一種工業(yè)硅精煉提純方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)硅精煉提純方法，其中，在真空電弧爐中，以工業(yè)硅棒為自耗陰極，以導(dǎo)電坩堝作為陽極，其中所述導(dǎo)電坩堝中盛裝有精煉渣；在高溫及真空條件下對電弧爐引弧后，工業(yè)硅棒自耗陰極自下端逐步熔化滴落到陽極坩堝中，工業(yè)硅熔滴中的氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)雜質(zhì)揮發(fā)散出，被抽真空裝置抽出爐外；工業(yè)硅熔滴滴落到陽極坩堝后，通過渣-金反應(yīng)及元素交換使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣中，當(dāng)工業(yè)硅棒陰極熔化完成后，去除精煉渣，獲得精煉提純后的工業(yè)硅。該方案實現(xiàn)了更高的提純效果，經(jīng)提純后，可得到5N-7N純度的多晶硅。
【專利說明】一種工業(yè)硅精煉提純方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金工業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種工業(yè)硅精煉提純方法。

【背景技術(shù)】
[0002]硅光伏電池的合格硅襯底中，除C、0雜質(zhì)外，B、P、Fe、Ca、T1、V、Al、Na等雜質(zhì)含量應(yīng)低于1.0X 10_6，其他雜質(zhì)濃度應(yīng)低于1.0X 10_9，這種純度多晶硅稱為太陽能級硅。對于太陽能級娃的純度要求:一是雜質(zhì)總含量，應(yīng)越少越好，一般不應(yīng)高于10ppm;二是從單一雜質(zhì)看，T1、V、B、P等影響最大，含量都必須低于lppm。工業(yè)硅的純度約為95% -99%，其含雜質(zhì)主要為非金屬雜質(zhì)C、B、P和金屬雜質(zhì)Fe、Al、Ca等，若用做太陽能光伏電池，需要對工業(yè)硅進行提純，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)及半導(dǎo)體工業(yè)需要純度達5N-11N的多晶硅。
[0003]現(xiàn)有的精煉提純工藝，如Elkem工藝、ARTIST工藝、Carbothermicmeth工藝、HEM工藝、Kawasaki Steel工藝、改良西門子法一閉環(huán)式31此13氫還原法、常壓下碘化學(xué)氣相傳輸凈化法、鋅還原法等，其工藝過程復(fù)雜，提純效果不穩(wěn)定，成本高，能耗高，污染嚴重?，F(xiàn)有的真空自耗電弧精煉可使原料中的氣體及某些易揮發(fā)雜質(zhì)元素揮發(fā)去除，但是，難以去除難揮發(fā)雜質(zhì)元素Fe、Al等；現(xiàn)有的工業(yè)硅真空蒸餾精煉金屬可使工業(yè)硅中的Ca元素含量顯著降低，可真空蒸餾工業(yè)硅除磷，但是，對別的難揮發(fā)雜質(zhì)元素沒有顯出明顯效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種工業(yè)硅精煉提純方法，該方法可以將工業(yè)硅中的氣體和易揮發(fā)雜質(zhì)、以及難揮發(fā)的雜質(zhì)去除，實現(xiàn)更高的提純效果，經(jīng)提純后，可得到5N-7N純度的多晶硅。
[0005]為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種工業(yè)硅精煉提純方法，其中，在真空電弧爐中，以工業(yè)硅棒為自耗陰極，以導(dǎo)電坩禍作為陽極，其中所述導(dǎo)電坩禍中盛裝有精煉渣；在高溫及真空條件下對電弧爐引弧后，工業(yè)硅自耗陰極自下端逐步熔化滴落到陽極坩禍中，工業(yè)硅熔滴中的氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)雜質(zhì)揮發(fā)散出，被抽真空裝置抽出爐外；工業(yè)硅熔滴滴落到陽極坩禍后，通過渣-金反應(yīng)及元素交換使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣中，當(dāng)工業(yè)硅棒陰極熔化完成后，去除精煉渣，獲得精煉提純后的工業(yè)硅。
[0007]優(yōu)選地，所述高溫是指溫度為1600?1700°C，所述真空條件是指真空度為10_4?KT2Pa0
[0008]優(yōu)選地，所述工業(yè)硅棒通過熔鑄法制成。
[0009]優(yōu)選地，所述工業(yè)娃棒通過使用工業(yè)娃碎粒壓制燒結(jié)制成。
[0010]優(yōu)選地，所述工業(yè)硅棒的初始純度為Si含量不低于99.5%。
[0011]優(yōu)選地，所述精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S 30?50%，SiC為5?15%, Si 為 I ?10%，MgO 為 0.1 ?0.5%，Al2O3為 15 ?25%，CaO 為 15 ?25%，F(xiàn)eO 為0.1 ?0.
[0012]優(yōu)選地，所述精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S 30?50%，CaO為5?15%，余量為CaF2。
[0013]優(yōu)選地，所述精煉渣初始為預(yù)先熔制的熔融液態(tài)。
[0014]有益效果:
[0015]本發(fā)明實施例提供的工業(yè)硅精煉提純方法，在高溫及一定真空度條件下，使工業(yè)硅棒自耗陰極下端逐步熔化滴落到陰極坩禍中，坩禍中預(yù)先裝盛熔融液態(tài)的精煉渣作為精煉劑，可使工業(yè)硅熔滴在下落及落入渣中過程中揮發(fā)去除氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)的雜質(zhì)；另外，通過渣-金反應(yīng)及元素交換使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣中，在精煉完成后，通過除渣而將不易揮發(fā)的雜質(zhì)去除。該方案實現(xiàn)了更高的提純效果，經(jīng)提純后，可得到5N-7N純度的多
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【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例提供的工業(yè)硅精煉提純方法的示例性圖示。

【具體實施方式】
[0017]如前所述，本發(fā)明的目的是為了將工業(yè)硅中的氣體和易揮發(fā)雜質(zhì)、以及難揮發(fā)的雜質(zhì)去除，實現(xiàn)更高的提純效果，提供了一種工業(yè)硅精煉提純方法。該方法包括:參閱圖1，在真空電弧爐4中，以工業(yè)硅棒I為自耗陰極，以導(dǎo)電坩禍2作為陽極，其中所述導(dǎo)電坩禍2中盛裝有精煉渣3。在高溫及真空條件下對電弧爐引弧后，工業(yè)硅棒I自下端逐步熔化滴落到陽極坩禍2中，工業(yè)硅熔滴中的氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)雜質(zhì)揮發(fā)散出，被抽真空裝置抽出爐外；工業(yè)硅熔滴滴落到陽極坩禍2后，通過渣-金反應(yīng)及元素交換使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣3中，當(dāng)工業(yè)硅棒I陰極熔化完成后，去除精煉渣，獲得精煉提純后的工業(yè)硅。
[0018]作為優(yōu)選的方案，所述高溫是指溫度為1600?1700°C，所述真空條件是指真空度為 I (T4?10 -2Pa0
[0019]作為優(yōu)選的方案，所述工業(yè)硅棒通過熔鑄法制成，或者是通過使用工業(yè)硅碎粒壓制燒結(jié)制成。進一步地，所述工業(yè)硅棒的初始純度為Si含量不低于99.5%。
[0020]作為優(yōu)選地方案，所述精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S 30?50%，SiC 為 5 ?15 %，Si 為 I ?10 %，MgO 為 0.1 ?0.5 %，Al2O3為 15 ?25 %，CaO 為 15 ?25%，F(xiàn)eO為0.1?0.5%。也可以是:所述精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S30?50%，CaO為5?15%，余量為CaF2。進一步地，所述精煉渣初始為預(yù)先熔制的熔融液
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[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更加清楚明白，下面將結(jié)合附圖用實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0022]實施例一:
[0023]根據(jù)上述之本發(fā)明技術(shù)解決方案，本實施例提供的工業(yè)硅精煉提純方法，其包括:如示意圖1所示，在真空電弧爐4中，以工業(yè)硅棒I作為自耗陰極，以盛裝有精煉渣3的坩禍2作為陽極，引弧后，在1600?1700°C的高溫、10_4?10 _2Pa真空度條件下，使工業(yè)硅棒I自下端逐步熔化滴落到精煉渣3上，工業(yè)硅熔滴中的C、0、H氣體雜質(zhì)及B、P易揮發(fā)雜質(zhì)元素揮發(fā)散出，隨后被抽真空裝置抽出真空電弧爐4外。工業(yè)硅滴落到精煉渣3后，通過渣-金反應(yīng)及元素交換，使不易揮發(fā)的Fe、Ca、T1、Al、V、Na雜質(zhì)進入精煉渣3中，當(dāng)工業(yè)硅棒I陰極熔化完成后，去除精煉渣，獲得精煉提純后的工業(yè)硅。所述之工業(yè)硅棒I可是熔鑄法制成的真空自耗電弧爐精煉常規(guī)直徑，要求其初始純度為Si含量不低于99.5%。所述之精煉渣3的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S 30?50%，SiC為5?15%，Si為I?10%，MgO 為 0.1 ?0.5%,Al2O3為 15 ?25%，CaO 為 15 ?25%，F(xiàn)eO 為 0.1 ?0.5% ;初始可預(yù)先熔制為熔融液態(tài)；并且，在開始精煉時，首先將坩禍2預(yù)先加熱至與熔融精煉渣液相同的溫度。精煉后硅的純度達到6N。
[0024]實施例二:
[0025]本實施例與實施例一不同的是:本實施例中，真空電弧爐的真空度為10_3?10_2Pa、溫度為1600?1700°C。所述之工業(yè)硅棒是用工業(yè)硅碎粒壓制燒結(jié)制成的真空自耗電弧爐精煉常規(guī)直徑，其初始純度為Si含量不低于99.5%。所述之精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算說02為30?50%，SiC為5?15%，Si為I?10%，MgO為0.1?0.5%，Al2O3為15?25%，CaO為15?25%，F(xiàn)eO為0.1?0.5%，精煉后硅的純度達到5N。
[0026]實施例三:
[0027]根據(jù)上述之本發(fā)明技術(shù)解決方案，本實施例提供的工業(yè)硅精煉提純方法，其包括:如示意圖1所示，在真空電弧爐4中，以工業(yè)硅棒I作為自耗陰極，以盛裝有精煉渣3的坩禍2作為陽極，引弧后，在1600?1700°C的高溫、10_4?10 _2Pa真空度條件下，使工業(yè)硅棒I自下端逐步熔化滴落到精煉渣3上，工業(yè)硅熔滴中的氣體雜質(zhì)及某些易揮發(fā)雜質(zhì)元素揮發(fā)散出，隨后被抽真空裝置抽出真空電弧爐4外。工業(yè)硅滴落到精煉渣3后，通過渣-金反應(yīng)及元素交換，使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣3中，當(dāng)工業(yè)硅棒I陰極熔化完成后，去除精煉渣，獲得精煉提純后的工業(yè)硅。所述之工業(yè)硅棒I可是熔鑄法制成的真空自耗電弧爐精煉常規(guī)直徑，要求其初始純度為Si含量不低于99.5%。所述精煉渣3的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S 30?50%，CaO為5?15%，余量為CaF 2，精煉后硅的純度達到6.5N。
[0028]實施例四:
[0029]本實施例與實施例一不同的是:本實施例中，真空電弧爐的真空度為10_3?10_2Pa、溫度為1600?1700°C。所述之工業(yè)硅棒是用工業(yè)硅碎粒壓制燒結(jié)制成的真空自耗電弧爐精煉常規(guī)直徑，其初始純度為Si含量不低于99.5%。精煉后硅的純度達到6.8N。
[0030]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的工業(yè)硅精煉提純方法，在高溫及一定真空度條件下，使工業(yè)硅棒自耗陰極下端逐步熔化滴落到陰極坩禍中，坩禍中預(yù)先裝盛熔融液態(tài)的精煉渣作為精煉劑，可使工業(yè)硅熔滴在下落及落入渣中過程中揮發(fā)去除氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)的雜質(zhì)；另外，通過渣-金反應(yīng)及元素交換使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣中，在精煉完成后，通過除渣而將不易揮發(fā)的雜質(zhì)去除。該方案實現(xiàn)了更高的提純效果，經(jīng)提純后，可得到5N-7N純度的多晶硅。
[0031]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，在真空電弧爐中，以工業(yè)硅棒為自耗陰極，以導(dǎo)電坩禍作為陽極，其中所述導(dǎo)電坩禍中盛裝有精煉渣；在高溫及真空條件下對電弧爐引弧后，工業(yè)硅棒自耗陰極自下端逐步熔化滴落到陽極坩禍中，工業(yè)硅熔滴中的氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)雜質(zhì)揮發(fā)散出，被抽真空裝置抽出爐外；工業(yè)硅熔滴滴落到陽極坩禍后，通過渣-金反應(yīng)及元素交換使不易揮發(fā)的雜質(zhì)進入精煉渣中，當(dāng)工業(yè)硅棒陰極熔化完成后，去除精煉渣，獲得精煉提純后的硅純度達到5N-7N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述高溫是指溫度為1600?1700°C，所述真空條件是指真空度為10_4?10 _2Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述工業(yè)硅棒通過熔鑄法制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述工業(yè)硅棒通過使用工業(yè)硅碎粒壓制燒結(jié)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述工業(yè)硅棒的初始純度為Si含量不低于99.5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S30?50%，SiC為5?15%，Si為I?10%，MgO為0.1?0.5%，Al2O3為 15 ?25%，CaO 為 15 ?25%，F(xiàn)eO 為 0.1 ?0.5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述精煉渣的組成中，以質(zhì)量百分比計算:Si02S 30?50%，CaO為5?15%，余量為CaF 2。
8.根據(jù)權(quán) 利要求6或7所述的工業(yè)硅精煉提純方法，其特征在于，所述精煉渣初始為預(yù)先熔制的熔融液態(tài)。
【文檔編號】C01B33/037GK104495853SQ201410737374
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】鐵生年, 陳明彪, 梅生偉 申請人:青海大學(xué)