專利名稱：一種濕法提純硅的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機化工領域，涉及一種濕法提純硅的方法，涉及純硅的提純精煉技 術領域。
背景技術：
硅產(chǎn)品的用途、附加值一定程度上取決于硅的純度、雜質(zhì)的類別與含量等，同時， 市面上的工業(yè)硅純度通常為96%-98%，尚未達到工業(yè)硅的相關質(zhì)量指標。因此，對所得產(chǎn) 品硅進行提純是相當有必要的。目前，國內(nèi)外提純硅產(chǎn)品的途徑主要分為化學法、冶金 法(也稱為物理法)，其中，所謂化學法，是指采用化學的方法將工業(yè)硅轉化為中間產(chǎn)品，進 而轉化成純度較高的硅，如西門子法，其主要步驟為=SiHCl3的制備、SiHCl3的精餾提純、 SiHCl3的還原，涉及的主要化學反應方程式
經(jīng)過多次的更新?lián)Q代，西門子法生產(chǎn)技術已相當成熟，可以將工業(yè)硅提純至纊11 N，現(xiàn) 成為生產(chǎn)多晶硅的主流技術，這是因為西門子法可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，且生產(chǎn)線產(chǎn)能可達千 噸級，技術、設備體系能夠工程化，產(chǎn)品具有質(zhì)量高，性能穩(wěn)定，產(chǎn)出率高等優(yōu)點；但是，西門 子法工藝流程環(huán)節(jié)過多，一次轉化率偏低，且具有基建費較高，材耗成本高，能耗高等。冶金法最早是在1996年由川崎制鐵公司(Kawasaki Steel Corp.)開發(fā)的由工業(yè) 硅生產(chǎn)太陽能級硅的方法。冶金法主要采用冶煉的方法對工業(yè)硅進行提純，目前，由國內(nèi)外 科研工作人員開發(fā)的冶金法主要包括定向凝固、真空熔煉、等離子體熔煉、電子束精煉、造 渣提純、氯化精煉、氧化精煉、合金化提純、濕法提純、熔鹽電解等方法。通常單純的一種方 法尚達不到太陽能級硅的純度要求，往往需要多種方法的耦合或集成來實現(xiàn)。目前，冶金法 雖然技術不夠成熟，但具有基建投資少，建設周期短，能耗相對較低，環(huán)境友好等優(yōu)點，被公 認為高純硅制備工藝中最有前途的一種工藝。因此，近年來采用冶金法制備高純硅越來越 成為硅材料研究與開發(fā)的熱點，涌現(xiàn)出許多新技術、新突破，打開了一個低成本生產(chǎn)高純硅 的新局面。硅材料冶金法提純工藝要追求低能耗、低成本，濕法提純將是個不錯的選擇，正是 因為這一點，近些年來濕法提純硅材料已成為國內(nèi)外科研工作者探索與研究的熱點。濕法 提純，是利用冶金級硅中的雜質(zhì)元素溶于一定的溶劑，將冶金級硅粉碎至一定粒徑的硅粉， 選擇合適的浸出劑將冶金級硅中的雜質(zhì)元素浸出，進而達到提純的效果，因浸出劑多為無 機酸及其混合物，故也可稱之為酸浸或酸洗。濕法提純工藝主要是基于冶金級硅雜質(zhì)分布 的特性，先通過冶金級硅的破碎使集中在硅晶界處的大部分雜質(zhì)暴漏在硅粉表面，使?jié)穹ㄌ峒兊倪^程成為可能。濕法提純工藝可以在常溫下進行，具有能耗低，成本低，設備簡單，處 理量大等優(yōu)點，缺點是單純采用濕法提純工藝僅能使冶金級硅提純至2 4N的水平，須結 合其他方法才能到達太陽能級硅材料的質(zhì)量要求，特別是對P、B等非金屬雜質(zhì)基本上沒有 去除效果。濕法提純工藝因能耗低、成本低，已成為硅材料冶金法提純工藝中的重要環(huán)節(jié)之

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種能有效減少硅的損失，并 能兼顧硅的高純度，且提純效果明顯，硅的損失小，成本低的濕法提純硅的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用兩級濕法提純，浸取劑依次為鹽酸(HCl)、氫氟酸 (HF)，選用雙氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)為助劑，具體技術方案如下
a.硅粉準備將純硅破碎后，選用標準篩進行篩分，得到粒度為D=150 75μ m的硅
粉；
b.一次濕法提純選用質(zhì)量分數(shù)為8. 0%的鹽酸(HCl)為浸出劑，提純；
c.一次分離將硅粉與鹽酸(HCl)浸出劑分離；
d.二次濕法提純將步驟C分離出的硅粉再次提純，浸出劑質(zhì)量分數(shù)為5.0%的氫氟酸 (HF)，并加入雙氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)為助劑，提純；
e.二次分離將硅粉與氫氟酸(HF)浸出劑和雙氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)助劑分離 開來；
f.水洗至中性；
g.干燥，進一步除去硅粉中的浸出劑、水分；
h.冷卻，將干燥后的硅粉冷卻至室溫，得到硅的純度為99.94%的產(chǎn)品。步驟a所述的純硅為自制單質(zhì)硅，其硅的純度約為98. 0%。步驟b所述的濕法提純，鹽酸(HCl)與硅粉的液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池。步驟d所述的二次濕法提純，氫氟酸(HF)與硅粉的液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池。步驟d所述的二次濕法提純，選用雙氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)為助劑，其濃度 分別為2. 0% 10. 0%，雙氧水和氨水的濃度不相同，但選擇的范圍均為2. 0% 10. 0%，雙氧 水和氨水的體積比為5 1 1 5。本發(fā)明所述的一種濕法提純硅的方法，在硅的濕法提純過程中，選用雙氧水 (H2O2)、氨水(NH3 ·Η20)為助劑，在保證較好的提純效果的同時，有效地降低了濕法提純中硅 的損失。目前，硅的濕法提純過程中降低硅損失的研究及相關報道較少。本發(fā)明選用雙氧水(H2O2)、氨水(NH3 ·Η20)為助劑，在保證較好的提純效果的同時， 有效地降低了濕法提純中硅的損失，所述方法具有提純效果明顯，硅的損失小，成本低等優(yōu) 點ο
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但不限于實施例。
實施例1
篩選出粒度為D=150 75 μ m的硅粉，選用8. 0%的鹽酸(HCl)為浸出劑，在液固比 為5 1，攪拌速率為140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝 條件下，進行濕法提純；分離后，選用5. 15%的氫氟酸(HF)為浸出劑，選用2. 5%的雙氧水 (H202)、5.0%的氨水(ΝΗ3·Η20)為助劑，其體積比為5 1，在液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝條件下，進行二次濕法 提純；二次分離、水洗至中性、干燥、冷卻后，即可得到產(chǎn)品。實施例2
篩選出粒度為D=150 75 μ m的硅粉，選用8. 0%的鹽酸(HCl)為浸出劑，在液固比 為5 1，攪拌速率為140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝 條件下，進行濕法提純；分離后，選用5. 15%的氫氟酸(HF)為浸出劑，選用5. 0%的雙氧水 (H202)、5.0%的氨水(ΝΗ3·Η20)為助劑，其體積比為3 1，在液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝條件下，進行二次濕法 提純；二次分離、水洗至中性、干燥、冷卻后，即可得到產(chǎn)品。實施例3
篩選出粒度為D=150 75 μ m的硅粉，選用8. 0%的鹽酸(HCl)為浸出劑，在液固比 為5 1，攪拌速率為140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝 條件下，進行濕法提純；分離后，選用5. 15%的氫氟酸(HF)為浸出劑，選用7. 5%的雙氧水 (H202)、2.5%的氨水(ΝΗ3·Η20)為助劑，其體積比為1 1，在液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝條件下，進行二次濕法 提純；二次分離、水洗至中性、干燥、冷卻后，即可得到產(chǎn)品。實施例4
篩選出粒度為D=150 75 μ m的硅粉，選用8. 0%的鹽酸(HCl)為浸出劑，在液固比 為5 1，攪拌速率為140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝 條件下，進行濕法提純；分離后，選用5. 15%的氫氟酸(HF)為浸出劑，選用5. 0%的雙氧水 (H202)、7.5%的氨水(ΝΗ3·Η20)為助劑，其體積比為1 1，在液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝條件下，進行二次濕法 提純；二次分離、水洗至中性、干燥、冷卻后，即可得到產(chǎn)品。實施例5
篩選出粒度為D=150 75 μ m的硅粉，選用8. 0%的鹽酸(HCl)為浸出劑，在液固比 為5 1，攪拌速率為140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝 條件下，進行濕法提純；分離后，選用5. 15%的氫氟酸(HF)為浸出劑，選用2. 5%的雙氧水 (H202)、7.5%的氨水(ΝΗ3·Η20)為助劑，其體積比為3 1，在液固比為5 1，攪拌速率為 140rad · mirT1的磁力攪拌，浸出溫度為70°C，浸出時間為池的工藝條件下，進行二次濕法 提純；二次分離、水洗至中性、干燥、冷卻后，即可得到產(chǎn)品。
實施例所得產(chǎn)品分析結果如下所示 表1實施例所得產(chǎn)品分析結果
權利要求
1.一種濕法提純硅的方法，采用兩級濕法提純，其特征在于，其步驟為a.硅粉準備將純硅破碎后，選用標準篩進行篩分，得到粒度為D=150 75μ m的硅粉；b.一次濕法提純選用質(zhì)量分數(shù)為8. 0%的鹽酸為浸出劑，提純步驟a所得的硅粉；c.一次分離將硅粉與鹽酸浸出劑分離；d.二次濕法提純將步驟C分離出的硅粉再次提純，浸出劑質(zhì)量分數(shù)為5. 0%的氫氟 酸，并加入雙氧水、氨水為助劑，提純；e.二次分離將硅粉與氫氟酸浸出劑和雙氧水、氨水助劑分離開來；f.水洗至中性；g.干燥，進一步除去硅粉中的浸出劑、水分；h.冷卻，將干燥后的硅粉冷卻至室溫，得到硅的純度為99.94%的產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利1所述的一種濕法提純硅的方法，其特征在于步驟a所述的純硅為自制 單質(zhì)硅，其硅的純度的質(zhì)量分數(shù)為98. 0%。
3.根據(jù)權利1所述的濕法提純硅的方法，其特征在于步驟b所述的濕法提純，鹽酸與 硅粉的液固比為5 1，攪拌速率為140rad ^irT1的磁力攪拌，浸出溫度為71 °C，浸出時間 為3h。
4.根據(jù)權利1所述的濕法提純硅的方法，其特征在于步驟d所述的二次濕法提純，氫 氟酸與硅粉的液固比為5 1，攪拌速率為HOradmirT1的磁力攪拌，浸出溫度為71°C，浸 出時間為3h。
5.根據(jù)權利1所述的濕法提純硅的方法，其特征在于步驟d所述的二次濕法提純， 雙氧水、氨水為助劑，雙氧水、氨水的濃度分別為2. 0% 10. 0%，它們的體積比為5 1 1:5。
全文摘要
一種濕法提純硅的方法屬于無機化工領域，涉及一種濕法提純硅的方法，涉及純硅的提純精煉技術領域，本發(fā)明采用兩級濕法提純，其步驟為a.硅粉準備將純硅破碎后，選用標準篩進行篩分，得到粒度為D=150～75μm的硅粉；b.一次濕法提純選用質(zhì)量分數(shù)為8.0%的鹽酸為浸出劑，提純步驟a所得的硅粉；c.一次分離將硅粉與鹽酸浸出劑分離；d.二次濕法提純將步驟c分離出的硅粉再次提純，浸出劑質(zhì)量分數(shù)為5.0%的氫氟酸，并加入雙氧水、氨水為助劑，提純；e.二次分離將硅粉與氫氟酸浸出劑和雙氧水、氨水助劑分離開來；f.水洗至中性；g.干燥，進一步除去硅粉中的浸出劑、水分；h.冷卻，將干燥后的硅粉冷卻至室溫，得到硅的純度為99.94%的產(chǎn)品。本發(fā)明選用雙氧水(H2O2)、氨水(NH3·H2O)為助劑，在保證較好的提純效果的同時，有效地降低了濕法提純中硅的損失，所述方法具有提純效果明顯，硅的損失小，成本低等優(yōu)點。
文檔編號C01B33/037GK102079524SQ201110055248
公開日2011年6月1日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權日2011年3月9日
發(fā)明者李勇輝, 李崇貴, 李志祥, 李英翔 申請人:云南云天化國際化工股份有限公司