專利名稱：：利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法及所用助劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在制造高純金屬硅過程中除雜的方法，尤其是利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法及所用助劑。
背景技術(shù)：
：生產(chǎn)太陽能發(fā)電用多晶硅和單晶硅，傳統(tǒng)的方法有以下幾種1、用SiHCl3法生產(chǎn)高純金屬硅棒。2、用SiH4法生產(chǎn)高純金屬硅棒。3、利用SiHCl3法，或用SiH4法制造高純金屬硅，雖然這些方法去除雜質(zhì)效果很好，但都存在成本高。最近有資料報(bào)道采用精選冶金硅粉碎后，進(jìn)行酸洗除雜烘干，并經(jīng)真空熔煉，再定向凝固除雜的方法。但這一方法仍然存在去除金屬硅中所含的非金屬一磷、硼雜質(zhì)很困難，需多次真空熔煉，定向凝固除雜，才可達(dá)到要求，仍存在成本較高、能耗高等問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法，能夠減少真空熔煉和定向凝固次數(shù)，減少能量消耗，從而顯著降低生產(chǎn)成本；本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在上述方法中使用的助劑，能夠協(xié)助有效去除雜質(zhì)。一種助劑，其特別之處在于，以重量份計(jì)其組成為-表面活性劑0.5-2.0份堿1.0-5.0份金屬氧化物0.5-3.0份。其中表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十七碳烷基羧酸鈉、或拉開粉，堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鈣、或碳酸氫鈉，金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、或氧化銅。在金屬硅粉中添加2-8%重量百分含量的權(quán)利要求1或2所述的助劑，充分混勻后，一起粉碎至金屬硅達(dá)到140—200目，然后通過酸洗后，去離子水洗滌至中性，過濾分離出固體物后，干燥即可。其中原料金屬硅粉為60—100目。其中酸洗用混合酸的組成為鹽酸硫酸氫氟酸的摩爾比為1:0.2-0.8:0.02-0.2，混合酸的質(zhì)量百分比濃度為3-8%。其中粉碎設(shè)備采用行星磨、球磨、或攪拌磨機(jī)，使用的磨介為碳化硅球、氮化硅球、氧化鋯球、陶瓷球、或鑄鋼球。本發(fā)明采用機(jī)械力化學(xué)的方法，在精選冶金硅被粉碎的過程中添加能夠與磷元素結(jié)合，但不與金屬硅反應(yīng)的復(fù)合助劑，并在酸洗過程即可將微量磷雜質(zhì)(11-12ppm)去除，使金屬硅中磷雜質(zhì)的含量達(dá)到4ppm以下。將硼雜質(zhì)由5-6ppm降低至lppm以下。本方法可減少真空熔煉和定向凝固次數(shù)，減少能量消耗，可顯著降低生產(chǎn)成本。附圖1為由金屬硅得到純凈多晶硅錠的過程示意圖；附圖2為本發(fā)明方法的流程圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明采用機(jī)械力化學(xué)的方法去除微量磷、硼雜質(zhì)的這一思路和工藝過程，未見報(bào)道。本發(fā)明在冶金法金屬硅除雜過程中采用，去除微量磷雜質(zhì)，達(dá)到4ppm以下，甚至更低，同時(shí)去除微量硼雜質(zhì)，達(dá)到lppm以下，甚至更低，再結(jié)合其他除雜技術(shù)，去除其中所含的金屬雜質(zhì)，使金屬硅的純度達(dá)到6個(gè)9的要求。本發(fā)明在機(jī)械力除雜規(guī)程中使用了復(fù)合助劑，此復(fù)合助劑可使磷、硼等雜質(zhì)變成溶于水的化合物。本發(fā)明所使用復(fù)的合助劑由三部分組成，其中陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十七碳烷基羧酸鈉、拉開粉等。堿為氫氧化鉀，氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸氫鈉等。金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅、氧化l、氧化銅等。其組成為表面活性劑0.5-2.0重量份堿1.0-5.0重量份金屬氧化物0.5-3.0重量份。目前有許多除雜工藝，大多是以混合酸酸洗法，去除冶金法金屬硅中的各種金屬雜質(zhì)。如鐵、錳、鋅、鈉、鉀、鎂、鈣等。但他們對非金屬性雜質(zhì)基本沒有效果。本發(fā)明獨(dú)特之處在于，可以去除微量磷、硼等雜質(zhì)。由于酸洗工藝為現(xiàn)有公知技術(shù)，因此本發(fā)明實(shí)施例中所給出的混合酸組成為鹽酸硫酸氫氟酸的摩爾比為1:0.2-0.8:0.02-0.2，混合酸的質(zhì)量百分比濃度為3-8%，其僅僅是一種效果較好的例子，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，現(xiàn)有常規(guī)酸洗用酸也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。本發(fā)明中使用的機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)裝置為行星磨、球磨或攪拌磨機(jī)等，使用的磨介為碳化硅球、氮化硅球、氧化鋯球等高耐磨的陶瓷球以及高硬度鑄鋼球，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，上述設(shè)備可互相替代而不影響本發(fā)明的效果。實(shí)施例1在冶金法生產(chǎn)的60目的金屬硅粉中添加2%重量百分含量的助劑，其中以重量計(jì)包括十二烷基苯磺酸鈉0.8份，氫氧化鉀2.0份，氧化鎂2.5份，充分混勻后，一起粉碎，至金屬硅達(dá)到160目以細(xì)，然后混合酸洗除雜，即可達(dá)到金屬性雜質(zhì)與磷、硼等雜質(zhì)一起去除的目的，待酸洗后用去離子水洗滌至中性，過濾分離出固體物后，干燥即可。粉碎機(jī)械使用球磨機(jī)，磨介為碳化硅磨球，直徑為20mm10份，10mm為10份，5mm為8份。酸洗混合酸的摩爾比組成為鹽酸硫酸氫氟酸的摩爾比為l:0.8:0.05，混合酸的質(zhì)量百分比濃度為3%，8(TC加熱，攪拌，2小時(shí)。分離出的金屬硅使用葙式烘干機(jī)或滾筒烘干機(jī)烘干。分離出廢酸，固體物用去離子水洗滌，至中性。廢酸經(jīng)中和達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，廢棄固體物按照國家規(guī)定要求處理或掩埋。實(shí)施例2在冶金法生產(chǎn)的80目的金屬硅粉中添加5%重量百分含量的助劑，其中以重量計(jì)包括十七碳烷基羧酸鈉0.8份，氫氧化鈉2.2份，氧化鋅2.0份，充分混勻后，一起粉碎，至金屬硅達(dá)到160目以細(xì)，然后混合酸洗除雜，即可達(dá)到金屬性雜質(zhì)與磷、硼等雜質(zhì)一起去除的目的，待酸洗后用去離子水洗滌至中性，過濾分離出固體物后，干燥即可。粉碎機(jī)械使用球磨機(jī)，磨介為碳化硅磨球，直徑為20mml0份，10mm為10份，5mm為8份。酸洗混合酸組成為鹽酸硫酸氫氟酸的摩爾比為1:0.8:0.05，混合酸的質(zhì)量百分比濃度為8%，8(TC加熱，攪拌，2小時(shí)。分離出的金屬硅使用葙式烘干機(jī)或滾筒烘干機(jī)烘干。分離出廢酸，固體物用去離子水洗滌，至中性。廢酸經(jīng)中和達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，廢棄固體物按照國家規(guī)定要求處理或掩埋。實(shí)施例3在70目的金屬硅粉中添加8%重量百分含量的助劑，其中以重量計(jì)包括拉開粉1.0份，氫氧化鈉2,2份，氧化鈣2.0份，充分混勻后，一起粉碎，至金屬硅達(dá)到160目以細(xì)，然后混合酸洗除雜，即可達(dá)到金屬性雜質(zhì)與磷、硼等雜質(zhì)一起去除的目的，待酸洗后用去離子水洗滌至中性，過濾分離出固體物后，干燥即可。粉碎機(jī)械使用球磨機(jī)，磨介為碳化硅磨球，直徑為20mml0份，10mm為10份，5mm為8份。酸洗混合酸組成為鹽酸硫酸氫氟酸的摩爾比為1:0.8:0.05，混合酸的質(zhì)量百分比濃度為5%,8(TC加熱，攪拌，2小時(shí)。分離出的金屬硅使用葙式烘干機(jī)或滾筒烘干機(jī)烘干。分離出廢酸，固體物用去離子水洗滌，至中性。廢酸經(jīng)中和達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，廢棄固體物按照國家規(guī)定要求處理或掩埋。下表為實(shí)施例1、2、3的具體除雜效果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種助劑，其特征在于，以重量份計(jì)其組成為表面活性劑0.5-2.0份堿1.0-5.0份金屬氧化物0.5-3.0份。2、如權(quán)利要求1所述的助劑，其特征在于其中表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十七碳烷基羧酸鈉、或拉開粉，堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鈣、或碳酸氫鈉，金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、或氧化銅。3、一種利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法，其特征在于，包括如下步驟在金屬硅粉中添加2-8%重量百分含量的權(quán)利要求1或2所述的助劑，充分混勻后，一起粉碎至金屬硅達(dá)到140—200目，然后通過酸洗后，去離子水洗滌至中性，過濾分離出固體物后，干燥即可。4、如權(quán)利要求3所述的利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法，其特征在于-其中原料金屬硅粉為60—100目。5、如權(quán)利要求3所述的利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法，其特征在于其中酸洗用混合酸的組成為鹽酸硫酸氫氟酸的摩爾比為1:0.2-0.8:0.02-0.2，混合酸的質(zhì)量百分比濃度為3-8%。6、如權(quán)利要求3所述的利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法，其特征在于其中粉碎設(shè)備采用行星磨、球磨、或攪拌磨機(jī)，使用的磨介為碳化硅球、氮化硅球、氧化鋯球、陶瓷球、或鑄鋼球。全文摘要本發(fā)明涉及在制造高純金屬硅過程中除雜的方法，尤其是利用機(jī)械力化學(xué)去除冶金硅中微量磷、硼雜質(zhì)的方法及所用助劑，其特點(diǎn)是，包括如下步驟，在金屬硅粉中添加2-8％重量百分含量的權(quán)利要求1或2所述的助劑，充分混勻后，一起粉碎至金屬硅達(dá)到140-200目，然后通過酸洗后，去離子水洗滌至中性，過濾分離出固體物后，干燥即可。本發(fā)明采用機(jī)械力化學(xué)的方法，在精選冶金硅被粉碎的過程中添加能夠與磷、硼等元素結(jié)合，但不與金屬硅反應(yīng)的復(fù)合助劑，使金屬硅中磷雜質(zhì)的含量達(dá)到4ppm以下，將硼雜質(zhì)降低至1ppm以下。本方法可減少真空熔煉和定向凝固次數(shù)，減少能量消耗，可顯著降低了生產(chǎn)成本。文檔編號C01B33/037GK101613107SQ20091011738公開日2009年12月30日申請日期2009年7月24日優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日發(fā)明者海劉,祁利民申請人:北方民族大學(xué)