本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用礦熱爐制備低硼硅的方法。

背景技術(shù)：

冶金法制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)方法是我國(guó)走出硅原料依賴,發(fā)展低成本、環(huán)境友好的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備技術(shù)的必經(jīng)之路。冶金法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)方法曾經(jīng)令國(guó)內(nèi)外業(yè)界人士感到震驚，在多晶硅市場(chǎng)經(jīng)過幾次震蕩后，使用冶金法生產(chǎn)多晶硅的企業(yè)幾乎不受影響，當(dāng)然國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)停產(chǎn)觀望，由于該方法的核心技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程主要依靠上海普羅、寧夏發(fā)電集團(tuán)、廈門佳科等大型企業(yè),發(fā)展至今，這幾家大型企業(yè)由于產(chǎn)業(yè)多元化的資金需求，停止了太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

冶金法關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)去除原料硅中所含的硼、磷、碳、氧及金屬雜質(zhì)的提純應(yīng)用技術(shù)。在上述提及的除雜工藝方面，多晶硅的前期重點(diǎn)工藝為除硼技術(shù)以及產(chǎn)品出品率作為冶金法制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

高溫“渣洗”技術(shù)是除硼工藝的關(guān)鍵，配合中頻冶煉爐的應(yīng)用，達(dá)到了一定的除硼效果。但是，此工藝受到主要設(shè)備“中頻冶煉爐”設(shè)計(jì)原理和具有半導(dǎo)體性質(zhì)的硅料理化特性的限制，在實(shí)際的規(guī)模化生產(chǎn)中存在如下問題：1.中頻爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的冶煉溫度小于1850℃，而多晶硅除硼的理想溫度應(yīng)為1850℃-2000℃，因此在滿足多晶硅除硼的溫度要求方面不夠理想；2.高溫狀態(tài)下的“硅渣分離”是冶金法除硼的關(guān)鍵，而中頻冶煉爐實(shí)現(xiàn)難度較大，導(dǎo)致除硼效果偏低；3.采用石墨坩堝打結(jié)的爐體熔煉硅的過程中，由于使用輔助爐襯材料為鎂砂，石墨與鎂砂的熱膨脹系數(shù)不一，造成在冶煉高溫過程中出現(xiàn)的坩堝固定缺陷及期間坩堝受力影響，對(duì)石墨坩堝的結(jié)構(gòu)造成不同程度的影響，由于石墨具有極強(qiáng)的還原性，在1800℃以上會(huì)與氧化鎂發(fā)生還原反應(yīng)，此時(shí)爐襯會(huì)出現(xiàn)一定程度的熔池，隨著冶煉時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，熔池逐漸擴(kuò)大，爐體感應(yīng)線圈出現(xiàn)不同程度短路，造成控制系統(tǒng)電器原件的大量損壞使冶煉不能正常進(jìn)行，在冶煉后期，坩堝出現(xiàn)漏硅發(fā)生的感應(yīng)線圈損壞情況下，硅液與水接觸后瞬間出現(xiàn)大量蒸汽，坩堝底部受到蒸汽壓力，坩堝會(huì)出現(xiàn)上移，嚴(yán)重時(shí)坩堝直接從爐體中脫引而出，造成極大的安全隱患；石墨坩堝運(yùn)行時(shí)間平均不足100小時(shí)，石墨坩堝的運(yùn)行成本占據(jù)整個(gè)運(yùn)行成本一半以上，由于受中頻爐感應(yīng)線圈限制，配套石墨坩堝容積小，使設(shè)備整體產(chǎn)能無法得到正常釋放，造成生產(chǎn)效率低，單位公斤能耗增高；使用石墨坩堝在熔煉硅的過程中，會(huì)增加硅中碳元素含量，嚴(yán)重影響后期電池片的衰減和轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種利用礦熱爐制備低硼硅的方法，該利用礦熱爐制備低硼硅的方法安全可靠，能夠提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本且減少碳元素進(jìn)入工業(yè)硅的機(jī)率。

一種利用礦熱爐制備低硼硅的方法，包括以下步驟：

在由碳磚及耐火料砌筑的爐體的內(nèi)壁上設(shè)置白剛玉澆注料耐火層、電極糊層，采用電極糊制成爐底，以縮小爐體內(nèi)部的溫度梯度及保證爐體整體的耐溫性能；

在爐底上設(shè)置便于引弧的電極樁，電極樁的數(shù)量與礦熱爐的電極的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，每個(gè)電極樁對(duì)應(yīng)的與一個(gè)電極相正對(duì)，在爐體的中部開設(shè)流渣通道及在爐體的下部開設(shè)硅液流出通道；

將硅料、渣料混合以后的混合料，其中，硅料、渣料的質(zhì)量比為1:1；

在每個(gè)電極下方先填預(yù)定量的硅料，預(yù)定量的硅料將與電極相正對(duì)的電極樁覆蓋，起弧熔化后，定量投加混合料，采用“埋弧冶煉”方式進(jìn)行熔煉；

待混合料熔化完全，確保在高溫狀態(tài)下從爐體的流渣通道放出渣液后，再加渣料熔煉，再放出渣液，直至硅液中的硼含量滿足產(chǎn)品要求后停止渣洗，將滿足產(chǎn)品要求的硅液從爐體的硅液流出通道放出以獲得低硼硅。

上述利用礦熱爐制備低硼硅的方法中，在由碳磚及耐火料砌筑的爐體的內(nèi)壁上設(shè)置白剛玉澆注料耐火層、電極糊層，采用電極糊制成爐底，以縮小爐體內(nèi)部的溫度梯度及保證爐體整體的耐溫性能；在爐底上設(shè)置便于引弧的電極樁，每個(gè)電極樁對(duì)應(yīng)的與一個(gè)電極相正對(duì)，在爐體的中部開設(shè)流渣通道及在爐體的下部開設(shè)硅液流出通道；將硅料、渣料混合以后的混合料，其中，硅料、渣料的質(zhì)量比為1:1；在每個(gè)電極下方先填預(yù)定量的硅料，預(yù)定量的硅料將與電極相正對(duì)的電極樁覆蓋，起弧熔化后，定量投加混合料，采用“埋弧冶煉”方式進(jìn)行熔煉；待混合料熔化完全，確保在高溫狀態(tài)下從爐體的流渣通道放出渣液后，再加渣料熔煉，再放出渣液，直至硅液中的硼含量滿足產(chǎn)品要求后停止渣洗，將滿足產(chǎn)品要求的硅液從爐體的硅液流出通道放出以獲得低硼硅，其中再次加入的渣料與混合料中的硅料的質(zhì)量比為1:1。如此在滿足多晶硅除硼的理想溫度應(yīng)為1850℃-2000℃且不使用石墨坩堝的情況下，實(shí)現(xiàn)硅、渣分離并得到低硼硅，進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本且減少碳元素進(jìn)入工業(yè)硅的機(jī)率的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施方式的礦熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的利用礦熱爐制備低硼硅的方法中，通過對(duì)傳統(tǒng)的礦熱爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)及對(duì)渣洗工藝進(jìn)行改進(jìn)，以完成低硼硅的的生產(chǎn)。

以下詳細(xì)描述上述利用礦熱爐制備低硼硅的方法，請(qǐng)同時(shí)參看圖1，該利用礦熱爐制備低硼硅的方法包括以下步驟：

步驟s300，在由碳磚及耐火料砌筑的爐體10的內(nèi)壁上設(shè)置白剛玉澆注料耐火層11、電極糊層12，采用電極糊制成爐底13，以縮小爐體內(nèi)部的溫度梯度及保證爐體整體的耐溫性能。

步驟s301，在爐底13上設(shè)置便于引弧的電極樁14，電極樁14的數(shù)量與礦熱爐的電極15的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，每個(gè)電極樁14對(duì)應(yīng)的與一個(gè)電極15相正對(duì)，在爐體10的中部開設(shè)流渣通道16及在爐體10的下部開設(shè)硅液流出通道17。

步驟s302，將硅料、渣料混合以后的混合料，其中，硅料、渣料的質(zhì)量比為1:1。

步驟s303，在每個(gè)電極15下方先填預(yù)定量的硅料，預(yù)定量的硅料將與電極15相正對(duì)的電極樁14覆蓋，起弧熔化后，定量投加混合料，采用“埋弧冶煉”方式進(jìn)行熔煉。其中，利用電極樁14引弧以使預(yù)定量的硅料溶化后，再投入混合料熔煉，如此可以保證混合料不受渣料的影響而順利熔化。

步驟s304，待混合料熔化完全，確保在高溫狀態(tài)下從爐體10的流渣通道16放出渣液后，再加渣料熔煉，再放出渣液，直至硅液中的硼含量滿足產(chǎn)品要求后停止渣洗，將滿足產(chǎn)品要求的硅液從爐體10的硅液流出通道17放出以獲得低硼硅，其中再次加入的渣料與混合料中的硅料的質(zhì)量比為1:1。

例如，本方法中所述礦熱爐可為6300型礦熱爐，爐體的內(nèi)徑為3m，內(nèi)壁、白剛玉澆注料耐火層、電極糊層的組合厚度≧40cm，爐底的厚度>30cm，白剛玉澆注料耐火層的厚度為15cm，以利用白剛玉澆注料耐火層來防止在筑爐初期的電極糊層變形及減少在渣洗過程中電極糊層的消耗，預(yù)定量的硅料為200kg。

上述利用礦熱爐制備低硼硅的方法中，在由碳磚及耐火料砌筑的爐體10的內(nèi)壁上設(shè)置白剛玉澆注料耐火層11、電極糊層12，采用電極糊制成爐底13，以縮小爐體10內(nèi)部的溫度梯度及保證爐體10整體的耐溫性能；在爐底13上設(shè)置便于引弧的電極樁14，每個(gè)電極樁14對(duì)應(yīng)的與一個(gè)電極15相正對(duì)，在爐體10的中部開設(shè)流渣通道16及在爐體10的下部開設(shè)硅液流出通道17；將硅料、渣料混合以后的混合料，其中，硅料、渣料的質(zhì)量比為1:1；在每個(gè)電極15下方先填預(yù)定量的硅料，預(yù)定量的硅料將與電極相正對(duì)的電極樁14覆蓋，起弧熔化后，定量投加混合料，采用“埋弧冶煉”方式進(jìn)行熔煉；待混合料熔化完全，確保在高溫狀態(tài)下從爐體的流渣通道16放出渣液后，再加渣料熔煉，再放出渣液，直至硅液中的硼含量滿足產(chǎn)品要求后停止渣洗，將滿足產(chǎn)品要求的硅液從爐體10的硅液流出通道17放出以獲得低硼硅，其中再次加入的渣料與混合料中的硅料的質(zhì)量比為1:1。如此在滿足多晶硅除硼的理想溫度應(yīng)為1850℃-2000℃且不使用石墨坩堝的情況下，實(shí)現(xiàn)硅、渣分離并得到低硼硅，進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本且減少碳元素進(jìn)入工業(yè)硅的機(jī)率的目的。