[發(fā)明專利]一種冶金法多晶硅渣洗除硼工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110146266.3
• 申請(qǐng)日: 2011-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102259865A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉應(yīng)寬;盛之林;劉永貴;范占軍;納永清;周金剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧夏銀星多晶硅有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C01B33/037
• 分類號(hào): C01B33/037
• 代理公司: 合天律師事務(wù)所 64103
• 代理人: 郭立寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金法多晶硅提純技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多晶硅渣洗除硼工藝。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電目前已成為國(guó)家鼓勵(lì)大力發(fā)展的新能源之一，而多晶硅是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。冶金法多晶硅以其提純工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉，且對(duì)環(huán)境造成的污染小，已成為太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的主要發(fā)展方向。目前，國(guó)內(nèi)冶金法多晶硅產(chǎn)業(yè)界正以不斷提高冶金法多晶硅產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、降低成本為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。

工業(yè)硅是生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的重要原料，但其純度在98％左右，需要提純處理以去除其中的雜質(zhì)元素，如B、P、C、O、Fe、Al、Ca等，尤其是B、P等非金屬雜質(zhì)。多晶硅材料中最難以去除的是B和P，因?yàn)榕稹⒘自诠柚械姆帜禂?shù)分別為0.8和0.35，遠(yuǎn)高于金屬元素(金屬元素在硅中的分凝系數(shù)一般為：10^-2～10^-7數(shù)量級(jí))。因此，在多晶硅提純中，努力降低非金屬雜質(zhì)硼的含量具有重要意義。

吹氣造渣是目前低成本冶金法除硼的一種方法，其原理是利用反應(yīng)氣體和熔渣與硅液中的B發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物將以含B的氣體，如BHO形式從體系中排出，或生成硼氧化物，如BO_1.5，進(jìn)入熔渣體系中，通過(guò)渣金分離出去。

美國(guó)專利US2007010949提到了一種從硅液底部吹入由Ar、H₂、H₂O和O₂等組成的反應(yīng)氣體(氧化硼)的方法，使B可以從25ppmw降低至5ppmw。美國(guó)專利US60844372，則采用不同氧氣比例的天然氣焰，并通入少量Ar、H₂和H₂O的混合氣體，將B從8.9ppmw降至3.6ppmw。上述國(guó)外專利在冶金法多晶硅提純中雖然已經(jīng)達(dá)到了較好的效果，但多晶硅的純度仍然達(dá)不到太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的高純度要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前主要冶金法多晶硅除B工藝的不足之處。提供一種高效、低成本、操作簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的冶金法多晶硅除硼提純工藝方法，并可使多晶硅的純度可達(dá)到太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的高純度要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是采用冶金法渣洗除硼方法，利用前后兩次相同復(fù)合渣劑預(yù)熔成渣劑熔池，加入工業(yè)硅熔化，硅液中的B與渣劑發(fā)生氧化反應(yīng)，使B形成多元渣相，通過(guò)渣金分離，以去除硅中的B雜質(zhì)。

本發(fā)明技術(shù)方案的具體工藝如下：

選擇硼含量小于25ppmw為原料的工業(yè)硅，將復(fù)合渣劑按照重量百分比為Na₂SiO₃55％-70％，SiO₂25％-30％，CaO5％-10％混合均勻，裝入感應(yīng)熔煉爐中預(yù)先加熱并熔化復(fù)合渣劑；當(dāng)復(fù)合渣劑熔化后，加入工業(yè)硅，復(fù)合渣劑與工業(yè)硅的質(zhì)量比為1∶1～2.5；逐步提高感應(yīng)熔煉爐的中頻感應(yīng)電源功率，使硅料熔化，利用硅液下沉和渣劑上浮的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及感應(yīng)爐的電磁攪拌作用進(jìn)行渣洗，硅液溫度保持在1700～1800℃；當(dāng)渣液全部上浮到硅液的表面，將硅液和渣液采用虹吸原理進(jìn)行分離，將硅液倒入另一存有預(yù)熔復(fù)合渣劑形成的渣劑熔池的感應(yīng)爐中，進(jìn)行二次渣洗；當(dāng)二次渣洗完成后，靜置5-10分鐘，再將硅液與渣液分離，硅液倒入具有定向功能的模具中，冷卻后取出硅錠，可得到硼的含量達(dá)到0.15ppmw的太陽(yáng)能級(jí)高純度多晶硅。

前述的原料工業(yè)硅為塊狀或粉狀，工業(yè)硅的純度為大于98％，其中B含量小于25ppmw。所述復(fù)合渣劑與原料的質(zhì)量比為1∶1～2.5，即渣硅比為0.4～1。所述啟動(dòng)中頻感應(yīng)電源加熱，中頻感應(yīng)電源的功率控制在50～220Kw。所述渣劑熔化和預(yù)熔渣劑的時(shí)間均為20～60min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、一般認(rèn)為B在硅中是以原子形式存在，利用熔渣與硅液中的B發(fā)生氧化反應(yīng)，生成硼氧化物B_xO_y，如BO、B₂O、B₂O₃，易于被熔渣體系吸收或硼氧化物以氣態(tài)形式從體系中逸出。本發(fā)明采用Na₂SiO₃-SiO₂-CaO復(fù)合渣劑，SiO₂在硅溶液中起到重要的氧化作用。，使用二氧化硅和氧化鈣的混合物作為渣劑，可使SiO₂與硅液的潤(rùn)濕性差的狀況得到有效改善，為形成硼氧化物的被吸收和氣體揮發(fā)提供了更為有利的條件。本發(fā)明采用兩次渣洗精煉，使熔渣充分均勻的分散于硅液中。