[發(fā)明專利]有機(jī)溶劑中鋅粉還原四氯化硅制備太陽能級多晶硅的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110331650.0
• 申請日: 2011-10-27
• 公開（公告）號: CN102616784A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀珍俊;董海成
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古神舟硅業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類號: C01B33/033
• 分類號: C01B33/033
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游的多晶硅制備提純技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)溶劑中鋅粉還原四氯化硅制備太陽能級多晶硅的方法。

背景技術(shù)

?????成本和能耗一直是制約太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題，尤其上游多晶硅材料制備的成本和能耗占整體成本和能耗的50%，所以發(fā)展低成本的太陽能級硅制備技術(shù)顯得非常的重要。目前國內(nèi)主流制備方法是改良西門子法，以及還未完全產(chǎn)業(yè)化的物理冶金法、和部分硅烷法。其中改良西門子法中，由于單次的轉(zhuǎn)化率較低，在主工藝中要產(chǎn)生大量的四氯化硅，生產(chǎn)1噸的多晶硅就要產(chǎn)生十幾噸的四氯化硅的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物再經(jīng)過氫化轉(zhuǎn)變?yōu)槿葰涔瑁缓笤儆脷錃膺€原為硅，這樣經(jīng)過多次循環(huán)后，必然造成成本和能耗的增加。熱力學(xué)計算分析表明，金屬鋅對于四氯化硅在常溫下的還原效率在85%以上，在美國專利US20080233036提供了一種在高溫氣態(tài)下鋅還原四氯化硅制備太陽能級多晶硅的方法,?在高溫800～1200?℃四氯化硅與鋅反應(yīng)生成顆粒狀的硅，這些顆粒經(jīng)過水平石英管的生長區(qū)，最后得到較大顆粒狀的硅。但該方法的缺點(diǎn)是形成的硅顆粒不易于流化，容易造成石英管道的堵塞，日本專利2008061000闡述了一種立式的鋅還原四氯化硅的反應(yīng)器。鋅蒸汽與四氯化硅氣體同時從低部通入反應(yīng)生成硅粉顆粒，新生成的硅繼續(xù)在降落的硅顆粒上生長，形成流化床，因此該反應(yīng)器內(nèi)的壓強(qiáng)要求很高，需要在高溫下保持良好的密封，如用水冷則使能耗更高。其次生成的硅粉小顆粒與副產(chǎn)物氯化鋅氣體難以很好地分離。因此造成產(chǎn)品的收率較低。美國專利200610270119中提到將四氯化硅氣體和鋅蒸汽同時通入到反應(yīng)器中，使硅顆粒沉積在加熱的鉭絲上，由于鉭的熔點(diǎn)較高，在硅料擴(kuò)散的雜質(zhì)較少，沉積一段時間后，用氬氣進(jìn)行吹掃，并且將鉭絲網(wǎng)的溫度提高至1500℃，使硅熔化滴落到下面的收集器中，所得的硅的純度達(dá)到8N,再經(jīng)過CZ的工藝處理，其純度達(dá)到11N。這個工藝需要能耗較高，對材料的要求也較高，但不適合大規(guī)模化的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述在高溫下鋅還原四氯化硅制備太陽能級多晶硅所存在的各種問題而提供一種有機(jī)溶劑中鋅粉還原四氯化硅制備太陽能級多晶硅的方法。本發(fā)明具有反應(yīng)效率高，可連續(xù)化、大規(guī)摸化，低能耗、低成本生產(chǎn)太陽能級硅等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種有機(jī)溶劑中鋅粉還原四氯化硅制備太陽能級多晶硅的方法，包括以下步驟：

1）將鋅粉用有機(jī)溶劑分散加入到耐壓反應(yīng)釜中，再攪拌分散，溫度冷卻到50℃以下；

2）將溶有四氯化硅的有機(jī)溶劑注入到耐壓反應(yīng)釜中，攪拌；四氧化硅的加入量控制在反應(yīng)完全后，過量10％～50％，耐壓反應(yīng)釜的溫度控制在50℃以下；

3）反應(yīng)完全后，靜置沉降、將有機(jī)溶劑和溶解其中的四氯化硅及氯化鋅濾掉；

4）過濾后得到的硅粉中殘留的有機(jī)溶劑和四氯化硅全部蒸干；

5）加入高純度的鹽酸，攪拌反應(yīng)除去其中的未反應(yīng)的鋅和部分生成的氯化鋅，經(jīng)沉降、過濾，得到硅粉；

6）上述步驟5）中所得的硅粉再用10%的電子級的氫氟酸洗滌，沉降、過濾；

7）再經(jīng)過高純水多次洗滌，沉降、過濾干燥；

8）上述步驟7）中干燥得到的硅粉經(jīng)過高溫真空熔煉除去易揮發(fā)的物質(zhì)，經(jīng)過真空熔煉鑄錠，即得太陽能級多晶硅。

優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為與四氯化硅呈惰性的有機(jī)溶劑。

優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃、四氯化碳、正己烷、氯仿或二氯乙烷。

優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑使用前經(jīng)過無水處理、精餾，使其純度達(dá)到分析純以上；其總的金屬含量低于1ppm。

優(yōu)選的，所述步驟1）～步驟4）都是在無氧無水的條件下實(shí)現(xiàn)的。

優(yōu)選的，所述鋅粉的純度為6N以上；所述鋅粉，粒徑小于300????????????????????????????????????????????????m。

優(yōu)選的，所述四氯化硅的純度為8N?以上。

優(yōu)選的，步驟2）中所述四氯化硅要緩慢地進(jìn)料，快速地攪拌、同時反應(yīng)器需要不斷地冷卻。

優(yōu)選的，步驟3）中所述濾出物中的有機(jī)溶劑在無氧無水的條件下通過精餾再回收。

優(yōu)選的，步驟3）中所述濾出物中的溶解于有機(jī)溶劑中的四氯化硅在無氧無水的條件下通過低溫精餾、深冷回收。

優(yōu)選的，步驟3）中所述濾出物中的溶解于有機(jī)溶劑中的氯化鋅，可在無氧無水的條件下通過將有機(jī)溶劑和四氧化硅蒸出后得以回收。