Optimisation de la charge silice/réducteur destinée au procédé de carbo-réduction pour l'obtention du silicium grade métallurgique pour application photovoltaïque

Abstract

Dans le présent travail, on a mis en valeur l'utilisation potentielle de la silice brute à forte valeur ajoutée en tant que matière première pour la Carbo- Réduction destinée au domaine photovoltaïque. En premier lieu, nous avons procédé à la caractérisation approfondie des échantillons de silice, issus des différents gisements algériens (quartz, sables et grès) par différentes techniques de caractérisation qualitatives et quantitatives de pointe. Les résultats ont montré que les différents échantillons caractérisés ont une pureté en dioxyde de silicium (SiO2) assez élevée allant en moyenne entre 97% et 99% avec la présence de différents types de défauts, entre autres, micro-structuraux, à savoir les inclusions fluides et minérales, les micros fissures ainsi que les pores. Afin d’éliminer les impuretés en surface ainsi que ceux incrustées dans le réseau cristallin et augmenter ainsi la concentration en SiO2, le procédé technologique par extraction métallurgique à savoir la lixiviation acide a été mise en évidence afin d’enrichir les échantillons de sables siliceux algériens n’ayant pas atteint la teneur requise en silice (<à 98% de SiO2). Il a été remarqué que les paramètres les plus influents sur le processus de lixiviation de la silice sont: le temps de lixiviation, la granulométrie des grains ainsi que la concentration des acides utilisés. C’est sur cette base que notre travail expérimental, dans un premier temps, a été orienté dans le but de déterminer l’influence de ces trois paramètres pour l’optimisation du procédé de lixiviation. Par ailleurs, l’utilisation de la méthode des plans d’expériences factoriels (DOE) nous a permis de vérifier les tests expérimentaux effectués dudit procédé. La modélisation du phénomène physico-chimique a été utilisée pour déterminer l’influence de chaque paramètre régissant la lixiviation et l’interaction entre eux. Ce modèle basé sur une méthode statistique nous a permis non seulement de confirmer les expériences effectuées mais aussi de prédire des résultats préalables des futurs essais. Concernant l’aspect métallurgique, des tests d’éclatement de la silice à haute température ont fait l’objet d’étude. Ce point est essentiel dans le choix de la matière première apte à être utilisée pour l’obtention du silicium grade métallurgique à travers la Carbo-Réduction dans le four à arc. Ces tests se distinguent par la détermination des paramètres mécanique , thermique et thermomécanique de la silice ainsi que par la résistance de cette dernière à l’éclatement dans le four. Ces dits tests ont révélé l’étroite corrélation qui existe entre le comportement de la silice à haute température et sa microstructure. En outre, les résultats de la caractérisation microscopique ainsi que les tests d’éclatement ont montré que la matière première étudiée possède une pureté très appréciable et des caractéristiques thermo-mecaniques performantes (quartz massif du Hoggar) et une très bonne tenue au four à l’éclatement, ce qui la place en pôle position pour une utilisation future dans le procédé de Carbo-Réduction et la production de silicium algérien de qualité métallurgique.