[發明專利]一種由金屬硅精煉高純硅的方法

有效

• 申請號: 201910514944.3
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110156024B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 呂軍超;李汝利;郭琴
• 申請（專利權）人: 寶興易達光伏刃料有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 杜朗宇

本發明公開了一種由金屬硅精煉高純硅的方法，通過本發明特定的三種造渣劑依次處理，能夠有效除去金屬硅中的Fe、Al等金屬雜質以及P、B、C等非金屬雜質，精煉金屬硅，再結合定向凝固操作，得到純度高達99.999％以上的高純硅。本發明方法工藝簡單、成本低廉，值得推廣使用。

技術領域

本發明涉及高純硅冶煉領域，特別是涉及利用由金屬硅精煉高純硅的方法。

背景技術

硅約占地殼總重量的25.7％，僅次于氧。在自然界中，硅通常以含氧化合物形式存在，其中最簡單的是硅和氧的化合物硅石SiO2。石英、水晶等是純硅石的變體。

高純硅是指含硅量比較高的硅材料，高純的單晶硅可用于制作半導體、集成電路、光伏電池等，在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導體；摻入微量的第VA族元素，形成n型半導體。p型半導體和n型半導體結合在一起形成p-n結，就可做成太陽能電池，將輻射能轉變為電能。在開發能源方面是一種很有前途的材料。另外廣泛應用的二極管、三極管、晶閘管、場效應管和各種集成電路(包括人們計算機內的芯片和CPU)都是用高純硅做的原材料。

冶煉單質硅，通常是采用硅石作原料，冶煉得到金屬硅(純度98％左右)，這往往無法達到高純硅的純度要求(99.99％以上)，想要得到高純硅，就需對金屬硅進行進一步地深度除雜提純，往往需要通過化學方法與物理方法相結合，如通氣吹煉、熔煉、多次酸洗等多種步驟相結合，才能得到純度合格的高純硅，工藝十分繁瑣。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種由金屬硅精煉高純硅的方法，通過分步驟添加不同的造渣劑，能夠大大提高金屬硅的純度。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：

提供一種由金屬硅精煉高純硅的方法，其特征在于，包括如下內容：將金屬硅熔化成硅液后依次加入第一造渣劑、第二造渣劑、第三造渣劑；

其中，所述第一造渣劑包括MgCl₂、Na₂CO₃、NaNO₃和MnO₂，所述第二造渣劑包括CaO、BaO、CaF₂和白云石，所述第三造渣劑包括CaO、CaF₂和SiO₂。

進一步地，所述第一造渣劑的添加量為金屬硅質量的10～20％，所述第二造渣劑的添加量為金屬硅質量的10～15％，所述第三造渣劑的添加量為金屬硅質量的15～35％。

進一步地，所述第一造渣劑包括如下重量份組分：MgCl₂ 3～8份、Na₂CO₃ 3～8份、NaNO₃ 2～5份和MnO₂ 1～2份。

進一步地，所述第一造渣劑中NaNO₃：MnO₂的質量比為(1～4)：1。

NaNO₃和MnO₂均有氧化性，發明人發現，按特定的比例搭配使用，在熔煉溫度下可有效將硅泥中的鐵、鋁等金屬雜質氧化，進行氧化造渣，除去雜質。當然，本發明的第一造渣劑不限于只氧化金屬雜質，其他非金屬雜質如C等也可能被氧化。

進一步地，所述第二造渣劑包括如下重量份組分：CaO 3～8份、BaO 1～2份、CaF₂1～2份和白云石3～8份。

所述白云石的主要成分為CaMg(CO₃)₂。

所述第二造渣劑通過添加白云石和BaO，在配合其余組分，主要可有效去除去硅中的磷。