[發明專利]一種低硼磷冶金級硅的制備方法

在審

• 申請號: 201410852837.9
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN104593828A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 石忠寧;李亮星;劉愛民;何文才;謝開鈺;關蘋蘋;吳曉衛;徐君莉;胡憲偉;高炳亮
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36;C01B33/037
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及熔鹽電解法制備冶金級硅的技術，具體涉及一種低硼磷冶金級硅的制備方法。

背景技術

多晶硅是由硅純度較低的冶金級硅提煉而來，目前國際上多晶硅生產主要的傳統工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子法是目前主流的生產方法，采用此法生產的多晶硅約占多晶硅全球總產量的85％。但是由于改良的西門子法工藝復雜、投資大、綜合耗能高，生產的多晶硅價格昂貴。冶金法作為從冶金級硅直接提純制備太陽能級硅的新工藝，在各方面證明了其優越性，與改良西門子法相比，冶金法生產多晶硅要經濟、低耗和環保的多。從成本上講，冶金法多晶硅生產成本目前為每噸25～30萬元，比改良西門子低20％～30％。

冶金法生產多晶硅類似于金屬冶煉提純過程，它的特點之一是在提純過程中硅不參與任何化學反應，根據冶金硅中硅與雜質的化學性質、物理性質的不同使硅得到提純，如定向凝固、等離子除雜、酸浸、真空蒸餾等提純冶金硅。其中，定向凝固是根據在液相和固相中雜質的分離系數的不同從而把在固相中的雜質除去。定向凝固可有效除去冶金級硅中分離系數小的雜質元素，但對分離系數較大的硼、磷除去效果不佳。

近年來有不少研究采用熔鹽電解法制備太陽能級硅，在熔融鹽中電解還原硅酸鹽或二氧化硅直接制備太陽能級硅，該方法具有能耗低、污染小等許多優點。但是在電解過程陰極沉積物為固態單質硅，而硅的導電性差，將引起電解電壓的持續提升，且需定期停槽取出硅，影響電解的連續性。以傳統消耗性碳素材料為陽極進行電解時，陽極消耗將產生大量的二氧化碳氣體，同時還會帶入一定量的硼、磷等雜質進入電解質，將導致陰極硅中的硼、磷含量升高，為后續的物理或化學提純硅增加了難度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種低硼磷冶金級硅的制備方法，利用鐵鎳惰性陽極電解制備鋁硅合金，從而避免了碳中帶入的硼、磷等雜質造成后續硅中除雜的困難，節約了后續除雜的成本，具有一定的經濟效益。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種低硼磷冶金級硅的制備方法，包括如下步驟：

S1、按質量比為0.6～1.3取鐵和鎳制備Fe-Ni合金惰性電極；

S2、取適量冰晶石熔鹽，按質量百分比加入Al₂O₃1～3％、CaO?1～4％、NaCl1～5％、SiO₂?2.5～8.0％混合均勻后，按質量百分比加入5％的鋁塊；(電解質中添加劑Al₂O₃，CaO，NaCl的含量都是在一定范圍內，添加量為占混合后的電解質總量的質量分比)

S3、以步驟S1制備所得的Fe-Ni合金惰性電極作為陽極，以金屬鋁為陰極，電解步驟S2所得的冰晶石熔鹽；

S4、通入電流后，在陰極析出硅，硅進入鋁液后形成鋁硅合金；

S5、將步驟S4所得的液態鋁硅合金吸出，進行定向凝固后，共晶，鋁硅合金中的硅析出。

其中，所述的電解的溫度為950～970℃。

其中，所述的陽極電流密度為0.4A/cm²～1.3A/cm²。

其中，所述的電解的時間為4～8h。

其中，所述的冰晶石分子比為2.2～2.4。

本發明具有以下有益效果：

利用鐵鎳惰性陽極電解制備鋁硅合金，從而避免了碳中帶入的硼、磷等雜質造成后續硅中除雜的困難，節約了后續除雜的成本，具有一定的經濟效益；陽極電解產生的氣體為綠色氣體氧氣，大大減少了對環境的污染，能夠實現清潔生產從而具有一定的社會效益。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所用的電解裝置結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例所用的電解裝置如圖1所示，包括電爐3，所述電爐3內設有鐵坩堝4，所述鐵坩堝4內設有石墨坩堝5，所述石墨坩堝5內設有剛玉坩堝6，所述剛玉坩堝6內填充有電解質熔鹽7，所述電解質熔鹽7內設有鐵鎳惰性陽極9，所述鐵鎳惰性陽極9通過剛玉管2連接有陽極導桿，所述鐵坩堝4一側外壁上端連接有陰極導桿10，所述剛玉坩堝6底部為鋁液8。

實施例1

S1、按質量比為3∶4取鐵和鎳制備Fe-Ni合金惰性電極，Fe-Ni合金惰性電極的直徑為3.Scm，高為2.7cm；