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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2015.tde-18082023-104823
Documento
Autor
Nome completo
John Bernardo Vilca Neira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Mourão, Marcelo Breda (Presidente)
Beneduce Neto, Flavio
Ferreira Neto, João Batista
Mantovani, Mário Cesar
Takano, Cyro
Título em português
Estudo de remoção de boro do silício por tratamento com escória.
Palavras-chave em português
Pirometalurgia
Resumo em português
Novas fontes de energia são necessárias para um futuro sustentável. A conversão da energia solar em energia elétrica pelo uso de células fotovoltaicas a base de silício representa uma fonte de energia sustentável prometedora. Para uma maior competitividade desta energia com as fontes de energia já existentes, é necessário maior desenvolvimento tecnológico para garantir a viabilidade técnica e econômica. A obtenção de células fotovoltaicas a partir do refino pirometalúrgico é visto como processo promissor, sendo a etapa de remoção de boro uma das mais complicadas de ser atingida, devido às propriedades físico-químicas do boro no silício. O tratamento de remoção de boro do silício por escória mostra-se uma metodologia interessante, de modo que este trabalho tem como objetivo estudar os efeitos das variáveis: tempo, temperatura, basicidade, relação silício/escória e fluxante na remoção de boro do silício, tendo sido proposto duas abordagens que foram denominadas como ensaios preliminares e ensaios definitivos. Nos ensaios preliminares foram usadas escórias a base de matéria prima comercial (BaO-SiO2, BaO-SiO2-CaF2, Na2O-SiO2, Na2O-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) e silício grau metalúrgico. Nos ensaios definitivos foram elaboradas escórias com matéria-prima de grau químico (BaO-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) e silício grau eletrônico dopado com boro. Os experimentos de remoção de boro por escória foram realizados no forno de indução em escala laboratorial, em cadinhos de grafite sob atmosfera de argônio. Na avaliação de remoção de boro foram usadas as técnicas analíticas de ICP-OES na analise dos teores de boro no silício, FRX na analise de composição da escória após ensaio e microscopia ótica para quantificar o silício presente na escória após ensaio. Dos resultados dos ensaios preliminares pode-se concluir que a remoção de boro por escórias contendo sódio ou bário é possível em condiçõesfora do equilíbrio em até aproximadamente 30 minutos após dissolução total da escória. Constatou-se que a remoção de boro é maior a 1650 oC. Concluiu-se que a maior remoção de boro acontece com escórias contendo bário e fluorita, com basicidade 6, e ainda escórias contendo sódio, sem fluorita, também com basicidade 6. Dos resultados dos ensaios definitivos com o sistema BaO-SiO2-CaF2 e BaO-SiO2-Na2CO3 conclui-se que ambos sistemas são promissores na remoção de boro do silício em condições de não equilíbrio.
Título em inglês
Untitled in english.
Palavras-chave em inglês
Pyrometallurgical
Resumo em inglês
New energy sources are needed for a sustainable future. The conversion of solar energy into electricity by using silicon-based photovoltaic cells represents a promising source of sustainable energy. Improving the competitiveness of this energy with existing energy sources requires more technological development to ensure its technical and economic feasibility. Photovoltaic cells obtained from the pyrometallurgical refining process are viewed as promising, but boron removal is one of the most challenging steps due to the physicochemical properties of boron in silicon. The removal of boron from silicon by slag has shown to be an interesting methodology, therefore this work aims to study the effects of the variables: time, temperature, basicity, silicon/slag ratio and flux in the removal of boron from silicon. Two approaches have been proposed, which were referred to as preliminary assays and final assays. In the preliminary assays, commercial raw material-based slag (BaO-SiO2, BaO-SiO2-CaF2, Na2O-SiO2, Na2O-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) and metallurgical grade silicon were used, and in the final assays, slag with chemical grade raw material (BaO-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) and boron-doped electronic grade silicon. Boron removal by slag experiments were performed in an induction furnace at laboratory scale, in graphite crucibles under argon atmosphere. In boron removal assessment, ICP OES analytical techniques were used for the analysis of the levels of boron in silicon; XRF analysis was used to determine the composition of the slag after assays, and optical microscopy was used to quantify the silicon present in the slag after testing. From the results of the preliminary experiments it can be concluded that the removal of boron by slag containing sodium or barium is possible under unbalanced condition up to 30 minutes after the completedissolution of the slag. It was found that the removal of boron is higher at 1650 ° C and that the largest amount of boron removal occurs with slag containing barium and fluorite, with basicity 6, and also with slag containing sodium but no fluorite and basicity 6, as well. From the results of the final assays with BaO-SiO2-CaF2-SiO2-BaO and Na2CO3 system, it was concluded that both systems are promising for the removal of boron from silicon in unbalanced conditions.
 
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Data de Publicação
2023-08-18
 
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