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Title: Desenvolvimento de processo para obtenção e caracterização de clorossilanos a partir de silício metalúrgico.
Authors: Fonseca, Cíntia Gonçalves
metadata.dc.contributor.advisor: Madeira, Fernando Antônio
Keywords: Quartzo
Caracterização física
Energia solar
Issue Date: 2004
Citation: FONSECA, Cíntia Gonçalves. Desenvolvimento de processo para obtenção e caracterização de clorossilanos a partir de silício metalúrgico. 2004. 106f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2004.
Abstract: O silício é o material normalmente empregado na construção de células fotovoltaicas, que convertem a luz solar em energia elétrica. Para que o silício seja usado com este fim, ele deve possuir impurezas com limites baixíssimos, da ordem de ppba (parte por bilhão atômico). Após dezenas de tentativas, constatou-se que somente os métodos químicos podem levar a uma pureza tão grande. O processo de purificação do silício inclui as etapas: redução do quartzo em silício metalúrgico; a cloração do silício; a purificação dos clorossilanos gerados e a produção do silício grau solar pela redução dos clorossilanos. O processo de redução do quartzo é praticado por cerca de uma dezena de empresas brasileiras, que detém cerca de 30% do mercado mundial. As outras etapas não são praticadas por falta de tecnologia. O mercado remunera em cerca de um dólar o silício metalúrgico nacional obtido a partir de três quilos de quartzo mineral através de um processo eletro-intensivo. Por outro lado, o silício com alta pureza é cotado acima de cem dólares o quilo, provocando uma enorme evasão de riquezas brasileiras para manutenção da indústria eletroeletrônica e, mais recentemente, a fotovoltaica, estimadas em mais de oito bilhões de dólares por ano. Por essa razão torna-se adequado o Brasil buscar obter a tecnologia de produção de silício grau solar não apenas para inverter sua balança comercial como para obter uma nova fonte de energia tendo em vista que os recursos hoje utilizados não existirão eternamente. O presente trabalho constitui-se no desenvolvimento da etapa de cloração de silício metalúrgico com vistas à obtenção de clorossilanos com alto rendimento, pureza e um custo competitivo, através da cloração do silício utilizando cloreto de hidrogênio anidro. O cloreto de hidrogênio anidro foi obtido secando-se ácido clorídrico comercial concentrado a quente utilizando ácido sulfúrico como agente secante e borbulhamento de argônio para agitação da mistura ácida. O cloreto de hidrogênio assim produzido foi imediatamente conduzido ao reator onde ocorreu a formação de uma mistura constituída principalmente por triclorosilano e tretracloreto de silício. Os clorossilanos foram obtidos na fase gasosa, sendo conduzidos por condensadores resfriados por uma mistura de água e etileno glicol e foram recolhidos e armazenados no estado líquido. Esse objetivo foi alcançado gerando como resultado uma mistura de aproximadamente 60% triclorossilano e 40% tetracloreto de silício que foram analisados utilizando métodos químicos. Os clorossilanos são produzidos com a finalidade de serem purificados e posteriormente reduzidos, a fim de se obter silício grau solar para confecção de células fotovoltaicas. ____________________________________________________________________________________
ABSTRACT: Silicon is a widely used material in the construction of photovoltaic cells. These cells convert solar light into electric energy. For this purpose, highly pure silicon is required and the impurity limit is within the atomic part per billion (appb) range. After dozens of tries, it was noticed that only chemical methods could produce such a highly pure material. The purification process of silicon comprises reduction of quartz to metallurgic silicon, chlorination of silicon, purification of chlorosilanes produced, and production of hyper pure silicon through reduction of chlorosilanes. The reduction process of quartz is employed for about ten Brazilian industries that hold 30 % of the world market. The other steps are not performed by these industries due to lack of technology. The market pays about one dollar for national metallurgic silicon obtained from three kilos of mineral quartz using an electrointensive process. On the other hand, solar degree silicon worths over one hundred dollars a kilo. Thus, in a wide perspective, it is a source of Brazilian wealth evasion to electronic monitoring industry, and more recently photovoltaic industry, which is estimated in over eight billion dollars per year. For this reason would be adequate Brazil seek to obtain technology for production solar degree silicon to invert his commercial balance and obtain a new source energy look upon the resource today made use don’t exist eternity. The scope of the present work is the development of metallurgic silicon chlorination technology making use of dry hydrogen chloride. The dry hydrogen chloride was obtained drying hydrochloric acid utilizing sulfuric acid and argon to agitate the mixture. The hydrogen chloride obtained was guided the reactor with the purpose of obtaining high yield and purity chlorosilanes. The chlorosilane was obtained gaseous estate and cooled by mixture of water and ethylene glycol and it was store in liquid state. Competitive costs through silicon chlorination utilizing hydrogen chloride that formation a trichlorosilane and silicon tetrachloride mixture. This purpose was obtained generating a result 60% to 70% trichlorosilane and 30% to 40% silicon tetrachloride approximately that was analyzed by chemistry methods. The chlorosilanes was obtained to purify and reduction to obtain solar degree silicon from production photovoltaic cells.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6359
metadata.dc.rights.license: Open access.
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