Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

5.3.2 Refining
Most of the applications of silicon as described above request further refining. The crude
silicon is therefore tapped as liquid in large ladles (containing up to 10 MT of silicon) and
treated when still liquid with oxidative gas and slag-forming additives, mainly silica sand
(SiO
2
) and lime/limestone (CaO/CaCO
3
). Other chemicals such as dolomite (CaO–MgO),
calcium fluoride (CaF
2
) and others are used depending on plant practice and customer
requirements. Elements less noble than silicon such as Al, Ca and Mg are oxidised and

---

164
SOLAR GRADE SILICON FEEDSTOCK
the degree of refining is determined by distribution equilibria (5.20) to (5.23), where the
(parentheses) refer to components dissolved in a slag phase and the underscored symbols
refer to dissolved elements in liquid silicon:
4Al
+
3
(
SiO
2
)
=
3Si
(
l
)
+
2
(
Al
2
O
3
)
(5.20)
2Ca
+
SiO
2
=
Si
(
l
)
+
2
(
CaO
)
(5.21)
2Mg
+
SiO
2
=
Si
(
l
)
+
2
(
MgO
)
(5.22)
S
(
l
)
+
O
2
=
(
SiO
2
)
(5.23)
Theoretically it is possible to remove Al and Ca to very low levels, but in practice this
is prevented by the large heat losses occurring during this operation. Temperature drops
to 1700 to 1500
◦
C, and to avoid freezing of the melt, some of the silica needed for slag
Raw material
Consumable
electrodes
C
Electric energy
Charge material
Liquid metal
Refining
Solidification
Sizing
Crushing
Crater
Recovered
energy
Silicon
(a)
Silica
Filter
Cleaned gas
SiO
2
Figure 5.1
(a) and (b) Schematic representation of a furnace for production of metallurgical
grade silicon. Reproduced from Schei A, Tuset J, Tveit H,
Production of High Silicon Alloys
, Tapir
forlag, Trondheim (1998) with permission by Haluard Tueit

---

PRODUCTION OF METALLURGICAL GRADE SILICON