[發明專利]一種以冶金法去除多晶硅造渣劑中硼元素的方法及制備的再生造渣劑

有效

• 申請號: 201410829785.3
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104556051A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 譚毅;王登科;李佳艷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

技術領域

本發明涉及去除多晶硅造渣劑中硼元素的方法，及由此方法制備的再生造渣劑。

背景技術

冶金法制備太陽能級多晶硅，由于其成本低、能耗小、環境友好等特點，目前被廣泛的推廣和采用。在提純的工藝中，主要利用造渣熔煉的方法去除多晶硅中的硼雜質、利用定向凝固或酸洗的方法去除多晶硅中的金屬雜質、利用電子束熔煉或真空熔煉的方法去除多晶硅中的磷雜質。

對于造渣熔煉工藝中，造渣劑的成本約占整個工藝成本的1/3左右，且目前造渣劑為一次性消耗品，不能重復利用。隨著冶金法的發展，造渣熔煉工藝產生的廢棄的造渣劑越來越多，形成了嚴重工業垃圾。

所以，目前迫切出現一種廉價的、無污染的、能耗小的方法，來使廢棄的造渣劑能夠再生利用，在減少新的造渣劑使用的同時，減少造渣劑產生的工業垃圾，同時能夠降低整條冶金法多晶硅生產線的成本。

發明內容

為解決現有技術中采用造渣熔煉方法去除多晶硅中硼雜質的工藝中產生的廢棄造渣劑多，形成工業垃圾，容易造成污染的問題，本發明提供一種廉價的、無污染的、能耗小的以冶金法去除多晶硅造渣劑中硼元素的方法，使硼元素的含量降到標準以下，可獲得再生造渣劑。

本發明的技術方案如下：

一種以冶金法去除多晶硅造渣劑中硼元素的方法，包括以下步驟：

①將廢棄的多晶硅造渣劑與高純硅料以10～20:1的質量比混合，破碎至20～40mm的塊狀，置于中頻感應爐中，于大氣氛下熔煉，將中頻感應爐的功率升至100～300kW，將溫度升高至1800～2200℃以上，攪拌并保溫15～60min，使硼反擴散至硅中；

②步驟①中的保溫結束后，停止攪拌，靜置，繼續第二次保溫，時間為5～10min；

③將熔體傾倒至耐火容器中，冷卻，切除硅料的一端，其余部分即為去除硼元素的多晶硅造渣劑。

進一步地，步驟①中破碎可采用鎢合金錘，所述攪拌可采用石墨棒，攪拌可使造渣劑中的硼快速充分反擴散至硅中，所述中頻感應爐的功率以1～10kW/min的速率升高，所述高純硅料為6N級高純硅料。

進一步地，步驟③中所述耐火容器的材質為高鋁耐火磚。

本發明的另一技術目的在于提供一種再生造渣劑，由上述冶金法去除多晶硅造渣劑中硼元素的方法制備，將去除硼元素的多晶硅造渣劑破碎至1mm～5mm的塊狀，封裝后備用。即得所述再生造渣劑。所述破碎可采用鄂破機。

本發明的有益效果：

(1)本發明利用硼元素在硅熔體與渣熔體界面處存在的反擴散行為，在超過1800℃的溫度下保溫，攪動渣劑使渣中的硼元素能夠快速充分的擴散至硅熔體當中，再利用硅渣分離手段將去除硼元素的渣劑分離出，經測定，造渣劑中的硼元素經處理后可降低至0.5～2ppmw，可以達到造渣劑的水平，說明本發明的方法可有效去除多晶硅中的雜質硼元素；

(2)冶金法制備多晶硅環節中造渣劑再生方法的提出，能夠使造渣劑重復利用，經估算，降低整條生產線的成本5％以上，并能節約造渣劑成本10％以上。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。

實施例1

廢棄的多晶硅造渣劑與6N級高純硅料以10:1的質量比混合，用鎢合金錘將多晶硅造渣劑與6N級高純硅料破碎至20～40mm的塊狀，充分混合，置于中頻感應爐的石墨坩堝中，以1kW/min的速率將其功率升高至100kW，溫度升至1800℃后，保溫60min，整個過程中保持攪拌，使硼反擴散至硅中。保溫結束后，停止攪拌，靜止，進行第二次保溫，時間為10min，然后將熔體傾倒至高鋁耐火磚的耐火容器中，冷卻，切除硅料的一端，其余部分即為去除硼元素的多晶硅造渣劑。將其用鄂破機破碎至1mm塊狀，封裝后備用。

經過測定，以此法制備的再生造渣劑中硼元素的含量為2ppmw。

實施例2

廢棄的多晶硅造渣劑與6N級高純硅料以15:1的質量比混合，用鎢合金錘將多晶硅造渣劑與6N級高純硅料破碎至30mm～40mm的塊狀，充分混合，置于中頻感應爐的石墨坩堝中，以5kW/min的速率將其功率升高至200kW，溫度升至2000℃后，保溫40min，整個過程中保持攪拌，使硼反擴散至硅中。保溫結束后，停止攪拌，靜止，進行第二次保溫，時間為7min，然后將熔體傾倒至高鋁耐火磚的耐火容器中，冷卻，切除硅料的一端，其余部分即為去除硼元素的多晶硅造渣劑。將其用鄂破機破碎至3mm的塊狀，封裝后備用。