Desenvolvimento de processo para obtenção e caracterização de clorossilanos a partir de silício metalúrgico.

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.