to Na 2 <0 in this case in the shelf up to 2, where in

erfindungsgemäßen Verfahren jedoch Module von 2 bis 4 inventive method but modules from 2 to 4

bevorzugt sind. Zudem müssen die Wassergläser nach dem are preferred. In addition, the water glasses after the

Hydrothermalvefahren in der Regel vor einer Fällung Hydrothermal driving usually precedes a precipitation

aufkonzentriert werden. Generell ist dem Fachmann die be concentrated. In general, the expert is the

Herstellung von Wasserglas als solches bekannt. Gemäß einer Alternative wird ein Alkaliwasserglas, Production of water glass known as such. According to an alternative, an alkali water glass,

insbesondere Natriumwasserglas oder Kaliumwasserglas, in particular sodium water glass or potassium water glass,

gegebenenfalls filtriert und im Anschluss, sofern notwendig aufkonzentriert . Die Filtration des Wasserglases bzw. der wässrigen Lösung gelöster Silikate, zur Abtrennung fester, ungelöster Bestandteile kann nach dem Fachmann an sich if necessary, filter and subsequently concentrate if necessary. The filtration of the waterglass or of the aqueous solution of dissolved silicates, for the separation of solid, undissolved constituents can, according to the person skilled in the art per se

bekannten Verfahren und mit dem Fachmann bekannten known methods and known to those skilled in the art

Vorrichtungen erfolgen. Die verwendete Silikatlösung weist bevorzugt ein Modul, d.h. Gewichtsverhältnis von Metalloxid zu Siliziumdioxid, von 1,5 bis 4,5, bevorzugt 1,7 bis 4,2, besonders bevorzugt von 2 bis 4,0 auf. Devices take place. The silicate solution used preferably has a modulus, ie weight ratio of metal oxide to silicon dioxide, of from 1.5 to 4.5, preferably from 1.7 to 4.2, particularly preferably from 2 to 4.0.

Das erfindungsgemäße Fällungsverfahren kommt ohne die The precipitation method according to the invention comes without the

Verwendung von Chelatisierungsreagenzien bzw. von Use of chelating reagents or of

Ionenaustauschersäulen aus. Auch auf Kalzinierungsschritte des gereinigten Siliziumoxids kann verzichtet werden. Somit ist das vorliegende Fällungsverfahren wesentlich einfacher und kostengünstiger als Verfahren des Standes der Technik. Die vorliegende Erfindung schließt solche Schritte jedoch nicht aus, d.h. umfasst auch Verfahren in denen solche Schritte durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil des Ion exchange columns. Even calcination steps of the purified silicon oxide can be dispensed with. Thus, the present precipitation process is much simpler and less expensive than prior art processes. However, the present invention does not exclude such steps, i. also includes methods in which such steps are performed. Another advantage of

erfindungsgemäßen Fällungsverfahrens liegt darin, dass es in herkömmlichen Apparaturen durchgeführt werden kann. The precipitation method according to the invention is that it can be carried out in conventional apparatuses.

Die Verwendung von Ionenaustauschern zur Aufreinigung der Silikatlösungen und oder Säuerungsmitteln vor der Fällung ist nicht notwendig, kann sich je nach Qualität der wässrigenThe use of ion exchangers to purify the silicate solutions and / or acidulants prior to precipitation is not necessary, may vary depending on the quality of the aqueous

Silikatlösungen aber als zweckmäßig erweisen. Daher kann eine alkalische Silikatlösung auch entsprechend der WO 2007/106860 vorbehandelt werden, um den Bor- und/oder Phosphorgehalt vorab zu minimieren. Dazu kann die Alkalisilikatlösung (wässrige Phase in der Siliziumoxid gelöst ist) mit einem But silicate solutions prove useful. Therefore, an alkaline silicate solution can also be pretreated according to WO 2007/106860 in order to minimize the boron and / or phosphorus content in advance. For this purpose, the alkali silicate solution (aqueous phase is dissolved in the silica) with a

Übergangsmetall, Calcium oder Magnesium, einem Molybdän-Salz oder mit einem mit Molybdatsalzen modifizierten  Transition metal, calcium or magnesium, a molybdenum salt or modified with a molybdate salt

Ionenaustauscher zur Minimierung des Phosphorgehaltes Ion exchanger for minimizing the phosphorus content

behandelt werden. Vor der Fällung entsprechend des Verfahrens der WO 2007/106860 kann die Alkalisilikatlösung der be treated. Before the precipitation according to the method of WO 2007/106860, the alkali silicate solution of

erfindungsgemäßen Fällung im Sauren, insbesondere bei einem pH-Wert kleiner 2 zugeführt werden. Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren jedoch Säuerungsmittel und Precipitation according to the invention in acid, especially at a pH less than 2 are supplied. Preferably, however, acidulants and

Silikatlösungen verwendet, welche vor der Fällung nicht mittels Ionenaustauschern behandelt wurden. Silicate solutions used which were not treated by means of ion exchangers prior to precipitation.

Die Silikatlösung weist vorzugsweise vor der sauren Fällung einen Siliziumdioxidgehalt von etwa mindestens 10 Gew.-% oder höher auf. Bevorzugt wird eine Silikatlösung, insbesondere ein The silicate solution preferably has a silica content of about at least 10% by weight or higher prior to acid precipitation. Preference is given to a silicate solution, in particular a

Natriumwasserglas, eingesetzt, deren Viskosität von 0,1 bis 10000 Poise, bevorzugt 0,2 bis 5000 Poise, besonders 0,3 bis 3000 Poise, speziell bevorzugt 0,4 bis 1000 Poise liegt (bei Raumtemperatur, 20 °C) . Sodium water glass, used whose viscosity is from 0.1 to 10,000 poise, preferably 0.2 to 5000 poise, especially 0.3 to 3000 poise, especially preferably 0.4 to 1000 poise (at room temperature, 20 ° C).

Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Variante des According to a first particularly preferred variant of

Verfahrens ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren welches mit Silikatlösungen niedriger bis mittlerer Viskosität A process of the invention is a process which comprises silicate solutions of low to medium viscosity

durchgeführt wird, d.h. wobei Schritt a.b. wie folgt is performed, i. wherein step a.b. as follows

abgeändert wird: a.b. Bereitstellen einer Silikatlösung mit einer is changed: a.b. Providing a silicate solution with a

Viskosität von 0,1 bis 2 Poise  Viscosity of 0.1 to 2 poise

Gemäß einer zweiten besonders bevorzugten Variante des According to a second particularly preferred variant of

Verfahrens ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren welches mit Silikatlösungen hoher bzw. sehr hoher Viskosität The invention relates to a method which with silicate solutions of high or very high viscosity

durchgeführt wird, d.h. wobei Schritt a.b. wie folgt is performed, i. wherein step a.b. as follows

abgeändert wird: a.b. Bereitstellen einer Silikatlösung mit einer is changed: a.b. Providing a silicate solution with a

Viskosität von 2 bis 10000 Poise  Viscosity from 2 to 10,000 poise

In Schritt a.b. und a.c. der ersten bevorzugten Variante des Hauptaspektverfahrens wird eine Silikatlösung mit einer In step a.b. and a.c. The first preferred variant of the main aspect method is a silicate solution with a

Viskosität von 0,1 bis 2 Poise, bevorzugt 0,2 bis 1,9 Poise, besonders 0,3 bis 1,8 Poise und speziell bevorzugt 0,4 bis 1,6 Poise und ganz speziell bevorzugt 0,5 bis 1,5 Poise Viscosity of 0.1 to 2 poise, preferably 0.2 to 1.9 poise, especially 0.3 to 1.8 poise and especially preferably 0.4 to 1.6 poise and most preferably 0.5 to 1.5 poise

bereitgestellt. Auch Mischungen mehrerer Silikatlösungen können verwendet werden. provided. Mixtures of several silicate solutions can also be used.

In Schritt a.b. und a.c. der zweiten bevorzugten Variante des Hauptaspektverfahrens wird eine Silikatlösung mit einer In step a.b. and a.c. The second preferred variant of the main aspect method is a silicate solution with a

Viskosität von 2 bis 10000 Poise, bevorzugt 3 bis 7000 Poise, besonders 4 bis 6000 Poise, speziell bevorzugt 4 bis 1000 Poise , ganz speziell bevorzugt 4 bis 100 Poise und Viscosity of 2 to 10,000 poise, preferably 3 to 7,000 poise, especially 4 to 6,000 poise, especially preferably 4 to 1,000 Poise, especially 4 to 100 poise and

insbesondere bevorzugt 5 bis 50 Poise bereitgestellt. Ein Beispiel für ein hochkonzentriertes Wasserglas mit hoher more preferably 5 to 50 poise provided. An example of a highly concentrated water glass with high

Viskosität ist das Wasserglas 58/60 mit einer Dichte von 1,690 - 1,710, einem Si02~Gehalt von 36 - 37 Gew. %, einem Na2<0-Viscosity is the water glass 58/60 with a density of 1.690 - 1.710, a Si0 2 ~ content of 36 - 37 wt.%, A Na 2 <0

Gehalt von 17,8 - 18,4 Gew. % und einer Viskosität bei 20 °C von etwa 600 Poise wie es in Ullmanns Encyclopedia of Content of 17.8 - 18.4 wt.% And a viscosity at 20 ° C of about 600 poise as described in Ullmanns Encyclopedia of

Chemistry, 4. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Band 21, Verlag Chemie GmbH, D-6940 Weinheim, 1982, Seite 411 Chemistry, 4th revised and expanded edition, Volume 21, Verlag Chemie GmbH, D-6940 Weinheim, 1982, page 411

beschrieben wird. Dort finden sich ebenfalls allgemeine is described. There are also general

Anleitungen zur Herstellung hochviskoser Wassergläser. Ein weiteres Beispiel ist ein Wasserglas der Firma VAN BAERLE CHEMISCHE FABRIK, Gernsheim, Deutschland, mit einer Viskosität von 500 Poise, Grädigkeit von 58-60, Dichte von 1,67-1,71, Na20-Gehalt von 18%, Si02-Gehalt von 37,0% Wasser-Gehalt von ca. 45,0%, Gewichtsverhältnis Si02/ aO ca. 2,05, Molverhältnis Si02/ aO ca. 2,1. Die Firma PQ-Corporation bietet Wassergläser mit Viskositäten von beispielsweise 15 und 21 Pois an. Dem Fachmann ist bekannt, dass er hochkonzentrierte Instructions for making high-viscosity water glasses. Another example is a water glass from VAN BAERLE CHEMISCHE FABRIK, Gernsheim, Germany, with a viscosity of 500 poise, 58-60 porosity, density of 1.67-1.71, Na 2 O content of 18%, Si0 2 content of 37.0% water content of approx. 45.0%, weight ratio Si0 2 / aO approx. 2.05, molar ratio Si0 2 / aO approx. 2.1. PQ Corporation offers water glasses with viscosities of, for example, 15 and 21 pois. The skilled person is known to be highly concentrated

Silikatlösungen durch aufkonzentrieren weniger viskoser Silicate solutions by concentrating less viscous

Silikatlösungen oder durch auflösen von festen Silikaten in Wasser herstellen kann. Ein Beispiel für ein Wasserglas mit einer Viskosität von 5 - 6 Poise wird in den erfindungsgemäßen Beispielen offenbart.  Silicate solutions or by dissolving solid silicates in water can produce. An example of a water glass with a viscosity of 5-6 poise is disclosed in the examples of the invention.

In Schritt a.c. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Silikatlösung aus Schritt a.b. alleine oder zusammen mit einem Säuerungsmittel in die Vorlage gegeben und somit das In step a.c. In the process according to the invention, the silicate solution from step a.b. alone or together with an acidifier in the template and thus the

Siliziumdioxid ausgefällt. Die Zugabe erfolgt dabei derart, dass der pH-Wert der Reaktionslösung immer kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 und speziell bevorzugt 0,001 bis 0,5 beträgt. Falls notwendig kann weiteres Säuerungsmittel zugegeben werden um den pH-Wert zu regulieren. Die Temperatur der Reaktionslösung wird während der Zugabe der Silikatlösung durch Heizen oder Kühlen des Fällbehälters bevorzugt auf 20 bis 95 °C, besonders bevorzugt 30 bis 90°C, ganz besonders bevorzugt 40 bis 80 °C gehalten. Die Erfinder haben herausgefunden, dass besonders gut Silica precipitated. The addition takes place in such a way that the pH of the reaction solution is always less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably less than 0.5 and especially preferably 0.001 to 0.5. If necessary, additional acidulant can be added to control the pH. The temperature of the reaction solution is preferably maintained at 20 to 95 ° C, more preferably 30 to 90 ° C, most preferably 40 to 80 ° C during the addition of the silicate solution by heating or cooling the precipitation vessel. The inventors have found that especially good

filtrierbare Niederschläge erhalten werden, wenn die Filterable precipitates are obtained when the

Silikatlösung in Tropfenform in die Vorlage und/oder Silicate solution in drop form in the template and / or

Fällsuspension eintritt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher dafür Sorge getragen, dass die Silikatlösung in Tropfenform in die Vorlage und/oder Fällsuspension eintritt. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die Silikatlösung durch Tropfen mittels eines außerhalb der Vorlage/Fällsuspension angebrachten und/oder eines in die Vorlage/Fällsuspension eintauchendenFällsuspension occurs. In a preferred embodiment of the present invention, care is therefore taken to ensure that the silicate solution enters the original and / or precipitation suspension in droplet form. This can be achieved, for example, by dropping the silicate solution by means of a spray applied outside the template / precipitation suspension and / or immersed in the receiver / precipitation suspension

Dosieraggregat eingebracht wird. Geeignete Aggregate wie z.B. Sprühaggregate, Tropfengeneratoren, Prillteller sind dem Metering unit is introduced. Suitable aggregates such as e.g. Spraying units, drop generators, Prillteller are the

Fachmann bekannt. Specialist known.

In der ersten besonders bevorzugten Variante des In the first particularly preferred variant of the

Hauptaspektverfahrens, d.h. dem Verfahren mit niedrigviskosem Wasserglas, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorlage / Fällsuspension derart in Bewegung versetzt wird, z.B. durch Rühren oder Umpumpen, dass die Main aspect method, i. In the low viscous waterglass process, it has been found to be particularly advantageous to agitate the master / precipitation suspension, e.g. by stirring or pumping over that

Strömungsgeschwindigkeit gemessen in einem Bereich der durch den halben Radius des Fällbehälters ± 5 cm sowie Oberfläche der Reaktionslösung bis 10 cm unter der Reaktionsoberfläche begrenzt wird von 0,001 bis 10 m/s, bevorzugt 0,005 bis 8 m/s, besonders bevorzugt 0,01 bis 5 m/s, ganz besonders 0,01 bis 4 m/s, speziell bevorzugt 0,01 bis 2 m/s und ganz speziell bevorzugt 0,01 bis 1 m/s beträgt. Flow rate measured in a range which is limited by half the radius of the precipitation container ± 5 cm and surface of the reaction solution to 10 cm below the reaction surface from 0.001 to 10 m / s, preferably 0.005 to 8 m / s, more preferably 0.01 to 5 m / s, more preferably 0.01 to 4 m / s, especially preferably 0.01 to 2 m / s and most preferably 0.01 to 1 m / s.

Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, sind die Erfinder der Ansicht, dass durch die niedrige Without being bound to a particular theory, the inventors believe that the low

Strömungsgeschwindigkeit die eintretende Silikatlösung Flow rate the incoming silicate solution

unmittelbar nach dem Eintritt in die Vorlage/Fällsuspension nur wenig verteilt wird. Dadurch kommt es an der Außenhülle der eintretenden Silikatlösungstropfen oder is distributed only slightly after entry into the submission / precipitation suspension. This results in the outer shell of the incoming silicate solution droplets or

Silikatlösungsströme zu einer schnellen Gelierung bevor Silicate solution streams for rapid gelation before

Verunreinigungen im Innern der Partikel eingeschlossen werden können. Durch optimale Wahl der der Strömungsgeschwindigkeit der Vorlage/Fällsuspension kann somit die Reinheit des Contaminants can be trapped inside the particles. By optimal choice of the flow rate of the template / precipitation suspension thus the purity of the

erhaltenen Produkts verbessert werden. Durch Kombination einer optimierten Strömungsgeschwindigkeit mit einem möglichst tropfenförmigen Eintrag der Silikatlösung kann dieser Effekt nochmals gesteigert werden, so dass eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der die Silikatlösung in Tropfenform in eine Vorlage / Fällsuspension mit einer Strömungsgeschwindigkeit, gemessen in einem Bereich der durch den halben Radius des Fällbehälters ± 5 cm sowie Oberfläche der Reaktionslösung bis 10 cm unter der obtained product can be improved. By combining an optimized flow rate with a possibly drop-shaped entry of the silicate solution, this effect can be further increased, so that an embodiment of the method according to the invention, in which the silicate solution in droplet form in a template / precipitation suspension at a flow rate, measured in a range of half by Radius of the precipitation tank ± 5 cm and surface of the reaction solution to 10 cm below the

Reaktionsoberfläche begrenzt wird, von 0,001 bis 10 m/s, bevorzugt 0,005 bis 8 m/s, besonders bevorzugt 0,01 bis 5 m/s, ganz besonders 0,01 bis 4 m/s, speziell bevorzugt 0,01 bis 2 m/s und ganz speziell bevorzugt 0,01 bis 1 m/s eingebracht wird. Auf diese Weise ist es ferner möglich Reaction surface is limited, from 0.001 to 10 m / s, preferably 0.005 to 8 m / s, more preferably 0.01 to 5 m / s, very particularly 0.01 to 4 m / s, especially preferably 0.01 to 2 m / s and very particularly preferably 0.01 to 1 m / s is introduced. In this way it is also possible

Siliziumdioxidpartikel zu erzeugen welche sich sehr gut filtrieren lassen (siehe Figuren 1 und 2) . Im Gegensatz dazu werden in Verfahren in denen eine hohe To produce silica particles which can be filtered very well (see Figures 1 and 2). In contrast, in processes in which a high

Strömungsgeschwindigkeit in der Vorlage/Fällsuspension  Flow rate in the template / precipitation suspension

vorliegt sehr feine Partikel gebildet, diese Partikel lassen sich sehr schlecht filtrieren. if very fine particles are formed, these particles are very difficult to filter.

In der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Hauptaspekts der vorliegenden Erfindung, d.h. bei Verwendung von In the second preferred embodiment of the main aspect of the present invention, i. when using

hochviskosem Wasserglas entstehen ebenfalls durch highly viscous water glass also arise through

tropfenförmige Zugabe der Silikatlösung besonders reine und gut filtrierbare Niederschläge. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, sind die Erfinder der Ansicht, dass die hohe Viskosität der Silikatlösung, zusammen mit dem pH-Wert, bedingt, dass nach Schritt c) ein gut filtrierbarer dropwise addition of the silicate solution particularly clean and easily filterable precipitates. Without being bound by any particular theory, the inventors believe that the high viscosity of the silicate solution, along with the pH, causes it to be readily filterable after step c)

Niederschlag entsteht sowie dass keine oder nur sehr geringe Verunreinigungen in inneren Hohlräumen der Precipitation occurs as well as that no or only very small impurities in internal cavities of the

Siliziumdioxidpartikel eingelagert werden, da durch die hohe Viskosität die Tropfenform der eintropfenden Silikatlösung weitgehend erhalten bleibt und der Tropfen nicht fein verteilt wird, bevor die Gelierung/Auskristallisation an der Oberfläche des Tropfens beginnt.  Silica particles are stored, since the droplet shape of the dripping silicate solution is largely retained by the high viscosity and the droplets are not finely divided before the gelation / crystallization begins on the surface of the droplet.

Wie zuvor ausgeführt kann durch geeignete Wahl der Viskosität der Silikatlösung und/oder der Rührgeschwindigkeit die As stated above, by suitable choice of the viscosity of the silicate solution and / or the stirring speed

Filtrierbarkeit der Partikel verbessert werden, da Partikel mit einer speziellen Form erhalten werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher gereinigte Filterability of the particles can be improved because particles to be obtained with a special shape. The subject of the present invention are therefore purified

Siliziumoxidpartikel, insbesondere Siliziumdioxidpartikel welche vorzugsweise einem äußeren Durchmesser von 0,1 bis 10 mm, besonders bevorzugt 0,3 bis 9 mm und ganz besonders bevorzugt 2 bis 8 mm. In einer ersten speziellen Silica particles, in particular silicon dioxide particles which preferably have an outer diameter of 0.1 to 10 mm, more preferably 0.3 to 9 mm and most preferably 2 to 8 mm. In a first special

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen diese Embodiment of the present invention have this

Siliziumdioxidpartikel eine Ringform auf, d.h. weisen in der Mitte ein „Loch" auf (siehe Figur la) und sind somit in ihrer Form mit einem Miniatur „Donut" vergleichbar. Die ringförmigen Partikel können eine weitgehend runde, aber auch eine eher ovale Form annehmen. Silica particles have a ring shape, i. have a "hole" in the middle (see Figure la) and are thus similar in shape to a miniature "donut". The annular particles can assume a largely round, but also a more oval shape.

In einer zweiten speziellen Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Fällungsverfahrens weisen diese In a second specific embodiment of the present precipitation process according to the invention, these have

Siliziumdioxidpartikel eine Form auf, die mit einem „Pilzkopf" oder einer „Qualle" vergleichbar ist. D.h. anstelle des Lochs der zuvor beschriebenen „Donut"-förmigen Partikel befindet sich in der Mitte der ringförmigen Grundstruktur eine nach einer Seite gewölbte, vorzugsweise dünne, d.h. dünner als der ringförmige Teil, Schicht aus Siliziumdioxid (siehe Figur 2a) , welche die innere Öffnung des „Rings" überspannt. Würde man diese Partikel mit der gewölbten Seite nach unten auf den Boden stellen und von oben senkrecht darauf schauen, so entsprächen die Partikel einer Schale mit gewölbtem Boden, eher massivem, d.h. dicken oberen Rand und im Bereich der Wölbung etwas dünnerem Boden.  Silica particles have a shape that is comparable to a "mushroom head" or a "jellyfish". That instead of the hole of the above-described "donut" -shaped particles is in the center of the annular base structure a curved one side, preferably thinner, ie thinner than the annular part, layer of silicon dioxide (see Figure 2a), which the inner opening of the Spans "rings". If one were to place these particles with the curved side down on the ground and look perpendicularly from above, then the particles would correspond to a bowl with a curved bottom, rather solid, i. thick upper edge and in the area of the vault slightly thinner ground.

Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, sind die Erfinder der Ansicht, dass die sauren Bedingungen in der Without being bound by any particular theory, the inventors believe that the acidic conditions in the

Vorlage / Reaktionslösung zusammen mit der tropfenförmigen Zugabe der Silikatlösung, neben der Viskosität und der  Template / reaction solution together with the drop-shaped addition of the silicate solution, in addition to the viscosity and the

Strömungsgeschwindigkeit der Vorlage / Fällsuspension, dazu führen, dass der Tropfen der Silikatlösung beim Kontakt mit der Säure sofort an seiner Oberfläche anfängt zu Flow rate of the template / precipitation suspension, cause the drop of silicate solution on contact with the acid begins immediately on its surface

gelieren/auszufallen, gleichzeitig durch die Bewegung des Tropfens in der Reaktionslösung /Vorlage, der Tropfen verformt wird. Je nach Reaktionsbedingungen bilden sich dabei bei langsamerer Tropfenbewegung offensichtlich die „Pilzkopf"- förmigen" Partikel, bei schnelleren Tropfenbewegungen werden hingegen die „Donut"-förmigen Partikel gebildet. gelled / precipitate, at the same time by the movement of the drop in the reaction solution / template, the drop is deformed. Depending on the reaction conditions, the "mushroom head" evidently forms with slower drop movement. shaped "particles, with faster drop movements, however, the" donut "-shaped particles are formed.

Das nach Schritt a.c. erhaltene Siliziumdioxid wird bevorzugt in Schritt a.d. von den restlichen Bestandteilen der After step a.c. Silica obtained is preferably in step a.d. from the remaining components of the

Fällsuspension abgetrennt. Dies kann je nach Filtrierbarkeit des Niederschlags durch herkömmliche, dem Fachmann bekannt Filtrationstechniken, z.B. Filterpressen oder Drehfilter, erfolgen. Bei schwer filtrierbaren Niederschlägen kann die Abtrennung auch mittel Zentrifugation und/oder durch  Precipitated suspension separated. Depending on the filterability of the precipitate, this may be done by conventional filtration techniques known to those skilled in the art, e.g. Filter presses or rotary filter, done. In difficult to filter precipitates, the separation can also by centrifugation and / or by

Abdekantieren der flüssigen Bestandteile der Fällsuspension erfolgen .  Decanting the liquid components of the precipitation suspension done.

Der Niederschlag wird in Schritt a.e. gewaschen, wobei durch ein geeignetes Waschmedium sicherzustellen ist, dass der pH- Wert des Waschmediums zumindest während des 1. Waschschrittes und damit auch der des Siliziumdioxids kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt 0,5 und speziell bevorzugt 0,01 bis 0,5 beträgt. Als Waschmedium wird bevorzugt das in Schritt a.a. und a.c. The precipitate is in step a.e. is washed, which is ensured by a suitable washing medium, that the pH of the washing medium at least during the 1st washing step and thus that of the silicon dioxide less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0.5. As the washing medium is preferably used in step a.a. and a.c.

verwendete Säuerungsmittel oder Gemische davon in verdünnter oder unverdünnter Form verwendet. used acidulants or mixtures thereof used in diluted or undiluted form.

Als Waschmedium können bevorzugt wässrige Lösungen organischer und/oder anorganischer wasserlöslicher Säuren, wie z.B. der zuvor genannten Säuren oder Fumarsäure, Oxalsäure, The washing medium used may preferably be aqueous solutions of organic and / or inorganic water-soluble acids, e.g. the aforementioned acids or fumaric acid, oxalic acid,

Ameisensäure, Essigsäure oder andere dem Fachmann bekannte organische Säuren sein, die selbst nicht zur Verunreinigung des gereinigten Siliziumoxids beitragen, wenn sie nicht vollständig mit hochreinem Wasser entfernt werden können. Formic acid, acetic acid or other organic acids known to those skilled in the art, which themselves do not contribute to the contamination of the purified silica unless they can be completely removed with ultrapure water.

Generell sind daher alle organischen, wasserlöslichen Säuren, insbesondere bestehend aus den Elementen C, H und 0, sowohl aus Säuerungsmittel als auch als im Waschmedium bevorzugt, weil sie selbst nicht zu einer Verunreinigung des In general, therefore, all organic, water-soluble acids, in particular consisting of the elements C, H and O, both from acidulants and as preferred in the washing medium, because they themselves do not lead to contamination of the

nachfolgenden Reduktionsschrittes, d.h. der carbothermischen Nitridierung, beitragen. Bevorzugt wird das in Schritt a.a. und a.c. verwendete Säuerungsmittel oder Gemische davon in verdünnter oder unverdünnter Form verwendet. Das Waschmedium kann bei Bedarf auch ein Gemisch aus Wasser und organischen Lösemitteln umfassen. Zweckmäßige Lösemittel sind hochreine Alkohole, wie Methanol, Ethanol, eine mögliche Veresterung stört die nachfolgende Reduktion zu Silizium nicht . subsequent reduction step, ie the carbothermal nitridation contribute. Preferably, the acidulant or mixtures thereof used in step aa and ac are used in dilute or undiluted form. If desired, the washing medium may also comprise a mixture of water and organic solvents. Suitable solvents are high-purity alcohols, such as methanol, ethanol, a possible esterification does not interfere with the subsequent reduction to silicon.

Bevorzugt enthält die wässrige Phase jedoch keine organischen Lösemittel, wie Alkohole, und/oder keine organischen, However, the aqueous phase preferably contains no organic solvents, such as alcohols, and / or no organic,

polymeren Stoffe. polymeric substances.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es üblicherweise nicht notwendig, der Fällsuspension oder während der Aufreinigung Chelatisierungsmittel zuzugeben. Dennoch umfasst die In the process according to the invention, it is usually not necessary to add chelating agent to the precipitation suspension or during the purification. Nevertheless, the

vorliegende Erfindung auch Verfahren, in denen zur The present invention also provides methods in which

Stabilisierung von säurelöslichen Metall-Komplexen der  Stabilization of acid-soluble metal complexes of

Fällsuspension oder auch einem Waschmedium ein Fällsuspension or a washing medium

Metallkomplexbildner, wie EDTA zugegeben wird. Optional ist es daher möglich dem Waschmedium ein Chelatisierungsreagenz zuzugeben oder das gefällte Siliziumdioxid in einem Metal complexing agent, such as EDTA is added. Optionally, it is therefore possible to add a chelating reagent to the washing medium or to precipitate the silica in one

Waschmedium mit entsprechendem pH-Wert kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt 0,5 und speziell bevorzugt 0,01 bis 0,5, enthaltend ein Chelatisierungsreagenz, zu rühren. Vorzugsweise erfolgt das Waschen mit dem sauren Waschmedium jedoch unmittelbar nach der Abtrennung des Siliziumdioxidniederschlags, d.h. ohne dass weitere Zwischenschritte durchgeführt werden.  Washing medium with a corresponding pH less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0.5, containing a chelating reagent to stir. Preferably, however, washing with the acidic wash medium occurs immediately after separation of the silica precipitate, i. without further intermediate steps being carried out.

Auch ein Peroxid zur farblichen Markierung, als "Indikator" von unerwünschten Metallverunreinigungen, kann in Schritt a.e. zugesetzt werden. Beispielsweise kann Hydroperoxid der Also, a colorant for color marking, as an "indicator" of unwanted metal impurities, can in step a.e. be added. For example, hydroperoxide may be the

Fällsuspension oder dem Waschmedium zugesetzt werden, um vorhandene Titan-Verunreinigungen farblich kenntlich zu machen. Die Markierung ist generell auch mit anderen Fällsuspension or the washing medium are added to make existing titanium impurities color coded. The marker is generally synonymous with others

organischen Komplexbildnern möglich, die ihrerseits im organic complexing agents possible, which in turn in the

nachfolgenden Reduktionsprozess nicht störend wirken. Dies sind generell alle auf dem Elementen C, H und 0 basierenden Komplexbildner, das Element N kann zweckmäßig auch im subsequent reduction process does not interfere. These are generally all complexing agents based on the elements C, H and O, the element N can also be used in the

Komplexbildner zugegen sein. Beispielsweise zur Bildung von Siliziumnitrid, das im späteren Prozess vorteilhaft wieder zerfällt . Be present complexing agent. For example, for the formation of Silicon nitride, which advantageously decomposes again in the later process.

Das Waschen bei einem pH-Wert von kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt 0,5 und speziell bevorzugt 0,01 bis 0,5, wird bevorzugt so lange fortgeführt, bis das Siliziumdioxid die gewünschte The washing at a pH of less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0.5, is preferably continued until the silica reaches the desired

Reinheit aufweist. Dies kann z.B. daran erkannt werden, dass die Waschsuspension ein Peroxid enthält und visuell keine Gelbfärbung mehr zeigt. Wird das erfindungsgemäße Having purity. This can e.g. be recognized that the wash suspension contains a peroxide and visually shows no more yellowing. Will the invention

Fällungsverfahren ohne Zusatz eines Peroxids welches mit  Precipitation process without addition of a peroxide which with

Ti (IV) -Ionen eine gelb/orange gefärbte Verbindung bildet durchgeführt, so kann bei jedem Waschschritt eine kleine Probe der Waschsuspension entnommen und mit einem entsprechenden Peroxid versetzt werden. Dieser Vorgang wird so lange Ti (IV) ions a yellow / orange-colored compound forms carried out, it can be removed at each washing step, a small sample of the washing suspension and mixed with a corresponding peroxide. This process will take so long

fortgesetzt bis die entnommene Probe nach Zusatz des Peroxids visuell keine Gelb/Orangefärbung mehr zeigt. Alternativ kann, durch dem Fachmann bekannte Analysemethoden, eine Probe analysiert werden und dann das Waschen mit dem sauren continued until the sample removed after the addition of the peroxide visually no yellow / orange coloration shows. Alternatively, a sample may be analyzed by methods of analysis known to those skilled in the art and then washed with the acid

Waschmedium eingestellt werden, wenn eine hinreichende Washing medium can be adjusted if adequate

Reinheit erreicht ist. Bis zu diesem Zeitpunkt sollte Purity is achieved. By this time should

sichergestellt werden, dass der pH-Wert des Waschmediums und damit auch der des gereinigten Siliziumoxids, insbesondere des Siliziumdioxids, kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt 0,5 und speziell bevorzugt 0,01 bis 0,5 beträgt. it is to be ensured that the pH of the washing medium and thus also of the purified silicon oxide, in particular of the silicon dioxide, is less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, very preferably 0.5 and especially preferably 0.01 to 0 , 5 is.

Das derart gewaschene Siliziumdioxid wird bevorzugt in einem Zwischenschritt a.e.a., d.h. zwischen Schritt a.e. und a.f. mit destilliertem Wasser oder VE-Wasser weiter gewaschen, bis der pH-Wert des erhaltenen Siliziumdioxids bei 4 bis 7,5 liegt und/oder bis die Leitfähigkeit der Waschsuspension kleiner gleich 9 yS/cm, bevorzugt kleiner gleich 5 yS/cm beträgt. The thus-washed silica is preferably used in an intermediate step a.e.a. between step a.e. and a.f. washed with distilled water or demineralized water until the pH of the resulting silica is 4 to 7.5 and / or until the conductivity of the washing suspension is less than or equal to 9 yS / cm, preferably less than or equal to 5 yS / cm.

Dadurch wird sichergestellt, dass etwaig an dem Siliziumdioxid anhaftende Säurereste hinreichend entfernt wurden. This ensures that any acid residues adhering to the silica have been sufficiently removed.

Bei schwer filtrierbaren Niederschlägen kann es vorteilhaft sein, einen oder alle Waschschritte durch Strömungswäsche, z.B. durch Anströmen des Niederschlags in einem engmaschigen Siebkorb mit dem Waschmedium von unten, durchzuführen. In the case of difficultly filterable precipitates, it may be advantageous to carry out one or all washing steps by flow washing, For example, by flowing the precipitate in a close-meshed screen basket with the washing medium from below to perform.

Die gesamten Waschschritte können bevorzugt bei Temperaturen von 15 bis 100°C durchgeführt werden. Um den Indikatoreffekt des Peroxids (Gelb/Orangefärbung) sicherzustellen, kann es sinnvoll sein, zusammen mit dem The entire washing steps can preferably be carried out at temperatures of 15 to 100 ° C. In order to ensure the indicator effect of the peroxide (yellow / orange coloring), it may be useful, together with the

Waschmedium weiteres Peroxid zuzugeben bis keine Wash medium add more peroxide until no

Gelb/Orangefärbung mehr zu erkennen ist und erst dann mit Waschmedium ohne Peroxid weiter zu waschen. Das so erhaltene hochreine Siliziumdioxid kann getrocknet und weiterverarbeitet werden. Die Trocknung kann mittels aller dem Fachmann bekannten Verfahren, z.B. Bandtrockner, Yellow / orange coloration is more visible and only then wash with washing medium without peroxide on. The resulting high purity silica can be dried and processed further. Drying may be carried out by any method known to those skilled in the art, e.g. Belt dryer,

Hordentrockner, Trommeltrockner etc. erfolgen. Hordentrockner, drum dryer, etc. done.

Es empfiehlt sich, das getrocknete Siliziumdioxid zu vermählen um ein für die Weiterverarbeitung optimales Partikelspektrum zu erhalten. Die Techniken für eine optionale Vermahlung des erfindungsgemäßen Siliziumdioxids sind dem Fachmann bekannt und können z.B. in Ullmann, 5. Auflage, B2, 5-20 nachgelesen werden. Vorzugsweise erfolgt die Vermahlung in It is advisable to ground the dried silicon dioxide in order to obtain an optimum particle spectrum for further processing. The techniques for optional grinding of the silica of the invention are known to those skilled in the art and may be e.g. in Ullmann, 5th edition, B2, 5-20. Preferably, the grinding takes place in

Fließbettgegenstrahl-Mühlen um Kontaminationen des hochreinen Siliziumdioxids mit Metallabrieb von den Mühlenwänden zu minimieren bzw. zu vermeiden. Die Mahlparameter werden Fluidized bed counter-jet mills to minimize or avoid contamination of the high purity silica with metal debris from the mill walls. The grinding parameters are

bevorzugt so gewählt, dass die erhaltenen Partikel eine mittlere Partikelgröße ds o von 1 bis 70 ym, besonders bevorzugt von 3 bis 50 ym, und insbesondere von 5 bis 20 ym aufweisen. preferably chosen so that the particles obtained have an average particle size ds o of 1 to 70 ym, more preferably from 3 to 50 ym, and especially from 5 to 20 ym.

Die hochreinen Siliziumdioxide sind dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gehalt an Verunreinigungen dem oben definierten The high-purity silicon dioxides are characterized in that their content of impurities is defined above

Verunreinigungsprofil entspricht, da Verfahrensschritt a. zu Siliziumdioxiden führt, welche im Hinblick auf ein breites Spektrum von Verunreinigungen sehr geringe Konzentrationen aufweisen . Impurity profile corresponds because process step a. to silicon dioxides, which have very low concentrations in view of a wide range of impurities.

Die hochreinen Siliziumdioxide werden in Schritt b. zu The high-purity silicon dioxides are used in step b. to

Siliziumnitrid weiterverarbeitet. Schritt b. kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden; Silicon nitride further processed. Step b. can after all methods known to those skilled in the art are carried out;

derartige Verfahren sind beispielsweise in der DE 3612162 beschrieben. So kann in einer ersten bevorzugten Variante das hochreine Siliziumdioxid aus Schritt a. einer carbothermischen Nitridierung in Gegenwart von Stickstoff unterzogen werden. In einer zweiten bevorzugten Variante kann das hochreine Such methods are described for example in DE 3612162. Thus, in a first preferred variant, the high-purity silicon dioxide from step a. a carbothermic nitridation in the presence of nitrogen. In a second preferred variant, the high-purity

Siliziumdioxid mit einem kohlenstoffhaltigen Material und Ammoniak zu S13N4 umgesetzt werden. Silicon dioxide with a carbonaceous material and ammonia to S1 3 N 4 are reacted.

Im Rahmen von Schritt b. werden als kohlenstoffhaltiges As part of step b. be as carbonic

Material bevorzugt eine oder mehrere reine Kohlenstoffquellen, eine organische Verbindung natürlichen Ursprungs, ein Material preferably includes one or more pure carbon sources, an organic compound of natural origin

Kohlenhydrat, Graphit (aktivierter Kohlenstoff) , Koks, Kohle, Ruß oder Thermalruß, gegebenenfalls in einer Mischung der Komponenten, eingesetzt. Carbohydrate, graphite (activated carbon), coke, coal, carbon black or thermal black, optionally in a mixture of the components used.

Neben den vorgenannten kohlenstoffhaltigen Materialien können in einer bevorzugten Ausführungsform auch Pyrolyseprodukte mindestens eines Kohlenhydrats als ausschließliche oder zusätzliche Kohlenstoffquelle in Schritt b. verwendet werden. Gemäß dieser Variante (Teilverfahren) des erfindungsgemäßen Gesamtverfahrens zur Herstellung von Siliziumnitrid ist es bevorzugt, eine Kohlenstoffquelle, insbesondere eine reine Kohlenstoffquelle, in Schritt b. zu verwenden, die durch technische Pyrolyse mindestens eines Kohlenhydrates oder einer Kohlenhydratmischung, insbesondere eines kristallinen Zuckers, erzeugt wird. Ein erfindungsgemäß verwendbares Pyrolyseprodukt enthält Kohle, insbesondere mit Graphitanteilen, und optional Anteile an anderen Kohlenstoffformen, wie Koks, und ist bevorzugt arm an Verunreinigungen. Ein Teil-Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur technischen, d.h. industriellen Pyrolyse von einem Kohlenhydrat oder einem Kohlenhydratgemisch, das bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird. Als Kohlenhydrat-Komponente werden bei der Pyrolyse bevorzugt Monosaccharide eingesetzt, d. h. Aldosen oder Ketosen, wie Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen, besonders Glucose sowie Fruktose, aber auch entsprechende, auf besagten Monomeren basierende Oligo- und Polysaccharide, wie Lactose, Maltose, Saccharose, Raffinose - um nur einige zu nennen -, bis hin zu Cellulose oder Stärke, einschließlich Amylose und Amylopektin, den Glykogenen, den Glycosanen und Fructosanen - um nur einige Polysaccharide zu nennen. Ebenso eingesetzt werden Zuckeralkohole und Derivate der als Kohlenhydrat- Komponente einsetzbaren Stoffe. In addition to the aforementioned carbonaceous materials, in a preferred embodiment, pyrolysis products of at least one carbohydrate may also be used as exclusive or additional carbon source in step b. be used. According to this variant (partial process) of the overall process according to the invention for the production of silicon nitride, it is preferred to use a carbon source, in particular a pure carbon source, in step b. to be used, which is produced by technical pyrolysis of at least one carbohydrate or a carbohydrate mixture, in particular a crystalline sugar. A pyrolysis product which can be used in accordance with the invention contains coal, in particular with graphite constituents, and optionally fractions of other carbon forms, such as coke, and is preferably poor in impurities. A part of the present invention is therefore a process for industrial, ie industrial pyrolysis of a carbohydrate or a carbohydrate mixture, which is carried out at elevated temperature. The carbohydrate component used in pyrolysis is preferably monosaccharides, ie aldoses or ketoses, such as trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses, especially glucose and fructose, but also corresponding oligomeric and polysaccharides based on said monomers, such as lactose, maltose , Sucrose, raffinose - to name but a few - all the way to cellulose or starch, including amylose and amylopectin, glycogen, glycosans and fructosans - to name but a few polysaccharides. Also used are sugar alcohols and derivatives of usable as carbohydrate component substances.

Dabei können natürlich vorkommende Kohlenhydrate, Anomere derselben, Invertzucker, aber auch synthetische Kohlenhydrate eingesetzt werden. Gleichfalls können Kohlenhydrate, die biotechnologisch, beispielsweise durch Fermentation erhalten wurden, eingesetzt werden. In this case, naturally occurring carbohydrates, anomers thereof, invert sugar, but also synthetic carbohydrates can be used. Likewise, carbohydrates which have been obtained biotechnologically, for example by fermentation, can be used.

Generell können alle Kohlenhydrate, Derivate von In general, all carbohydrates, derivatives of

Kohlenhydraten und Mischungen dieser Stoffe in der Carbohydrates and mixtures of these substances in the

betreffenden Variante des erfindungsgemäßen Gesamt-Verfahrens eingesetzt werden, wobei sie bevorzugt eine hohe Reinheit aufweisen . relevant variant of the overall method according to the invention are used, wherein they preferably have a high purity.

Besonders bevorzugt wird in einer speziellen Ausführungsform ein in wirtschaftlichen Mengen verfügbarer kristalliner Particularly preferred in a specific embodiment is a crystalline available in economical quantities

Zucker, ein Zucker, wie er beispielsweise durch Sugar, a sugar, such as by

Kristallisation einer Lösung bzw. aus einem Saft aus Crystallization of a solution or from a juice

Zuckerrohr oder Rüben in an sich bekannter Weise gewonnen werden kann, d. h. handelsüblicher kristalliner Zucker, insbesondere kristalliner Zucker in Lebensmittelqualität eingesetzt . Generell als Kohlenstoffquelle verwendbare Rohstoffe sind ferner alle dem Fachmann bekannten organischen Verbindungen.  Sugar cane or beets can be obtained in a conventional manner, d. H. commercial crystalline sugar, especially crystalline food-grade sugar used. Furthermore, raw materials which can generally be used as carbon source are all organic compounds known to the person skilled in the art.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die technische Pyrolyse des mindestens einen Kohlenhydrates bzw. der Kohlenhydrat-Komponente unter Zusatz von Siliziumoxid, insbesondere von hochreinem Siliziumdioxid. In a particularly preferred embodiment, the technical pyrolysis of at least one carbohydrate or the carbohydrate component with the addition of silica, in particular of high-purity silicon dioxide.

Für die Umsetzung zu Siliziumnitrid gemäß Verfahrensschritt b. wird in einer besonderen Ausführungsform hochreines For the conversion to silicon nitride according to process step b. becomes high purity in a particular embodiment

Siliziumdioxid mit einer mittleren Partikelgröße ds o kleiner 70 ym, bevorzugt kleiner 50 ym und insbesondere kleiner 20 ym verwendet . Silica with a mean particle size ds o less than 70 ym, preferably less than 50 ym and especially less than 20 ym used.

Die thermische Zersetzung von hochreinem S13N4 zu hochreinem Silizium gemäß Verfahrensschritt c. kann nach allen dem The thermal decomposition of high-purity S1 3 N 4 to high-purity silicon according to process step c. can after all that

Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden; derartige Verfahren sind beispielsweise in der WO 2010/126927 AI Expert known methods are carried out; Such processes are described, for example, in WO 2010/126927 A1

beschrieben . described.

Die Verfahrensschritte b. und gegebenenfalls c. können in beliebigen thermischen Reaktoren oder Industrieöfen, The process steps b. and optionally c. can be used in any thermal reactor or industrial furnace,

beispielsweise in Schmelzöfen, Lichtbogenöfen, Induktionsöfen und/oder Mikrowellenöfen, die jeweils mit einer Wirbelschicht- Vorrichtung und/oder einem Drehrohr ausgestattet sein können, erfolgen . For example, in furnaces, electric arc furnaces, induction furnaces and / or microwave ovens, which may each be equipped with a fluidized bed apparatus and / or a rotary tube, take place.

Messmethoden : Measuring methods:

Bestimmung des pH-Werts der Fällsuspension Determination of the pH of the precipitation suspension

Das Verfahren in Anlehnung an DIN EN ISO 787-9 dient zur The procedure based on DIN EN ISO 787-9 is used for

Bestimmung des pH-Wertes einer wässrigen Suspension von Determination of the pH of an aqueous suspension of

Siliziumdioxid beziehungsweise des pH-Wertes einer weitgehend Si02-freien Waschflüssigkeit. Silica or the pH of a largely SiO 2 -free washing liquid.

Vor der Durchführung der pH-Messung ist das pH-Messgerät (Fa. Knick, Typ: 766 pH-Meter Calimatic mit Temperaturfühler) und die pH-Elektrode (Einstabmesskette der Fa. Schott, Typ N7680) unter Verwendung der Pufferlösungen bei 20 °C zu kalibrieren. Die Kalibrierungsfunktion ist so zu wählen, dass die zwei verwendeten Pufferlösungen den erwarteten pH-Wert der Probe einschließen (beispielsweise Pufferlösungen mit pH 4.00 und 7.00, pH 7.00 und pH 9.00 und pH 7.00 und 12.00). Before carrying out the pH measurement, the pH meter (Knick, type: 766 pH meter Calimatic with temperature sensor) and the pH electrode (combination electrode from Schott, type N7680) using the buffer solutions at 20 ° C to calibrate. The calibration function should be chosen so that the two used buffer solutions include the expected pH of the sample (for example, buffer solutions with pH 4.00 and 7.00, pH 7.00 and pH 9.00 and pH 7.00 and 12.00).

Die Bestimmung des pH-Werts erfolgt bei 20°C. Zur Messung des pH-Wertes wird die Elektrode zunächst mit entionisiertem The pH is determined at 20 ° C. To measure the pH, the electrode is first deionized with

Wasser, nachfolgend mit einem Teil des Probenmediums abgespült und anschließend in das Probenmedium eingetaucht. Wenn das pH- Meter einen gleichbleibenden Wert anzeigt, wird der pH-Wert an der Anzeige abgelesen.  Water, subsequently rinsed with a portion of the sample medium and then immersed in the sample medium. If the pH meter shows a constant value, the pH value is read on the display.

Bestimmung der mittleren Partikelgröße d.50 der hochreinen Siliziumdioxide für Partikelgrößen kleiner 70 um mit dem Determination of the mean particle size d.50 of the high-purity silicas for particle sizes smaller than 70 μm with the

Laserbeugungsgerät Coulter LS 230 Laser diffraction device Coulter LS 230

Beschreibung : Die Anwendung der Laserbeugung nach dem Fraunhofer-Modell zur Bestimmung von Teilchengrößen basiert auf der Erscheinung, dass Teilchen monochromatisches Licht mit unterschiedlichem Intensitätsmuster in alle Richtungen streuen. Diese Streuung ist abhängig von der Teilchengröße. Je kleiner die Teilchen, desto größer sind die Streuungswinkel. Description: The application of laser diffraction according to the Fraunhofer model for the determination of particle sizes is based on the phenomenon that particles scatter monochromatic light with different intensity patterns in all directions. This scattering is dependent on the particle size. The smaller the particles, the larger the scattering angles.

Durchführung : Execution :

Das Laserbeugungsgerät Coulter LS 230 benötigt nach dem The laser diffraction device Coulter LS 230 requires after

Einschalten eine Aufwärmzeit von 1,5 bis 2,0 Stunden, um konstante Messwerte zu erhalten. Die Probe muss vor der Turn on a warm-up time of 1.5 to 2.0 hours to get constant readings. The sample must be before the

Messung sehr gut aufgeschüttelt werden. Zunächst wird das Programm „Coulter LS 230" mit Doppelklick gestartet. Dabei wird darauf geachtet, dass „Optische Bank benutzen" aktiviert ist und die Anzeige am Coultergerät „Speed off" anzeigt. Measurement can be shaken up very well. First of all the program "Coulter LS 230" is started with a double-click, whereby it is ensured that "Use optical bench" is activated and the display on the coulter device shows "Speed off".

Anschließend wird die Funktion „Drain" benutzt bis das Wasser in der Messzelle weggelaufen ist; anschliessend wird die Fluid Transfer Pump betätigt bis das Wasser in den Überlauf des Gerätes läuft. Nach Wiederholung dieses Vorgangs wird „Fill" betätigt, infolgedessen eventuell vorhandene Luftblasen aus dem System entfernt werden; der speed wird automatisch hoch- und wieder heruntergefahren. Mittels der Einstellung Then the function "drain" is used until the water in the measuring cell has run away, then the fluid transfer pump is actuated until the water flows into the overflow of the device. operated, as a result, any existing air bubbles are removed from the system; The speed will be automatically raised and lowered again. By means of the setting

„Messzyklus" wird die Messung gestartet. Messung ohne PIDS "Measurement cycle" starts the measurement Measurement without PIDS

Die Messzeit beträgt 60 Sekunden, die Wartezeit 0 Sekunden. Anschliessend wird das der Laserbeugung zugrundeliegende The measuring time is 60 seconds, the waiting time 0 seconds. Subsequently, this is the basis of laser diffraction

Rechenmodell gewählt. Grundsätzlich wird vor jeder Messung automatisch eine Hintergrundmessung durchgeführt. Nach der Hintergrundmessung muss die Probe in die Messzelle gegeben werden, bis eine Konzentration von 8 bis 12% erreicht ist. Calculation model selected. In principle, a background measurement is automatically performed before each measurement. After the background measurement, the sample must be added to the measuring cell until a concentration of 8 to 12% is reached.

Dies meldet das Programm, indem im oberen Teil „OK" erscheint. Zur Beendigung wird „Fertig" gewählt. Das Programm führt nun alle notwendigen Schritte selber aus und generiert nach Ablauf der Messung eine Partikelgrößenverteilung der untersuchten Probe . This will signal the program by displaying "OK" in the upper part. The program now carries out all necessary steps itself and generates a particle size distribution of the examined sample after the measurement has been completed.

Bestimmung der dyn. Viskosität von Wasserglas mit dem Determination of dyn. Viscosity of water glass with the

Kugelfallviskosimeter Die Bestimmung der dyn. Viskosität von Wasserglas erfolgt mit dem Kugelfallviskosimeter (Höppler Viskosimeter, Fa. Thermo Haake) .  Falling ball viscometer The determination of dyn. Viscosity of water glass takes place with the falling ball viscometer (Höppler viscometer, Fa. Thermo Haake).

Durchführung : Execution :

Das Wasserglas (ca. 45 cm3) wird blasenfrei in das Fallrohr des Kugelfallviskosimeters (Thermo Haake, Kugelfallviskosimeter C) bis unterhalb des Rohrendes eingefüllt und dann die Kugel (Thermo Haake, Kugelsatz Typ 800-0182, Kugel 3, Dichte δκ = 8,116 g/cm3, Durchmesser dK = 15,599 mm, kugelspezifische The water glass (about 45 cm 3 ) is bubble-free in the downpipe of the falling ball viscometer (Thermo Haake, falling ball viscometer C) filled to below the pipe end and then the ball (Thermo Haake, ball set type 800-0182, ball 3, density δ κ = 8,116 g / cm 3 , diameter d K = 15.599 mm, ball specific

Konstante K = 0,09010 mPa*s*cm3/g) eingebracht. Das Constant K = 0.09010 mPa * s * cm 3 / g). The

Viskosimeter wird mit Hilfe eines Umwälzthermostaten (Jalubo 4) auf 20±0,03°C genau temperiert. Vor der Messung läuft die Kugel einmal durch das Rohr, um das Wasserglas zu durchmischen. Nach einer Pause von 15 Minuten beginnt die erste Messung. The viscometer is precisely controlled to 20 ± 0.03 ° C using a circulating thermostat (Jalubo 4). Before the measurement, the ball passes once through the tube to the water glass mix thoroughly. After a break of 15 minutes, the first measurement begins.

Der Messteil rastet am Instrumentenfuß definiert in der 10° Position ein. Durch Umschwenken des Messrohres um 180° wird die Kugel in die Ausgangsposition für die Messung gebracht. Die Fallzeit t durch die Messstrecke A-B wird mit Hilfe einer Handstoppuhr bestimmt. Der Anfang der Messzeit beginnt, wenn die untere Kugelperipherie die anvisierte obere Ringmarke A, die dem Betrachter als Strich erscheinen muss, berührt. Die Meßzeit endet, wenn die untere Kugelperipherie die untere Ringmarke B, die ebenfalls als Strich erscheinen muss, The measuring part engages defined at the instrument foot in the 10 ° position. By pivoting the measuring tube by 180 °, the ball is brought to the starting position for the measurement. The fall time t through the measuring section A-B is determined by means of a manual stopwatch. The beginning of the measuring time begins when the lower sphere periphery touches the targeted upper ring mark A, which must appear to the viewer as a dash. The measurement time ends when the lower sphere periphery the lower ring mark B, which must also appear as a dash,

erreicht. Durch erneutes Umschwenken des Meßteils um 180° fällt die Kugel in die Ausgangslage zurück. Nach einer Pause von 15 Minuten erfolgt eine zweite Messung wie beschrieben. Die Wiederholbarkeit ist gewährleistet, wenn sich die Meßwerte um maximal 0,5 % voneinander unterscheiden. Die Fallzeit t der Kugel wird in Sekunden auf eine Nachkommastelle genau reached. By re-swinging the measuring part by 180 °, the ball falls back into the starting position. After a break of 15 minutes, a second measurement is performed as described. Repeatability is guaranteed if the measured values differ by a maximum of 0.5%. The falling time t of the sphere becomes accurate to one decimal place in seconds

angegeben . indicated.

Berechnet wird die dynamische Viskosität des Wasserglases ( r GL) in mPa*s nach der Zahlenwertgleichung nWGL=K* (5K-5WGL) *t The dynamic viscosity of the water glass (r GL) is calculated in mPa * s according to the numerical value equation n WGL = K * (5 K -5 WGL ) * t

Bestimmung der Leitfähigkeit des Waschmediums Determination of the conductivity of the washing medium

Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit einer wässrigen Kieselsäuresuspension bzw. der elektrischen Leitfähigkeit einer weitgehend Si02~freien Waschflüssigkeit wird bei The determination of the electrical conductivity of an aqueous silica suspension or of the electrical conductivity of a largely SiO 2 -free washing liquid is at

Raumtemperatur in Anlehnung an DIN EN ISO 787-14 durchgeführt. Room temperature based on DIN EN ISO 787-14.

Bestimmung des Gehalts an Verunreinigungen: Methodenbeschreibung zur Bestimmung von Spurenelementen in Siliziumdioxid mittels hochauflösender induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (HR- ICPMS ) Determination of the content of impurities: Method description for the determination of trace elements in silica using high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometry (HR-ICPMS)

1 - 5 g Probenmaterial werden auf ± 1 mg genau in einen PFA- Becher eingewogen. Es werden 1 g Mannit-Lösung (ca. 1 ~6 ) sowie 25 - 30 g Flusssäure (ca. 50 %) zugegeben. Nach kurzem 1 - 5 g of sample material are weighed to within ± 1 mg in a PFA beaker. 1 g of mannitol solution (about 1~6) and 25-30 g of hydrofluoric acid (about 50%) are added. After a short time

Umschwenken wird der PFA-Becher in einem Heizblock auf 110 °C erhitzt, so dass das in der Probe enthaltene Silizium als Hexafluorokieselsäure vorliegt und die überschüssige The PFA beaker is heated to 110 ° C. in a heating block so that the silicon contained in the sample is present as hexafluorosilicic acid and the excess

Flusssäure langsam abdampft. Der Rückstand wird mit 0,5 ml Salpetersäure (ca. 65 %) und wenigen Tropfen Hydrofluoric acid slowly evaporates. The residue is mixed with 0.5 ml of nitric acid (about 65%) and a few drops

Wasserstoffperoxid-Lösung (ca. 30 %) ungefähr 1 Stunde gelöst und mit Reinstwasser auf 10 g aufgefüllt.  Dissolved hydrogen peroxide solution (about 30%) for about 1 hour and made up to 10 g with ultrapure water.

Zur Bestimmung der Spurenelemente werden den To determine the trace elements are the

AufSchlusslösungen 0,05 ml bzw. 0,1 ml entnommen, jeweils in ein Polypropylen-Probenröhrchen überführt, mit 0,1 ml Indium- Lösung (c = 0,1 mg/1) als interner Standard versetzt und auf 10 ml mit verdünnter Salpetersäure (ca. 3%) aufgefüllt. Die Herstellung dieser zwei Probenlösungen in verschiedenen Take 0.05 ml or 0.1 ml syringe solutions, transfer each to a polypropylene sample tube, add 0.1 ml indium solution (c = 0.1 mg / l) as an internal standard and dilute to 10 ml with dilute nitric acid (about 3%) filled. The preparation of these two sample solutions in different

Verdünnungen, dient zur internen Qualitätssicherung, d.h. Dilutions, serves for internal quality assurance, i.

Überprüfung ob Fehler bei der Messung bzw. Probenvorbereitung gemacht wurden. Prinzipiell kann auch nur mit einer  Check whether errors were made during the measurement or sample preparation. In principle, you can only use one

Probenlösung gearbeitet werden. Working sample solution.

Aus Multielement-Stammlösungen (c = 10 mg/1), in welchen alle zu analysierenden Elemente außer Indium enthalten sind, werden vier Kalibrationslösungen erstellt (c = 0,1; 0,5; 1,0; 5,0 yg/l), und wiederum mit dem Zusatz von 0,1 ml Indium-Lösung (c = 0,1 mg/1) auf 10 ml Endvolumen aufgefüllt. Zusätzlich werden Blindwertlösungen hergestellt mit 0,1 ml Indium-Lösung (c = 0,1 mg/1) auf 10 ml Endvolumen. From multielement stock solutions (c = 10 mg / l) containing all elements to be analyzed except indium, four calibration solutions are prepared (c = 0.1, 0.5, 1.0, 5.0 yg / l) , and in turn with the addition of 0.1 ml of indium solution (c = 0.1 mg / 1) made up to 10 ml final volume. In addition, blank solutions are prepared with 0.1 ml indium solution (c = 0.1 mg / l) to 10 ml final volume.

Die Elementgehalte in den so hergestellten Blindwert-, The element contents in the blank value,

Kalibrations- und Probenlösungen werden mittels der High Calibration and sample solutions are determined by means of the High

Resolution Inductively Coupled Mass Spectrometry (HR-ICPMS) und mittels externer Kalibration quantifiziert. Die Messung erfolgt mit einer Massenauflösung (m/Am) von mind. 4000 bzw. 10000 für die Elemente Kalium, Arsen und Selen. Resolution Inductively Coupled Mass Spectrometry (HR-ICPMS) and quantified by external calibration. The measurement takes place with a mass resolution (m / Am) of at least 4000 or 10000 for the elements potassium, arsenic and selenium.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern, schränken diese jedoch in keiner Weise ein. The following examples are intended to illustrate the present invention in more detail, but do not limit it in any way.

Vergleichsbeispiel 1 Comparative Example 1

In Anlehnung an Beispiel 1 der WO 2007/106860 AI wurden 397,6 g Wasserglas (27,2 Gew. % Si02 und 8,0 Gew. % Na20) mit 2542,4g VE-Wasser gemischt. Das verdünnte Wasserglas wurde Based on Example 1 of WO 2007/106860 Al 397.6 g of water glass (27.2 wt.% Si0 2 and 8.0 wt.% Na 2 0) were mixed with 2542.4 g of deionized water. The diluted water glass was

anschließend durch eine Säule mit 41 mm Innendurchmesser und 540 mm Länge, gefüllt mit 700 ml (500g Trockengewicht) then through a column with 41 mm inner diameter and 540 mm length, filled with 700 ml (500 g dry weight)

Amberlite IRA 743 in Wasser, laufen lassen. Nach 13,5 min wurde am Auslauf der Säule ein pH-Wert von größer 10 gemessen, so dass zu diesem Zeitpunkt die Front der Wasserglas-Lösung die Säule passiert hatte. Für die weiteren Versuche wurde eine aufgereinigte Probe von 981 g Wasserglas-Lösung, die zwischen der 50. und 74. Minute nach der vorgenannten Passage entnommen worden war, verwendet. Amberlite IRA 743 in water, let it run. After 13.5 minutes, a pH greater than 10 was measured at the outlet of the column, so that at that time the front of the water glass solution had passed through the column. For further experiments, a purified sample of 981 grams of waterglass solution taken between the 50th and 74th minute after the aforementioned passage was used.

Die analytischen Daten des Wasserglases vor und nach der The analytical data of the water glass before and after

Aufreinigung finden sich in der nachfolgenden Tabelle 1: Purification can be found in Table 1 below:

Tabelle 1: Table 1:

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Figure imgf000031_0001

Die Daten aus Tabelle 1 zeigen, dass der in der WO 2007/106860 AI als wesentlich beschriebene Schritt der Aufreinigung des Wasserglases über Amberlite IRA 743 bei handelsüblichem The data from Table 1 show that the essentially described in WO 2007/106860 AI step of the purification of the water glass over Amberlite IRA 743 in commercial

Wasserglas keinen großen Aufreinigungseffekt zeigt und lediglich beim Titangehalt eine signifikante Verbesserung bewirkt .  Water glass does not show a large purification effect and only causes a significant improvement in the titanium content.

Das aufgereinigte Wasserglas wurde analog Beispiel 5 der WO 2007/106860 AI zu S1O2 weiterverarbeitet. Dazu wurden 700g des Wasserglases in einem 2000 ml Rundkolben unter Rühren mit 10%iger Schwefelsäure angesäuert. Der anfängliche pH-Wert betrug 11,26. Nach Zugabe von 110g der Schwefelsäure wurde bei pH 7,62 der Gelierpunkt erreicht und es wurden 100g VE-Wasser zugegeben, um die Rührbarkeit der Suspension wieder The purified water glass was further processed analogously to Example 5 of WO 2007/106860 AI to S1O 2 . For this purpose, 700 g of the water glass were acidified in a 2000 ml round bottom flask while stirring with 10% sulfuric acid. The initial pH was 11.26. After adding 110 g of the sulfuric acid, the gelation point was reached at pH 7.62 and 100 g of demineralized water were obtained added to the stirrability of the suspension again

herzustellen. Nach Zugabe von insgesamt 113g Schwefelsäure wurde ein pH-Wert von 6, 9 erreicht und bei diesem pH-Wert 10 Minuten gerührt. Danach wurde über einen Büchnertrichter mit Durchmesser 150 mm filtriert. Das erhaltene Produkt ließ sich sehr schlecht filtrieren. Nach fünfmaligem Waschen mit jeweils 500 ml VE-Wasser betrug die Leitfähigkeit 140 yS/cm. Der Filterkuchen wurde für 2,5 Tage bei 105 °C in einem manufacture. After addition of a total of 113 g of sulfuric acid, a pH of 6, 9 was reached and stirred at this pH for 10 minutes. It was then filtered through a Buchner funnel with a diameter of 150 mm. The product obtained was very poorly filtered. After washing five times with 500 ml of deionized water, the conductivity was 140 yS / cm. The filter cake was 2.5 days at 105 ° C in a

Umlufttrockenschrank getrocknet, wodurch 25,4 g trockenes Produkt erhalten werden konnte. Die analytischen Ergebnisse finden sich in Tabelle 2. Dried circulating air dryer, whereby 25.4 g of dry product could be obtained. The analytical results are shown in Table 2.

Beispiel 1 (erfindungsgemäß) Example 1 (according to the invention)

In einem 4000 ml Quarzglasrundkolben mit Zweihalsaufsatz, Kugelkühler, Liebigkühler (jeweils aus Borsilikatglas) und 500 ml Messzylinder - zum Auffangen des Destillats - wurden 1808g Wasserglas (27,2 Gew. % Si02 und 7,97 Gew. % Na20) und 20,1 g 50%ige Natronlauge vorgelegt. Die Natronlauge wurde zugegeben um einen erhöhten Na2<0-Gehalt im aufkonzentrierten Wasserglas zu erzielen. Die Lösung wurde mit Stickstoff überlagert, um eine Reaktion mit Kohlendioxid aus der Luft zu verhindern und anschließend mittels eines Heizpilzes bis zum Sieden erhitzt. Nachdem 256 ml Wasser abdestilliert waren, wurde der In a 4000 ml quartz glass round bottom flask with two-necked attachment, ball cooler, Liebig condenser (each made of borosilicate glass) and 500 ml graduated cylinder - to collect the distillate - were 1808 g of water glass (27.2 wt.% Si0 2 and 7.97 wt.% Na 2 0) and 20.1 g of 50% sodium hydroxide solution submitted. The sodium hydroxide solution was added in order to achieve an increased Na 2 <0 content in the concentrated waterglass. The solution was blanketed with nitrogen to prevent reaction with carbon dioxide from the air and then heated to boiling by means of a heated mushroom. After distilling off 256 ml of water, the

Liebigkühler durch einen Stopfen ersetzt und für weitere 100 min unter Rückfluss gekocht. Danach wurde das aufkonzentrierte Wasserglas unter Stickstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt und über Nacht stehen gelassen. Es wurden 1569 g aufkonzentriertes Wasserglas mit einer Viskosität von 537 mPa*s erhalten. In einen 4000 ml Quarzglaszweihalskolben mit KPG-Rührer undLiebig cooler replaced with a stopper and boiled for a further 100 min under reflux. Thereafter, the concentrated water glass was cooled to room temperature under a nitrogen atmosphere and allowed to stand overnight. 1569 g of concentrated waterglass with a viscosity of 537 mPa * s were obtained. In a 4000 ml quartz glass two-necked flask with KPG stirrer and

Tropftrichter (jeweils aus Borsilikatglas) wurden 2513 g 16,3 %ige Schwefelsäure und 16,1g 35%iges Wasserstoffperoxid bei Raumtemperatur vorgelegt. Binnen 3 min wurden nun 1000 ml der zuvor hergestellten aufkonzentrierten Wasserglas-Lösung (9,8 Gew. % Na20, 30,9 Gew. % Si02, Dichte 1,429 g/ml) tropfenweise so zugegeben, dass der pH-Wert unter 1 blieb. Dabei erwärmte sich das Reaktionsgemisch auf 50 °C und färbte sich tief orange. Die Suspension wurde 20 min nachgerührt und danach der erhaltene Feststoff absetzen lassen. Dropping funnels (each made of borosilicate glass) were initially charged at room temperature with 2513 g of 16.3% strength sulfuric acid and 16.1 g of 35% strength hydrogen peroxide. Within 3 minutes, 1000 ml of the previously prepared concentrated waterglass solution (9.8 Wt.% Na 2 O, 30.9 wt.% Si0 2 , density 1.429 g / ml) was added dropwise so that the pH remained below 1. The reaction mixture warmed to 50 ° C and turned deep orange. The suspension was stirred for 20 min and then allowed to settle the resulting solid.

Zur Aufarbeitung wurde die überstehende Lösung abdekantiert und zum Rückstand ein Gemisch aus 500 ml VE-Wasser und 50 ml 96%ige Schwefelsäure gegeben. Unter Rühren wurde die For work-up, the supernatant solution was decanted off and to the residue a mixture of 500 ml of deionized water and 50 ml of 96% strength sulfuric acid was added. While stirring, the

Suspension zum Kochen erhitzt, der Feststoff absetzen lassen und der Überstand erneut abdekantiert. Dieser Waschvorgang wurde so lange wiederholt bis der Überstand nur noch eine ganz schwache Gelbfärbung zeigte. Danach wurde mit jeweils 500 ml VE-Wasser gewaschen, bis ein pH-Wert der Waschsuspension von 5,5 erreicht war. Die Leitfähigkeit der Waschsuspension betrug nun 3 yS/cm. Der Überstand wurde abdekantiert und das Heated suspension to boiling, let settle the solid and the supernatant decanted again. This washing process was repeated until the supernatant showed only a very slight yellowing. It was then washed with 500 ml of deionized water until a pH of the wash suspension of 5.5 was reached. The conductivity of the washing suspension was now 3 yS / cm. The supernatant was decanted off and the

erhaltene Produkt bei 105 °C über Nacht in einem product obtained at 105 ° C overnight in one

Umlufttrockenschrank getrocknet. Die analytischen Daten des erhaltenen Produkts sind in der nachfolgenden Tabelle 2 wiedergegeben : Drying circulating air dryer. The analytical data of the product obtained are shown in Table 2 below:

Tabelle 2 Table 2

Figure imgf000034_0001
Figure imgf000034_0001

Die Ergebnisse gemäß Tabelle 2 zeigen, dass das erhaltene Siliziumdioxid des Vergleichsbeispiels zwar - wie in der WO 2007/106860 AI offenbart - einen niedrigen Bor- und The results according to Table 2 show that although the resulting silicon dioxide of the comparative example - as disclosed in WO 2007/106860 Al - a low boron and

Phosphorgehalt aufweist, die anderen Verunreinigungen jedoch derart hohe Konzentrationen aufweisen, dass das Siliziumdioxid nicht als Ausgangsmaterial zu Herstellung von Solarsilizium geeignet ist. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Phosphorus content, however, the other impurities have such high concentrations that the silicon dioxide is not suitable as a starting material for the production of solar grade silicon. The produced by the process according to the invention

Siliziumdioxid weist einen Gesamtverunreinigungsgehalt - über alle gemessenen Elemente - von nur 2,6 ppm auf. Auch die Silica has a total contaminant content of only 2.6 ppm across all measured elements. Also the

Verunreinigungen mit für die Herstellung von Solarsilizium kritischen Elementen liegen ausweislich Tabelle 2 in einem akzeptablen Bereich. Es zeigt sich somit, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren - entgegen den Lehren des Impurities with elements critical for the production of solar silicon are, according to Table 2, within an acceptable range. It thus turns out that it is with the inventive method - contrary to the teachings of

Standes der Technik - möglich ist, ohne Chelatisierungsreagenz oder Einsatz von Ionenaustauschersäulen aus handelsüblichem, aufkonzentriertem Wasserglas und handelsüblicher Schwefelsäure ein Siliziumdioxid herzustellen, welches auf Grund seines Verunreinigungsprofils hervorragend als Ausgangsmaterial für Solarsilizium geeignet ist. It is possible - without chelating reagent or using ion exchange columns of commercially available, concentrated waterglass and commercial sulfuric acid - to produce a silicon dioxide which, due to its impurity profile, is outstandingly suitable as a starting material for solar grade silicon.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliziumnitrid, dadurch gekennzeichnet, dass es die nachfolgend genannten Schritte umfasst Process for the preparation of high-purity silicon nitride, characterized in that it comprises the steps mentioned below a. Herstellung von hochreinem Siliziumdioxid durch  a. Production of high purity silica by Ausfällung von zumindest einer Silikatlösung mit  Precipitation of at least one silicate solution with zumindest einem Säuerungsmittel, wobei der pH-Wert der Fällvorlage, der Fällsuspension und des Waschmediums, zumindest im ersten Waschschritt, kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz  at least one acidulant, wherein the pH of the precipitate, the precipitation suspension and the washing medium, at least in the first washing step, less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, completely besonders bevorzugt kleiner 0,5 beträgt  more preferably less than 0.5 b. Umsetzung des hochreinen Siliziumdioxids aus Schritt a. mit zumindest einer hochreinen Kohlenstoffquelle und zumindest einer Stickstoffquelle zu hochreinem Si3 4. b. Implementation of the high-purity silicon dioxide from step a. with at least one high purity carbon source and at least one nitrogen source to high purity Si 3 4 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a. die nachfolgend genannten Schritte umfasst a. Herstellung einer Fällvorlage aus einem Säuerungsmittel oder einem Säuerungsmittel und Wasser mit einem pH-Wert von kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 b. Bereitstellen einer Silikatlösung mit einer Viskosität von 0,1 bis 10000 Poise c. Gemeinsame Zugabe der Silikatlösung aus Schritt a.b. mit einem Säuerungsmittel in die Vorlage aus Schritt a.a oder alleinige Zugabe der Silikatlösung aus Schritt a.b. in die Vorlage aus Schritt a.a derart, dass der pH-Wert der erhaltenen Fällsuspension jederzeit auf einem Wert kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders bevorzugt kleiner 1 und ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 bleibt a.d. Optional Abtrennen des Siliziumdioxids a.e. Waschen des erhaltenen Siliziumdioxids, wobei das A method according to claim 1, characterized in that step a. the following steps include a. Preparation of a Precipitate Template from an Acidifier or Acidifier and Water with a pH of less than 2, preferably less than 1.5, more preferably less than 1, most preferably less than 0.5 b. Providing a silicate solution with a viscosity of 0.1 to 10,000 poise c. Common addition of the silicate solution from step with an acidifier in the template from step aa or sole addition of silicate solution from step into the template from step aa such that the pH of the precipitation suspension obtained at any time to a value less than 2, preferably less than 1 , 5, more preferably less than 1, and most preferably less than 0.5 ad remains optional separation of the silicon dioxide ae washing of the resulting silica, wherein the Waschmedium zumindest im ersten Waschschritt einen pH- Wert kleiner 2, bevorzugt kleiner 1,5, besonders  Washing medium, at least in the first washing step, a pH of less than 2, preferably less than 1.5, especially bevorzugt kleiner 1 und ganz besonders bevorzugt kleiner 0,5 aufweist a.f. Optional Trocknen des erhaltenen Siliziumdioxids.  preferably less than 1 and most preferably less than 0.5 a.f. Optionally drying the resulting silica. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Silikatlösung eine wässrige Wasserglaslösung und als Säuerungsmittel eine Mineralsäure, insbesondere A method according to claim 1 or 2, characterized in that the silicate solution is an aqueous waterglass solution and acidifying agent is a mineral acid, in particular Schwefelsäure, verwendet wird.  Sulfuric acid is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b. unter Verwendung eines hochreinen Siliziumdioxids mit Gehalten an Aluminium kleiner oder gleich 5 ppm, Bor unter 10 ppm bis 0,0001 ppt, Calcium kleiner oder gleich 2 ppm, Eisen kleiner oder gleich 20 ppm, Nickel kleiner oder gleich 10 ppm, Phosphor kleiner 10 ppm bis 0,0001 ppt, Titan kleiner oder gleich 2 ppm und Zink kleiner oder gleich 3 ppm, durchgeführt wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that step b. using a high-purity silica with aluminum contents of less than or equal to 5 ppm, boron less than 10 ppm to 0.0001 ppt, calcium less than or equal to 2 ppm, iron less than or equal to 20 ppm, nickel less than or equal to 10 ppm, phosphorus less than 10 ppm to 0.0001 ppt, titanium less than or equal to 2 ppm, and zinc less than or equal to 3 ppm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hochreine Siliziumdioxid aus Schritt a. im Rahmen von Schritt b. einer carbothermischen Nitridierung in Gegenwart von Stickstoff unterzogen wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the high-purity silicon dioxide from step a. as part of step b. a carbothermic nitridation in the presence of nitrogen is subjected. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized gekennzeichnet, dass das hochreine Siliziumdioxid aus Schritt a. im Rahmen von Schritt b. mit einem  characterized in that the high-purity silicon dioxide from step a. as part of step b. with a kohlenstoffhaltigen Material und Ammoniak umgesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b. als hochreine carbonaceous material and ammonia is reacted. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in step b. as high purity Kohlenstoffquelle eine organische Verbindung natürliche Ursprungs, insbesondere ein Kohlenhydrat, Graphit, Koks Kohle, Ruß oder Thermalruß verwendet wird.  Carbon source is an organic compound of natural origin, especially a carbohydrate, graphite, coke coal, soot or thermal black is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b. verwendete hochreine Kohlenstoffquelle durch technische Pyrolyse mindestens eines Kohlenhydrates oder einer Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in step b. used high-purity carbon source by technical pyrolysis of at least one carbohydrate or a Kohlenhydratmischung, insbesondere eines kristallinen Zuckers, erzeugt wird.  Carbohydrate mixture, in particular a crystalline sugar is produced. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die technische Pyrolyse unter Zusatz von Siliziumoxid, insbesondere von hochreinem Siliziumdioxid, erfolgt. A method according to claim 8, characterized in that the technical pyrolysis is carried out with the addition of silicon oxide, in particular of high-purity silicon dioxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen von Schritt b. hochreines Siliziumdioxid mit einer mittleren Partikelgröße ds o kleiner 70 ym, bevorzugt kleiner 50 ym und insbesondere kleiner 20 ym verwendet wird. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the context of step b. high purity silicon dioxide having a mean particle size ds o less than 70 ym, preferably less than 50 ym and in particular less than 20 ym is used. 11. Verwendung von hochreinem Siliziumnitrid, das nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 erhalten wurde, zur Herstellung von hochreinem Silizium, zur Herstellung von keramischen Werkstoffen, als 11. Use of high-purity silicon nitride, which was obtained by a process according to any one of claims 1 to 10, for the production of high-purity silicon, for the production of ceramic materials, as Beschichtungsmaterial oder als Trennschicht bzw.  Coating material or as a release layer or Barriereschicht. Hochreines Siliziumnitrid, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Gehalte an Aluminium kleiner oder gleich 5 ppm, an Bor unter 10 ppm bis 0,0001 ppt, an Calcium kleiner oder gleich 2 ppm, an Eisen kleiner oder gleich 20 ppm, an Nickel kleiner oder gleich 10 ppm, an Phosphor kleiner 10 ppm bis 0,0001 ppt, an Titan kleiner oder gleich 2 ppm und an Zink kleiner oder gleich 3 ppm betragen. Barrier layer. High-purity silicon nitride, characterized in that its aluminum content is less than or equal to 5 ppm, boron less than 10 ppm to 0.0001 ppt, calcium less than or equal to 2 ppm, iron less than or equal to 20 ppm, nickel less than or equal to 10 ppm, phosphorus less than 10 ppm to 0.0001 ppt, titanium less than or equal to 2 ppm and zinc less than or equal to 3 ppm. Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silizium, dadurch gekennzeichnet, das ein nach einem der Ansprüche bis 10 erhaltenes hochreines Siliziumnitrid thermisch zersetzt wird. A method of producing high purity silicon, characterized in that a high purity silicon nitride obtained according to any one of claims 10 to 10 is thermally decomposed. 14. Verwendung von hochreinem Silizium, das nach einem 14. Use of high-purity silicon, which after a Verfahren gemäß Anspruch 13 erhalten wurde, zur  A method according to claim 13 was obtained, to Herstellung von Solarzellen oder anderen Produkten für die Solar- oder die Elektronikindustrie.  Production of solar cells or other products for the solar or electronics industry.
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