本發(fā)明涉及硅提純技術，特別是涉及一種工業(yè)硅造渣除磷工藝。
背景技術：
：光伏發(fā)電具有清潔、環(huán)保、安全、資源豐富等優(yōu)點，能有效的緩解能源危機和環(huán)境污染等問題，被稱為是21世紀最有潛力的新能源。目前光伏發(fā)電所需的太陽能級硅(SOG-Si)主要是用改良西門子等化學工藝生產(chǎn)，雖然純度較高，但存在其成本高、副產(chǎn)品回收、可能污染環(huán)境等問題。物理冶金法是目前發(fā)展低成本太陽能電池的一種最有潛力的方法之一，其特點是成本低，純度在6N以上，符合太陽能級硅材料的純度要求。因磷(P)元素在硅中的分凝系數(shù)較大(0.35)，單獨的酸洗和定向凝固都不能去除工業(yè)硅中的P。目前除P工藝主要是真空中頻熔煉和真空電子束熔煉，但是使用真空中頻熔煉和真空電子束熔煉將會增加能耗，并且不能連續(xù)生產(chǎn)。日本東京大學的HiroakiKawamura等人在《TheMinerals,Metals&MaterialsSociety》上發(fā)表了論文“REDUCTIVEREMOVALOFPHOSPHORUSINSILICONUSINGCaO–CaF2SLAG”。該論文利用先造渣后酸洗的方法，對摻磷的多晶硅進行研究。使用含CaO質量分數(shù)17.5％的CaO-CaF2造渣劑，在真空熔煉爐里造渣18小時后再酸洗，最高可以去除90％以上的磷。但是這個方法造渣時間過長，再加上真空條件，很難商用。因此開發(fā)一種低成本簡易去除P提純方法具有很大的商業(yè)前景。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種工業(yè)硅造渣除磷工藝，其克服了現(xiàn)有技術所存在的不足之處。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種工業(yè)硅造渣除磷工藝包括以下步驟：1)造渣：將粒度在1～100mm的硅料裝入中頻感應熔煉爐中，調(diào)節(jié)溫度至1500℃～2000℃，待硅熔化后加入CaO-SiO2-CaF2系造渣劑至全部熔化，恒溫熔煉3min～5h后澆注冷卻以實現(xiàn)硅渣分離；所述造渣的渣硅比為0.2～3，堿度大于1；2)酸洗：將造渣之后的硅塊破碎后浸泡于按2-10倍體積比稀釋的王水中，常溫下反應2～30h以形成粒度小于1mm的硅粉，取出硅粉并用去離子水沖洗，然后浸泡于質量分數(shù)為1％～40％的氫氟酸中0.5～10h并攪拌，然后用去離子水沖洗，再加入氨水使硅粉沉淀，取出硅粉用去離子水沖洗后干燥。優(yōu)選的，步驟1)中，所述溫度為1500℃～2000℃。優(yōu)選的，步驟1)中，所述熔煉時間為3min～5h。優(yōu)選的，步驟1)中，所述渣硅比為0.5-3。優(yōu)選的，步驟1)中，將熔化的渣硅一次性倒出或者硅渣分開倒入熔煉坩堝下方的承接石墨坩堝上，冷卻，取出硅料待處理。優(yōu)選的，步驟2)中，所述硅塊于王水中浸泡2～30h。相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：1.本發(fā)明將硅粉通過造渣，使磷與造渣劑反應生成Ca3P2等化合物，一部分進入渣體中，由于渣體和硅液密度不同而硅渣分離從而得到去除，另一部分則存在于CaSi2合金中，與硅混合，通過后續(xù)酸洗工藝，去除硅晶界處CaSi2合金，從而實現(xiàn)P的去除，去除率可達95％以上，去除效果好，同時還能去除金屬雜質和B元素，實現(xiàn)工業(yè)硅的提純。2.造渣工藝可于大氣條件下進行，無需抽真空，工藝條件簡單，適于實際生產(chǎn)應用。3.進行酸洗時通過硅塊破碎成可放入容器的大小并浸泡于王水中形成粉末，無需磨粉，節(jié)約設備及人力。4.酸洗過程無需加熱，反應條件溫和，成本低，適于實際生產(chǎn)應用。以下實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種工業(yè)硅造渣除磷工藝不局限于實施例。具體實施方式一種工業(yè)硅造渣除磷工藝包括造渣和酸洗，是將粉末硅料裝入中頻感應熔煉爐中，高溫下硅熔化后加入造渣劑熔煉，然后進行硅渣分離先初步去除部分P，再將造渣之后的硅塊通過稀王水浸泡形成粉末，然后于氫氟酸中浸泡攪拌去除其余大部分的P，從而實現(xiàn)P的高效去除。實施例1一、造渣處理硅原料是冶金級硅，純度為98％～99％，P含量在5～200ppmv左右。將大塊硅原料破碎至1-100mm大小的塊狀，使用去離子水清洗后放入烘箱中干燥，冷卻至室溫。將石墨坩堝裝入中頻爐中，打好爐襯，清洗干凈石墨坩堝內(nèi)壁。稱取上述塊狀硅料140g，放入石墨熔煉坩堝中，開啟中頻電源，使溫度升高至1500℃。待硅塊全部熔化后，再將已經(jīng)配好且混勻的308g的CaO2-SiO2-CaF2造渣劑均勻分批次加入到熔煉坩堝內(nèi)，具體可以分為3～10次，每次間隔30s～5min。等待造渣劑全部熔化之后，恒溫熔煉半小時。由于硅液和渣液密度不同而分離，將硅液和渣液分別倒入清洗干凈的石墨承接坩堝中，自然冷卻至室溫。硅液冷卻后即得造渣后的硅塊。造渣過程無需使用真空設備，大氣中操作即可。二、酸洗處理將造渣之后的硅塊破碎至能放進去燒杯的合適大小的硅塊，用按2-10倍體積比稀釋的王水浸泡，在玻璃燒杯中浸泡20小時，取出硅粉，并用去離子水沖洗硅粉5次；再將硅粉用10％的氫氟酸浸泡1小時，并用去離子水沖洗硅粉3次；最后加入適量的氨水使硅粉沉淀，待硅粉沉淀后，再用去離子水沖洗硅粉4次，于烘箱中干燥。將上述處理之后的硅用ICP-AES進行元素分析，其磷和硼的含量如表1所示表1ICP-AES測試結果(單位：ppmw)元素工業(yè)硅原料造渣去除率造渣后酸洗去除率磷10.110.4295.8％<0.1>99％硼5.661.6670.7％0.9583.2％實施例二一、造渣處理硅原料是冶金級硅，純度為98％～99％，P含量在5～200ppmv左右。將大塊硅原料破碎至1-100mm大小的塊狀，使用去離子水清洗后放入烘箱中干燥，冷卻至室溫。將石墨坩堝裝入中頻爐中，打好爐襯，清洗干凈石墨坩堝內(nèi)壁。稱取上述塊狀硅料140g，放入石墨熔煉坩堝中，開啟中頻電源，使溫度升高至1800℃。待硅塊全部熔化后，再將已經(jīng)配好且混勻的100g的CaO2-SiO2-CaF2造渣劑一次性加入到熔煉坩堝內(nèi)。等待造渣劑全部熔化之后，恒溫熔煉2小時。將混合料液一次性倒出，冷卻后取出硅料待處理。二、酸洗處理將造渣之后的硅塊破碎至能放進去燒杯的合適大小的硅塊，用按2-10倍體積比稀釋的稀王水浸泡，在玻璃燒杯中浸泡12小時，取出硅粉，并用去離子水沖洗硅粉5次；再將硅粉用30％的氫氟酸浸泡2小時，并用去離子水沖洗硅粉3次；最后加入適量的氨水使硅粉沉淀，待硅粉沉淀后，再用去離子水沖洗硅粉5次，于烘箱中干燥。將上述處理之后的硅用ICP-AES進行元素分析，其磷和硼的含量如表2所示表2ICP-AES測試結果(單位：ppmw)元素工業(yè)硅原料造渣酸洗去除率磷80.621.1998.5％硼19.942.4887.6％上述實施例僅用來進一步說明本發(fā)明的一種工業(yè)硅造渣除磷工藝，但本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3