專利名稱：一種制備超冶金級(jí)硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于一種制備高純度硅的方法，特別是由冶金級(jí)硅制備純度大
于99.99%的超冶金級(jí)硅的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的化石能源已經(jīng)不能滿足人類目前快速增長(zhǎng)的能源需求。 而太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，且近十年來(lái)均以30%以上的年 增長(zhǎng)率保持高速發(fā)展。太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)所依賴的是太陽(yáng)能電池用多晶硅。
目前太陽(yáng)能電池材料主要來(lái)自于半導(dǎo)體工業(yè)的廢料和次品。傳統(tǒng)的三氯氫 硅(SiHCl3)氬還原法即西門子法直接生產(chǎn)出來(lái)的太陽(yáng)能電池用多晶硅，其投 資大、生產(chǎn)成本高，而且安全性能差，且已出現(xiàn)了原料供應(yīng)短缺等問(wèn)題。國(guó)內(nèi) 外已開始研究太陽(yáng)能級(jí)硅生產(chǎn)的新方法。
我國(guó)的聞瑞梅等人申請(qǐng)的專利用三氯氫硅和四氯化硅混合源生產(chǎn)多晶硅的 方法(專利號(hào)為02137592.5，公告日期為2003年03月19日)，該發(fā)明涉及一 種全新的氫還原生產(chǎn)多晶硅的工藝。該發(fā)明在多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中，充分利用生 產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的SiCU、 HC1，達(dá)到既保證高質(zhì)量、高產(chǎn)率。又降低原材料工業(yè)硅、 氫氣及氯氣的消耗，降低了成本。
曰本開發(fā)了 一種新方法來(lái)提純粗硅用于太陽(yáng)能電池。這種技術(shù)所用的原料 為純度為95%左右的粗硅。首先，在150(TC和真空條件下，將其熔化，并用750 kW電子?xùn)|將粗硅中的磷氣化掉。釆用定向凝固技術(shù)，使硅晶體在一個(gè)方向上排 列，將鐵、鋁等金屬雜質(zhì)分離出來(lái)，而硼和碳則用等離子熔化和氧化工藝去掉。 然后采用第二次定向凝固技術(shù)，去掉痕量金屬。最后把高純度的硅熔化并通過(guò) 電磁澆鑄技術(shù)固化成錠，這樣就避免硅與熔化鍋壁相接觸。
日本東京大學(xué)吉川健等人利用Si - Al合金熔液特點(diǎn)提出了以冶金級(jí)硅為原 料低溫制備太陽(yáng)能級(jí)硅新工藝，并對(duì)該過(guò)程的物理化學(xué)過(guò)程進(jìn)行較深入的研究， 但目前獲得的硅中含鋁量較高，還需進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化研究。
馬文會(huì)等人申請(qǐng)的專利一種制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的方法中(專利號(hào)為 200610010654.8，公告時(shí)間為2006年07月19日)，該發(fā)明涉及一種制備太陽(yáng) 能級(jí)多晶硅的方法，釆用冶金級(jí)硅作為原料，經(jīng)過(guò)初步的酸浸處理后，再在真 空爐內(nèi)進(jìn)行真空精煉處理，真空精煉分兩個(gè)階段，即真空氧化精煉階段、真空 蒸餾精煉和真空脫氣階段，最后經(jīng)定向凝固及切頭處理，獲得太陽(yáng)能級(jí)多晶硅 產(chǎn)品。其硅的純度為99.9999%以上，滿足太陽(yáng)能電池行業(yè)所需硅原料的要求。 超冶金級(jí)硅是太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)中間產(chǎn)品，其純度大于
99.99%,主要通過(guò)酸浸預(yù)處理過(guò)程生產(chǎn)。由于冶金級(jí)硅中雜質(zhì)的不均勾性，為 冶金級(jí)硅的提純過(guò)程增加了很大的難度。通過(guò)預(yù)處理過(guò)程能夠去除大部分金屬 雜質(zhì)，降低后續(xù)真空熔煉過(guò)程的難度；此外冶金級(jí)硅塊粉碎成硅粉的過(guò)程本身 就是一個(gè)混勻的過(guò)程，它對(duì)后期處理保證質(zhì)量穩(wěn)定性具有重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備超冶金級(jí)硅的方法，其生產(chǎn)效 率高，設(shè)備投資少、能耗低，對(duì)環(huán)境的影響比較小，成本低，產(chǎn)出的硅純度高， 能滿足太陽(yáng)能電池行業(yè)對(duì)超冶金級(jí)硅的要求。
解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題所釆用的技術(shù)方案為塊狀冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)清洗、破 碎、球磨、篩分、初步除雜等工序后，放入超聲波、微波場(chǎng)中進(jìn)行冶金酸浸處 理，經(jīng)過(guò)強(qiáng)化處理后的冶金級(jí)硅粉再釆用常壓濕法浸出和高溫高壓浸出結(jié)合， 使得冶金級(jí)硅粉中的金屬雜質(zhì)能夠盡快的進(jìn)入浸出液中，浸出液經(jīng)過(guò)萃取后循 環(huán)利用，而萃取劑也經(jīng)過(guò)反萃取后循環(huán)利用。
本發(fā)明主要的技術(shù)條件是
(1) 浸出液的濃度硫酸濃度為2 mol/L ~ 6mol/L，鹽酸濃度為0.5 mol/L ~ 8mol/L,硝酸濃度為1 mol/L ~ 8mol/L;
(2) 微波處理、超聲波處理時(shí)的重量液固比為1: 1~5: 1,溫度為40°C ~ 90°C,處理時(shí)間為0.5小時(shí)~ 3小時(shí)；
(3) 常壓浸出時(shí)的重量液固比為1: 1~10: 1,溫度為40°C ~90°C,處理 時(shí)間為1天~5天；
U)高溫高壓浸出時(shí)的重量液固比為1: 1~8: l，壓強(qiáng)為0.3MPa 2.5MPa, 溫度為110°C~190°C，處理時(shí)間為0.5小時(shí)~12小時(shí)。
(5)高溫高壓浸出后分離出的硅粉最后用濃度為lmol/L ~ 5mol/L的氫氟 酸浸出，反應(yīng)液的濃度為lmol/L~5mol/L,反應(yīng)溫度40°C ~ 80°C,反應(yīng)時(shí)間為 1小時(shí) 8小時(shí)；
清洗以巿售純度98% ~99.5%的塊狀冶金級(jí)硅為原料，用清洗劑和超聲 波設(shè)備對(duì)其表面上的雜物進(jìn)行清洗30min 60min,以減少因這些雜物的增加而 導(dǎo)致冶金級(jí)硅中雜質(zhì)總量的增加。
粉碎將清洗干凈后的冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)破碎機(jī)數(shù)次破碎后，投入球磨機(jī)中進(jìn) 行研磨，得到50目~300目的硅粉物料，進(jìn)行下一步處理。
篩分將粉碎后的硅粉物料投入篩分機(jī)中進(jìn)行硅粉顆粒分級(jí)，得到50目~ 300目的硅粉物料，進(jìn)行下一步處理，也可以作為產(chǎn)品出售；而小于50目的硅 粉則重新投入到球磨機(jī)中進(jìn)行反復(fù)球磨。
初步除雜篩分后的冶金級(jí)硅投入到電磁磁選機(jī)中進(jìn)行多次磁選，以降低
破碎、球磨過(guò)程中帶入的鐵和氧化鐵含量。
微波、超聲波處理將經(jīng)過(guò)初步除雜后的冶金級(jí)硅粉，按照重量液固比加 入酸液，于功率為300W 1000W的微波設(shè)備中加熱反應(yīng)30 min 120min,再 在500W 800W超聲波作用下酸浸5 min-180min。該過(guò)程主要是提高酸浸溫 度，縮短反應(yīng)時(shí)間，去除一大部分冶金級(jí)硅中的金屬雜質(zhì)。
常壓下濕法冶金處理經(jīng)過(guò)上述處理后的冶金級(jí)硅粉在水洛溫度40°C~ 90。C中繼續(xù)用濃度為O.5mol/L ~ 7mol/L的鹽酸或王水二次浸出1天~5天。該 過(guò)程主要目的是使冶金級(jí)硅粉能夠與浸出液充分接觸、反應(yīng)。使得雜質(zhì)能夠得 到更好的去除。
高壓釜中濕法冶金處理經(jīng)過(guò)常壓酸浸后的硅粉與濃度為2 mol/L ~ 6mol/L 的硫酸及鹽酸溶液按照液固比為1: 1~8: 1混合后投入到高壓反應(yīng)設(shè)備中，保 持反應(yīng)壓強(qiáng)為0.3MPa~2.5MPa,反應(yīng)溫度為110~190°C,攪拌速度為300轉(zhuǎn)/ 分~ 700轉(zhuǎn)/分的條件下反應(yīng)0.5 ~ 12小時(shí)。然后釆用真空抽濾等減壓分離方法對(duì) 液固相進(jìn)行分離。分離后的硅粉最后用濃度為l~5mol/L的氫氟酸,溫度40。C-80°C,浸泡1 8個(gè)小時(shí)；去除硅粉物料表面的二氧化硅及一些雜質(zhì)，然后用三 級(jí)去離子水清洗3 5次后減壓過(guò)濾，干燥。產(chǎn)品分裝后可出售。高壓釜的內(nèi)襯 材料為金屬鈦或者樹脂。
浸出劑的循環(huán)利用釆用萃取液對(duì)減壓分離后的浸出液進(jìn)行萃取分離。分 離后的浸出液重新投入到上述預(yù)處理過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了浸出液的循環(huán)利用；反應(yīng) 后的萃取液則釆用純堿溶液或氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取，萃取液同樣也實(shí)現(xiàn)循 環(huán)利用。產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)元素?zé)o毒無(wú)害，可作為廢棄物進(jìn)行處理。
本發(fā)明的有益效果是
① 生產(chǎn)效率高。釆用了微波冶金、超聲波冶金和高壓高溫濕法冶金的聯(lián)合 浸出技術(shù)，較好解決了冶金級(jí)硅提純難的問(wèn)題，使提純效果和生產(chǎn)效率有了質(zhì) 的變化；
② 基建投資較少。本方法主要采用了全濕法冶金技術(shù)，其基建投資相對(duì)于 相同生產(chǎn)規(guī)模的火法生產(chǎn)廠家其基建投資可減少70%;
③ 設(shè)備簡(jiǎn)單、安全性好。由于此工藝全部為濕法冶金過(guò)程，其設(shè)備比較簡(jiǎn)
單，輔助系統(tǒng)少，且安全性高；
④ 能耗少，生產(chǎn)成本低。生產(chǎn)過(guò)程中其電耗可減少60%以上，生產(chǎn)成本可 降低50%;
⑤ 環(huán)境污染少。由于此過(guò)程的浸出劑釆用的循環(huán)使用，生產(chǎn)過(guò)程中不需要 排放大量的酸溶液，因此該新工藝對(duì)環(huán)境壓力小，能實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，符合綠色 冶金的要求。


圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
使用硅含量為98.5 wt。/。的冶金級(jí)硅為原料，其中主要雜質(zhì)成分Al含量 1100ppmw, Fe含量1620ppmw, Ca含量420ppmw。
將原料進(jìn)行破碎機(jī)破碎、球磨機(jī)球磨，并釆用篩分機(jī)對(duì)冶金級(jí)硅粉進(jìn)行篩 分，得到硅粉粒度為150目的硅粉物料，然后采用電磁磁選機(jī)去除隨破碎球磨 過(guò)程中帶入的鐵雜質(zhì)。
用濃度為4mol/L的鹽酸按照液固比為1:1的量對(duì)硅粉物料在功率為800W 的超聲波作用下反應(yīng)5min,而后在功率為300W微波作用下進(jìn)行酸浸處理 60min,然后將其置于水洛溫度5(TC下浸出5天，最后在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行反 應(yīng)2個(gè)小時(shí)，高壓釜中反應(yīng)溫度為ll(TC,壓強(qiáng)為2.5MPa，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/ 分。反應(yīng)后的物料釆用真空抽濾將酸液和硅粉物料分開，并使用蒸餾水清洗4 次，將反應(yīng)后的酸液釆用萃取液進(jìn)行萃取反應(yīng)，以分離酸液中的金屬離子。萃 取完的酸液在補(bǔ)充一定量的新酸后重新投入新一輪的酸浸實(shí)驗(yàn)中；而萃取液中 加入少量的純堿溶液或者氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取，使得萃取液也得到了循環(huán) 使用。經(jīng)過(guò)三次不同條件下處理后的鐵雜質(zhì)含量降低了 96%,鋁雜質(zhì)含量降低 了 95%，雜質(zhì)鎳含量降低了 87%,雜質(zhì)鈦除去了 83%，經(jīng)過(guò)處理后的硅粉物料 再使用濃度為5mol/L的氫氟酸進(jìn)行處理，處理時(shí)間為5小時(shí)，可將顆粒表面的 二氧化硅及一些雜質(zhì)去除，并使用三級(jí)去離子水清洗6次。
實(shí)施結(jié)果冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)處理后，其純度為99.991%,其中鐵雜質(zhì)的含量 為18ppmw,鉬雜質(zhì)的含量為14ppmw,鉤雜質(zhì)的含量為8ppmw,鈥雜質(zhì)的含量 為15ppmw，其他金屬的雜質(zhì)總量小于15ppmw。
實(shí)施例二
使用硅含量為99.5wt。/。的冶金級(jí)硅為原料，其主要雜質(zhì)成分Al含量為 540ppmw, Fe含量為850ppmw， Ca含量200ppmw。
將原料進(jìn)行破碎機(jī)破碎、球磨機(jī)球磨，并釆用篩分機(jī)對(duì)冶金級(jí)硅粉進(jìn)行篩 分，得到硅粉粒度為200目的硅粉物料，然后釆用電磁磁選機(jī)去除破碎球磨過(guò) 程中帶入的鐵雜質(zhì)。
用濃度為8mol/L的硝酸按照液固比為5: 1的量對(duì)硅粉物料進(jìn)行酸浸處理。 先在功率為600W超聲波條件下處理30min,然后在微波條件下處理40min,微 波功率為600W,然后在6(TC的水洛鍋內(nèi)浸出3天，然后釆用真空抽濾將酸液 與物料分開，并使用蒸餾水清洗4次，然后用濃度為4mol/L的硫酸溶液按照5: 1的液固比對(duì)硅粉物料在高溫高壓下進(jìn)行浸出，IO個(gè)小時(shí)后，高壓釜中反應(yīng)溫
度為19(TC，壓強(qiáng)為0.3MPa，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分，用真空抽濾將酸液與硅粉 物料分開，并使用三級(jí)去離子水清洗4次，將反應(yīng)后的酸液釆用萃取液進(jìn)行萃 取反應(yīng)，以分離酸液中的金屬離子。萃取完的酸液在補(bǔ)充一定量的新酸后重新 投入新一輪的酸浸實(shí)驗(yàn)中；而萃取液中加入少量的純堿溶液或者氫氧化鈉溶液 進(jìn)行反萃取，使得萃取液也得到了循環(huán)使用。經(jīng)過(guò)三次不同條件下處理后的鐵 雜質(zhì)含量降低了 97%，鋁雜質(zhì)含量降低了 93%,鎳雜質(zhì)含量降低了 85%,鈦雜 質(zhì)除去了 87%,經(jīng)過(guò)處理后的硅粉物料再使用濃度為lmol/L的氫氟酸進(jìn)行處 理，處理時(shí)間為l小時(shí)，可將顆粒表面的二氧,化硅以及一些雜質(zhì)去除，并使用 三級(jí)去離子水清洗6次。
實(shí)施結(jié)果冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)處理后，其純度達(dá)到了 99.995%,其中，鐵雜質(zhì) 的含量為10ppmw，鋁雜質(zhì)的含量為7ppmw，鈣雜質(zhì)的含量為8ppmw，鈦雜質(zhì) 的含量為3ppmw,其他金屬的雜質(zhì)總量小于5ppmw。
實(shí)施例三
使用硅含量為99.3wt。/。的冶金級(jí)硅為原料，其主要雜質(zhì)成分Al含量為 930ppmw， Fe含量為1320ppmw， Ca含量420ppmw。
將原料進(jìn)行破碎機(jī)破碎、球磨機(jī)球磨，并釆用篩分機(jī)對(duì)冶金級(jí)硅粉進(jìn)行篩 分，得到硅粉粒度為100目的硅粉物料，然后釆用電磁磁選機(jī)去除破碎球磨過(guò) 程中帶入的鐵雜質(zhì)。
用濃度為3mol/L的鹽酸按照8: 1的液固比對(duì)硅粉物料先在超聲波條件下 處理5min,其功率為500W,然后在微波條件下處理120 min，微波功率為IOOOW， 然后在9(TC的水浴鍋內(nèi)浸出2天，然后釆用真空抽濾將酸液與物料分開，然后 用濃度為2mol/L的硫酸溶液對(duì)硅粉物料在高溫高壓下酸浸0.5h,高壓釜中反應(yīng) 溫度為190°C,壓強(qiáng)為1.5MPa,攪拌速度為700轉(zhuǎn)/分，而后用真空抽濾將酸液 與硅粉物料分開，并使用三級(jí)去離子水清洗4次，將反應(yīng)后的酸液釆用萃取液 進(jìn)行萃取反應(yīng)，以分離酸液中的金屬離子。萃取完的酸液在補(bǔ)充一定量的新酸 后重新投入新一輪的酸浸實(shí)驗(yàn)中；而萃取液中加入少量的純堿溶液或者氫氧化 鈉溶液進(jìn)行反萃取，使得萃取液也得到了循環(huán)使用。經(jīng)過(guò)三次不同條件下處理 后的鐵雜質(zhì)含量降低了 98%,鋁雜質(zhì)含量降低了 97%,鎳雜質(zhì)含量降低了 83%， 鈦雜質(zhì)除去了 85%,經(jīng)過(guò)處理后的硅粉物料再使用濃度為3mol/L的氫氟酸進(jìn) 行處理，處理時(shí)間為8小時(shí)，可將顆粒表面的二氧化硅以及一些雜質(zhì)去除，并 使用三級(jí)去離子水清洗6次。
實(shí)施結(jié)果冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)處理后，其純度達(dá)到了 99.991%,其中，鐵雜質(zhì) 的含量為17ppmw，鋁雜質(zhì)的含量為13ppmw，鈣雜質(zhì)的含量為10ppmw,鈦雜 質(zhì)的含量為15ppmw,其他金屬的雜質(zhì)總量小于8ppmw。
實(shí)施例四
使用硅含量為99.0wt。/。的冶金級(jí)硅為原料，其主要雜質(zhì)成分Al含量為 1030ppmw, Fe含量為1430ppmw， Ca含量400ppmw。
將原料進(jìn)行破碎機(jī)破碎、球磨機(jī)球磨，并釆用篩分機(jī)對(duì)冶金級(jí)硅粉進(jìn)行篩 分，得到硅粉粒度為300目的硅粉物料，然后釆用電磁磁選機(jī)去除破碎球磨過(guò) 程中帶入的鐵雜質(zhì)。
用濃度為lmol/L的鹽酸按照10: 1的液固比對(duì)硅粉物料先在超聲波條件下 處理180min，其功率為800W，然后在微波條件下處理80min,微波功率為800W, 然后在7(TC的水洛鍋內(nèi)浸出4天，然后釆用真空抽濾將酸液與物料分開，并使 用蒸館水清洗3次，然后用濃度為6mol/L的硫酸溶液對(duì)硅粉物料在高溫高壓下 酸浸12h，高壓釜中反應(yīng)溫度為150°C,壓強(qiáng)為l.OMPa,攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分。 后用真空抽濾將酸液與硅粉物料分開，并使用三級(jí)去離子水清洗4次，將反應(yīng) 后的酸液釆用萃取液進(jìn)行萃取反應(yīng)，以分離酸液中的金屬離子。萃取完的酸液 在補(bǔ)充一定量的新酸后重新投入新一輪的酸浸實(shí)驗(yàn)中；而萃取液中加入少量的 純堿溶液或者氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取，使得萃取液也得到了循環(huán)使用。經(jīng)過(guò) 三次不同條件下處理后的鐵雜質(zhì)含量降低了 95%,鋁雜質(zhì)含量降低了 98%，鎳 雜質(zhì)含量降低了87%,鈦雜質(zhì)除去了93%,經(jīng)過(guò)處理后的硅粉物料再使用濃度 為4mol/L的氫氟酸進(jìn)行處理，處理時(shí)間為8小時(shí)，可將顆粒表面的二氧化硅以 及一些雜質(zhì)去除，并使用三級(jí)去離子水清洗6次。
實(shí)施結(jié)果冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)處理后，其純度達(dá)到了 99.992%,其中，鐵雜質(zhì) 的含量為12ppmw,鋁雜質(zhì)的含量為14ppmw,鉀雜質(zhì)的含量為6ppmw,鈦雜質(zhì) 的含量為17ppmw，其他金屬的雜質(zhì)總量小于1 lppmw。
實(shí)施例五
使用硅含量為99.4wt。/。的冶金級(jí)硅為原料，其主要雜質(zhì)成分Al含量為 850ppmw, Fe含量為1220ppmw， Ca含量320ppmw。
將原料進(jìn)行破碎機(jī)破碎、球磨機(jī)球磨，并釆用篩分機(jī)對(duì)冶金級(jí)硅粉進(jìn)行篩 分，得到硅粉粒度為250目的硅粉物料，然后采用電磁磁選機(jī)去除破碎球磨過(guò) 程中帶入的鐵雜質(zhì)。
用濃度為lmol/L的硝酸按照5: 1的液固比對(duì)硅粉物料先在超聲波條件下 處理150min，其功率為500W,然后在微波條件下處理50 min，微波功率為 1000W,然后在6(TC的水浴鍋內(nèi)浸出5天，然后釆用真空抽濾將酸液與物料分 開，并使用蒸餾水清洗3次，然后用濃度為6mol/L的鹽酸溶液對(duì)硅粉物料在高 溫高壓下酸浸6h，高壓釜中反應(yīng)溫度為170°C,壓強(qiáng)為2.0MPa,攪拌速度為690 轉(zhuǎn)/分。后用真空抽濾將酸液與硅粉物料分開，并使用三級(jí)去離子水清洗4次， 將反應(yīng)后的酸液采用萃取液進(jìn)行萃取反應(yīng)，以分離酸液中的金屬離子。萃取完
的酸液在補(bǔ)充一定量的新酸后重新投入新一輪的酸浸實(shí)驗(yàn)中；而萃取液中加入 少量的純堿溶液或者氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取，使得萃取液也得到了循環(huán)使用。
經(jīng)過(guò)三次不同條件下處理后的鐵雜質(zhì)含量降低了 98 % ,鋁雜質(zhì)含量降低了 94 % ， 鎳雜質(zhì)含量降低了 89%,鈦雜質(zhì)除去了 85%,經(jīng)過(guò)處理后的硅粉物料再使用濃 度為2mol/L的氫氟酸進(jìn)行處理，處理時(shí)間為6小時(shí)，可將顆粒表面的二氧化硅 以及一些雜質(zhì)去除，并使用三級(jí)去離子水清洗6次。
實(shí)施結(jié)果冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)處理后，其純度達(dá)到了 99.993%,其中，鐵雜質(zhì) 的含量為10ppmw，鋁雜質(zhì)的含量為8ppmw，鈣雜質(zhì)的含量為10ppmw，鈦雜質(zhì) 的含量為17ppmw,其他金屬的雜質(zhì)總量小于9ppmw。
權(quán)利要求
1、一種制備超冶金級(jí)硅的方法，其特征在于塊狀冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)清洗、破碎、球磨、篩分、初步除雜等工序后，放入超聲波、微波場(chǎng)中進(jìn)行冶金酸浸處理，經(jīng)過(guò)強(qiáng)化處理后的冶金級(jí)硅粉再采用常壓濕法浸出和高溫高壓浸出結(jié)合，使得冶金級(jí)硅粉中的金屬雜質(zhì)能夠盡快的進(jìn)入浸出液中，浸出液經(jīng)過(guò)萃取后循環(huán)利用，而萃取劑也經(jīng)過(guò)反萃取后循環(huán)利用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超冶金級(jí)硅的方法，其特征在于主要的技術(shù) 條件為(1 )浸出液的濃度硫酸濃度為2mol/L~6mol/L，鹽酸濃度為0.5 mol/L ~ 8 mol/L,硝酸濃度為1 mol/L ~ 8 mol/L;(2) 微波處理、超聲波處理時(shí)的重量液固比為1: 1~5: 1,溫度為40°C ~ 90°C ，處理時(shí)間為0.5小時(shí)~ 3小時(shí)；(3) 常壓浸出時(shí)的重量液固比為1: 1~10: 1，溫度為40。C 卯。C，處理 時(shí)間為1天~5天；(4) 高溫高壓浸出時(shí)的重量液固比為1: 1~8: l,壓強(qiáng)為0.3MPa 2.5MPa, 溫度為110°C~190°C,處理時(shí)間為0.5小時(shí)~12小時(shí)；(5) 高溫高壓浸出后分離出的硅粉最后用濃度為1 mol/L 5 mol/L的氫 氟酸浸出，反應(yīng)液的濃度為1 mol/L~5mol/L,反應(yīng)溫度40°C ~ 80°C,反應(yīng)時(shí) 間為1小時(shí)-8小時(shí)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備超冶金級(jí)硅的方法，其特征在于所述的原 料為純度98% ~99.5%的冶金級(jí)硅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備超冶金級(jí)硅的方法，其特征在于所述 的原料經(jīng)過(guò)清洗后，粉碎至粒度為50目-300目，初步除雜是將篩分后的冶金 級(jí)硅粉進(jìn)行磁選，使破碎、球磨過(guò)程中帶入的鐵和氧化鐵含量降低。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4所述的一種制備超冶金級(jí)硅的方法，其特征在于: 高溫高壓浸出時(shí)用的高壓釜的內(nèi)襯材料為金屬鈦或者樹脂。
全文摘要
一種制備超冶金級(jí)硅的方法。本發(fā)明涉及屬于制備高純度一種硅的方法，特別是由冶金級(jí)硅制備純度大于99.99％的超冶金級(jí)硅的方法。本發(fā)明是將塊狀冶金級(jí)硅經(jīng)過(guò)清洗、破碎、球磨、篩分、初步除雜等工序后，放入超聲波、微波場(chǎng)中進(jìn)行冶金酸浸處理，經(jīng)過(guò)強(qiáng)化處理后的冶金級(jí)硅粉再采用常壓濕法浸出和高溫高壓浸出結(jié)合，使得冶金級(jí)硅粉中的金屬雜質(zhì)能夠盡快的進(jìn)入浸出液中，浸出液經(jīng)過(guò)萃取后循環(huán)利用，而萃取劑也經(jīng)過(guò)反萃取后循環(huán)利用。本方法聯(lián)合采用了微波冶金、超聲波冶金、高溫高壓浸出等特種場(chǎng)強(qiáng)化技術(shù)，制備的硅純度為99.99％以上，滿足太陽(yáng)能電池行業(yè)對(duì)超冶金級(jí)硅的要求，且設(shè)備投資少、能耗低，對(duì)環(huán)境的影響比較小，成本低。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101112987SQ20071006601
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者于站良, 伍繼君, 劉大春, 徐寶強(qiáng), 戴永年, 斌 楊, 汪鏡福, 謝克強(qiáng), 馬文會(huì), 魏奎先 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)