[發明專利]利用礦熱爐制備低硼硅的方法

有效

• 申請號: 201710377892.0
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107311180B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 劉應寬;溫衛東;李洋;高瑞祥;霍峰山;白建軍;王泉鋒
• 申請（專利權）人: 寧夏東夢能源股份有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 孫彥虎

一種利用礦熱爐制備低硼硅的方法，包括以下步驟：在爐體的內壁上設置白剛玉澆注料耐火層、電極糊層，采用電極糊制成爐底，以縮小爐體內部的溫度梯度及保證耐溫性能；在爐底上設置便于引弧的電極樁，電極樁的數量與礦熱爐的電極的數量相對應，在爐體的中部開設流渣通道及在爐體的下部開設硅液流出通道；將硅料、渣料混合以后的混合料；在每個電極下方先填預定量的硅料，預定量的硅料將與電極相正對的電極樁覆蓋，起弧熔化后，定量投加混合料，采用“埋弧冶煉”方式進行熔煉；待混合料熔化完全，確保在高溫狀態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品要求后停止渣洗以獲得低硼硅。

技術領域

本發明涉及多晶硅生產技術領域，具體涉及一種利用礦熱爐制備低硼硅的方法。

背景技術

冶金法制備太陽能級多晶硅的生產方法是我國走出硅原料依賴,發展低成本、環境友好的太陽能級多晶硅制備技術的必經之路。冶金法生產太陽能級多晶硅的生產方法曾經令國內外業界人士感到震驚，在多晶硅市場經過幾次震蕩后，使用冶金法生產多晶硅的企業幾乎不受影響，當然國內有不少企業停產觀望，由于該方法的核心技術發展的進程主要依靠上海普羅、寧夏發電集團、廈門佳科等大型企業,發展至今，這幾家大型企業由于產業多元化的資金需求，停止了太陽能級多晶硅生產經營。

冶金法關鍵技術是對去除原料硅中所含的硼、磷、碳、氧及金屬雜質的提純應用技術。在上述提及的除雜工藝方面，多晶硅的前期重點工藝為除硼技術以及產品出品率作為冶金法制備太陽能級多晶硅的重點研究內容。

高溫“渣洗”技術是除硼工藝的關鍵，配合中頻冶煉爐的應用，達到了一定的除硼效果。但是，此工藝受到主要設備“中頻冶煉爐”設計原理和具有半導體性質的硅料理化特性的限制，在實際的規模化生產中存在如下問題： 1.中頻爐安全穩定運行的冶煉溫度小于1850℃，而多晶硅除硼的理想溫度應為1850℃-2000℃，因此在滿足多晶硅除硼的溫度要求方面不夠理想；2.高溫狀態下的“硅渣分離”是冶金法除硼的關鍵，而中頻冶煉爐實現難度較大，導致除硼效果偏低；3.采用石墨坩堝打結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不一，造成在冶煉高溫過程中出現的坩堝固定缺陷及期間坩堝受力影響，對石墨坩堝的結構造成不同程度的影響，由于石墨具有極強的還原性，在1800℃以上會與氧化鎂發生還原反應，此時爐襯會出現一定程度的熔池，隨著冶煉時間的不斷延長，熔池逐漸擴大，爐體感應線圈出現不同程度短路，造成控制系統電器原件的大量損壞使冶煉不能正常進行，在冶煉后期，坩堝出現漏硅發生的感應線圈損壞情況下，硅液與水接觸后瞬間出現大量蒸汽，坩堝底部受到蒸汽壓力，坩堝會出現上移，嚴重時坩堝直接從爐體中脫引而出，造成極大的安全隱患；石墨坩堝運行時間平均不足100小時，石墨坩堝的運行成本占據整個運行成本一半以上，由于受中頻爐感應線圈限制，配套石墨坩堝容積小，使設備整體產能無法得到正常釋放，造成生產效率低，單位公斤能耗增高；使用石墨坩堝在熔煉硅的過程中，會增加硅中碳元素含量，嚴重影響后期電池片的衰減和轉換效率。

發明內容

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，能夠提高生產效率、降低生產成本且減少碳元素進入工業硅的機率。

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壁上設置白剛玉澆注料耐火層、電極糊層，采用電極糊制成爐底，以縮小爐體內部的溫度梯度及保證爐體整體的耐溫性能；

在爐底上設置便于引弧的電極樁，電極樁的數量與礦熱爐的電極的數量相對應，每個電極樁對應的與一個電極相正對，在爐體的中部開設流渣通道及在爐體的下部開設硅液流出通道；

將硅料、渣料混合以后的混合料，其中，硅料、渣料的質量比為1:1；

在每個電極下方先填預定量的硅料，預定量的硅料將與電極相正對的電極樁覆蓋，起弧熔化后，定量投加混合料，采用“埋弧冶煉”方式進行熔煉；