專利名稱：多晶硅的除鐵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種多晶硅的除鐵方法，實(shí)現(xiàn)了工藝簡(jiǎn)單、成本低、污染少。
背景技術(shù)：
隨著地球上化石能源儲(chǔ)量的急劇減少，環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，人類積極發(fā)展既環(huán)保 又可再生的新型能源。目前，已經(jīng)進(jìn)入人類生活中的可再生能源有太陽(yáng)能、風(fēng)能等，其中太 陽(yáng)能是人類最重視的一種，這種情況在發(fā)達(dá)國(guó)家能夠很好的體現(xiàn)。多晶硅是制備硅太陽(yáng)能 電池、各種硅分立器件和各種硅集成電路的基本原料，是發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)和信息微電子產(chǎn) 業(yè)的戰(zhàn)略物資。金屬硅中含有大量的金屬雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)嚴(yán)重影響了太陽(yáng)能 電池的效率，不能滿足太陽(yáng)能電池行業(yè)所需硅原料的要求，需要將1N-2N的工業(yè)多晶硅提 純到6N-7N的太陽(yáng)能多晶硅和9N-12N電子級(jí)的多晶硅?，F(xiàn)有對(duì)金屬硅的提純方法有物理 法和化學(xué)方法兩類。物理法是采用濕法冶金法、定向凝固、區(qū)域提純和直拉單晶等方法進(jìn)行 有效分離提純的方法，物理法不改變硅的成分。濕法冶金法可以在常溫下進(jìn)行，運(yùn)行成本 低，設(shè)備簡(jiǎn)單、處理量大，缺點(diǎn)是處理過(guò)程中需要使用大量腐蝕性酸，特別是氫氟酸，且還需 要通過(guò)和別的物理法結(jié)合才能生產(chǎn)出合格的太陽(yáng)能級(jí)硅材料。化學(xué)方法有西門子法、改良 西門子法和硅烷法等。西門子法是將Si和HCl反應(yīng)生成SiHCl3，將SiHCl3反復(fù)蒸餾提純 后通氫氣還原出高純硅。改進(jìn)西門子法是將西門子法的副產(chǎn)品SiCl4回收。硅烷法是將硅 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成SiH4，然后再將SiH4分解為高純硅。這些化學(xué)方法是通過(guò)硅成分的變化 過(guò)程而有效去除硅中金屬、硼和磷等各種雜質(zhì)的，但是成本高、耗電大、設(shè)備復(fù)雜、還存在污 染和爆炸的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多晶硅的除鐵方法，解決了現(xiàn)有太陽(yáng)能級(jí)多晶硅提純 工藝中鐵去除難，工藝流程長(zhǎng)，污染大的缺陷，實(shí)現(xiàn)了工藝簡(jiǎn)單、提純效果好、且成本較低。 本發(fā)明利用冶金原理，通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)提純多晶硅，減少?gòu)U酸的排放，同時(shí)還能除去 多晶硅中其他金屬雜質(zhì)，達(dá)到降低成本的目的，滿足了低成本生產(chǎn)太陽(yáng)能多晶硅的需要。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟1)將多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得硅粉；2)將硅粉用有機(jī)溶劑去油處理；3)將去油后的硅粉放在酸中浸泡，浸泡時(shí)間為1-48小時(shí)，再清洗烘干。其中第一步所述的多晶硅經(jīng)粉碎，球磨，篩選的硅粉粒度為在50-350目。所述的 去油處理可先采用有機(jī)溶劑甲苯或三氯乙烯等去油處理后，再依次用丙酮或乙醇進(jìn)行處 理，最后清水洗滌至少3遍。第三步酸中浸泡(也稱作酸洗)所采用的酸可以是鹽酸、硫酸、氫氟酸或王水中 的一種或多種，通過(guò)酸洗可以除去硅粉中的鐵等金屬雜質(zhì)。在酸洗過(guò)程中的溫度最好為20-150°C，酸洗時(shí)間最好為l_48h，酸洗過(guò)程重復(fù)進(jìn)行1-3次，酸洗可以是在靜置、攪拌、振 蕩或超聲的條件下進(jìn)行，酸洗過(guò)程中需要加入Fe、Ti3+、S032_等還原劑。酸浸泡后的硅粉，可 采用冷熱去離子水反復(fù)沖洗至中性，并在40-80°C烘干。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝和目前通用的后續(xù)提純工藝完全兼容，與傳統(tǒng)濕法冶金方法 相比，減少?gòu)?qiáng)腐蝕性污染和硅損失。本發(fā)明的有益效果為可得到Fe含量低于IOOppm的多 晶硅原料，在溫和條件下完成提純，操作簡(jiǎn)單、成本較低，能夠很好地實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)出滿 足太陽(yáng)能多晶硅的要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:將含鐵16096ppm的多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得直徑為350目的硅粉，將硅粉依次 用有機(jī)溶劑三氯乙烯、丙酮和乙醇去油處理，并用冷熱去離子水沖洗。將去油后的硅粉放入 2M的鹽酸中，加入適量Fe粉做還原劑，超聲波中進(jìn)行處理，酸浸時(shí)間為4h，溫度為60°C，經(jīng) 過(guò)酸洗后的硅粉，用去離子水反復(fù)清洗至流出的水顯中性為止，再將硅粉在60°C下干燥，得 到鐵含量為132ppm的硅粉。實(shí)施例2:將含鐵16096ppm的多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得直徑為250目的硅粉，將硅粉依次 用有機(jī)溶劑甲苯、丙酮和乙醇去油處理，并用冷熱去離子水沖洗。將去油后的硅粉放入H+為 2M的王水中，加入適量Ti2 (SO4)3作還原劑，酸浸時(shí)間為8h，溫度為50°C，進(jìn)行攪拌浸取，經(jīng) 過(guò)酸洗后的硅粉，用去離子水反復(fù)清洗至流出的水顯中性為止，再將硅粉在50°C下真空干 燥，得到鐵含量為98ppm的硅粉。實(shí)施例3:將含鐵9287ppm的多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得直徑為150目的硅粉，將硅粉依次 用有機(jī)溶劑三氯乙烯、丙酮和乙醇去油處理，并用冷熱去離子水沖洗。將去油后的硅粉放入 2M的硫酸中，加入適量Na2SOJt還原劑，酸浸時(shí)間為12h，溫度為50°C，進(jìn)行振蕩浸取，經(jīng)過(guò) 酸洗后的硅粉，用去離子水反復(fù)清洗至流出的水顯中性為止，再將硅粉在80°C下真空干燥， 得到鐵含量為76ppm的硅粉。實(shí)施例4:將含鐵9287ppm的多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得直徑為50目的硅粉，將硅粉依次用 有機(jī)溶劑甲苯、丙酮和乙醇去油處理，并用冷熱去離子水沖洗。將去油后的硅粉放入H+為 2M的鹽酸和硝酸混酸中，鹽酸和硝酸的體積比為3 1，并加入適量Ti2(SO4)3作還原劑，酸 浸時(shí)間為24h，溫度為60°C，在超聲條件下進(jìn)行浸取。經(jīng)過(guò)混酸浸取后的硅粉，再用0. 2M氫 氟酸在120°C靜置浸取48h，經(jīng)過(guò)兩步酸洗后的硅粉，用去離子水反復(fù)清洗至流出的水顯中 性為止，再將硅粉在70°C下真空干燥，得到鐵含量為55ppm的硅粉。
權(quán)利要求
一種多晶硅的除鐵方法，其特征在于，包括以下步驟1)將多晶硅粉碎，球磨，篩選得硅粉；2)將硅粉用有機(jī)溶劑去油處理；3)將硅粉放在酸中浸泡1-48h，再清洗、烘干。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅除鐵方法，其特征在于，將多晶硅粉碎，球磨，篩選后的 硅粉粒徑為50-350目。
3.如權(quán)利要求1所述的多晶硅的除鐵方法，其特征在于，所述的去油處理是先采用有 機(jī)溶劑甲苯或三氯乙烯去油處理后，再依次用丙酮和乙醇進(jìn)行處理，最后用水清洗干凈。
4.如權(quán)利要求1所述的多晶硅除鐵方法，其特征在于，所述酸中浸泡采用的酸為鹽酸、 硫酸、硝酸、王水、氫氟酸中的一種或多種，酸的濃度為0. 1-6M，酸的浸泡溫度為20-150°C， 浸泡過(guò)程重復(fù)進(jìn)行1-3次。
5.如權(quán)利要求1所述的多晶硅除鐵方法，其特征在于，酸中浸泡過(guò)程中需要加入還原 劑 Fe、Ti3+、SO:中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的多晶硅除鐵方法，其特征在于，酸中浸泡過(guò)程是在靜置、攪拌、 振蕩、超聲中的任意一種條件下進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求1所述的多晶硅除鐵方法，其特征在于，清洗采用冷熱去離子水反復(fù)沖 洗至中性，并在40-80°C烘干。
全文摘要
一種多晶硅的除鐵方法，屬于多晶硅技術(shù)領(lǐng)域。包括的步驟為將多晶硅粉碎，球磨，篩選得硅粉；將硅粉用有機(jī)溶劑去油處理；將硅粉放在酸中浸泡1-48h，再清洗、烘干；酸洗過(guò)程中需要加入如Fe、Ti3+、SO32-等還原劑。優(yōu)點(diǎn)在于，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、成本低、污染少、工藝安全?？傻玫紽e含量低于100ppm的多晶硅原料，在溫和條件下完成提純，操作簡(jiǎn)單、成本較低，能夠很好地實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)出滿足太陽(yáng)能多晶硅的要求。
文檔編號(hào)C01B33/037GK101823717SQ20101014270
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者余志輝, 曲景奎, 王麗娜, 齊濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所