이녹스에코엠 특허 분석 - 폐실리콘 슬러지로부터 고순도 실리콘 회수 방법

출처: 이녹스 에코엠

어제 폐실리콘 재활용과 관련된 뉴스를 읽고 
이녹스에코엠 기업에 대해 관심을 갖고 정보를 찾아보게 되었다.

이녹스에코엠 사의 홈페이지에서 지식 재산권 부분에 폐실리콘 재활용과 관련된
등록 특허들이 5개나 있는 것을 확인하였다.

그래서, 오늘은 이녹스에코엠의 특허에 대해 알아보고자 한다!

관심을 갖고 찾게 된 특허는 이녹스에코엠의 뿌리라고 보이는
폐실리콘 재활용 공정과 관련된 
'폐실리콘으로부터 실리콘 분말을 고순도로 회수하는 방법 및
이 방법으로 회수한 실리콘 분말'이다.
(특허 등록번호: 10-2169875-0000)

KIPRIS에 접속해 해당 특허 등록번호를 검색한 후
아래와 같이 공보를 누르면 PDF 문서 형태로 
특허 내용을 확인할 수 있다.

특허의 배경

태양광 또는 반도체 웨이퍼 제조공정에서는 단결정, 다결정 또는 무정형의 실리콘
잉곳(Ingot)을 Multi-wire saw를 이용해 절삭한다.

출처: 유튜브 diamond wire loop saw cutting

 

위 사진은 유튜브에서 'Silicon ingot multi wire saw'로 검색한 결과를 캡처한 모습이다. 
Wire 부분은 아래의 빨간 선이 있는 쪽이다.

영상을 보기 전에는 막연히 실리콘 ingot을 
물 없이 톱처럼 자르는 줄 알았는데 그게 아니었다.

위처럼 물을 쏴주면서 실리콘 커팅 과정에서 나오는 부스러기들을
씻어주는 역할을 하였다. 

영상에서도 위의 동그라미 친 곳에서 보이듯이

실리콘 부스러기들이 흐르는 물에 씻겨져 떨어지는 것을 볼 수 있었다.
이때, Si ingot 절삭을 위해 쏴주는 물에 분산제 및 계면활성제를 혼합한다고 한다.

그 결과, Si 폐슬러지가 대량으로 발생되며, 그 발생량이 점차 늘어나고 있는 추세이다.
이 폐슬러지의 가격은 99% 순도 실리콘 대비 재료 구입가격이 0.75% 수준이라

이를 활용하면 우수한 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

또한, 절삭 결과 Si ingot이 깔끔하게 잘리고
이렇게 물기가 일부 남아 있는 Si wafer가 만들어진다!

구체적 실시 방법

1. 태양광 제조공정으로부터 발생한 폐슬러지를 상온에서 필터프레싱 공정을 수행한다.

출처: 유튜브 테이크미디어

위 그림은 필터프레스가 생긴 모습이다. 

이름만 듣고는 실험실에서 사용하는 주사기에 꽂는 PTFE 필터 같은 것일 거라고
생각했는데 막상 모습을 보니 다르다.

사진 정면에서 보이는 U자관을 통해 폐슬러리가 들어가게 된다.

출처: Jingjin equipment

위와 같이 필터에 폐슬러리를 넣고 압착하면
큰 슬러리는 필터에 남고 작은 여과물들은 필터 아래로 걸러져 나온다.

필터프레스 공정 후 결과물

필터프레스를 진행한 후 결과물의 함수율은 50%이다.
(물을 포함하는 비율=함수율)

2. 이 슬러지 분말을 기류건조 장치를 이용해 약 175℃에서 2시간 건조한다.
(수분 제거 목적)

3. 이 건조된 슬러지 분말을 오토클레이브(Autoclave)에 투입 후, 350℃에서 30분 열처리한다.
(오토클레이브는 용기를 밀봉하므로 열처리 과정에서
가스 발생 등으로 인해 용기 내부 압력이 높아진다.)

오토클레이브 열처리 후 결과물

결과

그 결과, 실리콘을 97.2% 회수했고,
원래 있던 약 1.53 wt%의 탄소 중 약 90%를 제거했으며,
순도 98.3%의 실리콘을 얻을 수 있었다.

결론

이녹스에코엠은 태양광 등의 산업에서 발생하는 폐슬러지를 획득하여
필터프레스, 건조, 열처리를 거쳐 순도가 98% 이상인 실리콘을 획득한다.