CN101293652A - 物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法 - Google Patents

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李润源
张鸣剑
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Abstract

本发明公开了一种物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，首先将Si和H2、Cl2反应合成SiHCl3，然后将SiHCl3通过H还原生产多晶硅，H还原过程中的副产物SiCl4回收后，再通过Zn还原生产多晶硅。Zn还原过程中的副产物ZnCl2通过电解得到Zn和Cl2。其中，电解得到的Zn可以用于Zn还原过程中；电解得到的Cl2可以用于合成SiHCl3过程中。将锌还原和H还原生产多晶硅的工艺相结合，将SiCl4进行锌还原完全转化成硅，对锌还原反应生成的ZnCl2电解，生产Zn和Cl2并循环应用于过程中，使多晶硅生产过程中产生的SiCl4副产物得到了有效的回收利用，降低了成本和对环境的污染、节省了能源。

Description

物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法
技术领域
本发明涉及一种多晶硅的生产方法，尤其涉及一种物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法。
背景技术
多晶硅材料是以金属硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料，是信息产业和太阳能光伏产业最基础的原材料。近年来，信息产业和太阳能光伏产业的高速发展，带动了多晶硅材料市场需求的迅猛增长。
现有技术中，一般都采用西门子法生产多晶硅。西门子法是将Si和HCl反应生成SiHCl3，将SiHCl3反复蒸馏提纯后，通氢气还原出高纯硅，并产生大量SiCl4。改良西门子法是将西门子法的副产品SiCl4氢化回收。一般西门子法是将SiCl4作为化工原料用于其他用途。
上述现有技术至少存在以下缺点：
由于缺乏SiCl4氢化的高质量、高效率的专门技术，且每生产1公斤的多晶硅将产生约14公斤的SiCl4副产物，生产成本高。另外，SiCl4是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对环境污染严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产成本低、对环境无污染的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，包括首先将Si和H2、Cl2反应合成SiHCl3，然后将所述SiHCl3通过H还原生产多晶硅，所述H还原过程中的副产物SiCl4通过Zn还原生产多晶硅。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，由于SiHCl3通过H还原生产多晶硅的过程中的副产物SiCl4通过Zn还原生产多晶硅。使多晶硅生产过程中产生的SiCl4副产物得到了有效的回收利用，降低了成本和对环境的污染。
附图说明
图1为本发明物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，其较佳的具体实施方式如图1所示，首先将Si和H2、Cl2反应合成SiHCl3，然后将SiHCl3通过H还原生产多晶硅，H还原过程中的副产物SiCl4回收后，再通过Zn还原生产多晶硅。
Zn还原过程中的副产物ZnCl2通过电解得到Zn和Cl2。其中，电解得到的Zn可以用于Zn还原过程中；电解得到的Cl2可以用于合成SiHCl3过程中。
Zn还原过程中所用的Zn蒸汽和SiCl4的纯度可以大于或等于99.9999％。
具体Zn还原过程可以包括：
将SiCl4经管道通入密闭管式反应器中，并通入Zn蒸气，在氮气或氩气或氮气与氩气的混合气体的保护下，在合适的温度下进行反应。Zn还原过程中的副产物ZnCl2可以通过冷凝法回收。
本发明中H还原生产的多晶硅为棒状；Zn还原生产的多晶硅为颗粒状；所生产的多晶硅的纯度可以大于或等于99.9999％。
具体实施例：
以H2、Cl2和冶金级工业硅为原料，在280℃-300℃温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3进行多级精馏，最后在还原炉中1000～1100℃的硅芯上用纯度大于或等于99.9999％的氢气对SiHCl3进行还原长成多晶硅棒。尾气中的H2、HCl、SiHCl3经分离后进行重复循环利用，
此步骤中产生的副产物之一的SiCl4用Zn蒸气还原生成ZnCl2和Si的粒状结晶。产生的副产物ZnCl2从未反应气体中用冷凝法分除，然后固化，经电解可以重复作为原料使用。
具体是将SiCl4经管道通入密闭管式反应器中，同时通入Zn蒸气，在高纯氮气或氩气或高纯氮气和氩气的混合气体保护下使SiCl4和Zn蒸汽按反应式量比在合适的温度下进行反应，生成ZnCl2和Si的粒状结晶；收集硅颗粒，将副产物ZnCl2等混合气体通入冷凝器，通过控制温度，使ZnCl2沉积；尾气中的SiCl4经分离后重新通入反应器中作为原料使用；副产物ZnCl2进行电解得到高纯Zn和Cl2，高纯Zn通入反应器重复利用，Cl2经分离后作为合成SiHCl3的原料，进行重复利用。
锌还原的工艺是以SiCl4和高纯Zn为原料，在反应器中，一步得到粒状多晶硅。本工艺为化学气相沉积还原反应，反应在密闭管式反应器内完成，过程连续，自动化程度高，产品质量稳定，产品纯度高，无三废排放，容易实现产业化，且反应过程中生成的副产物可重复循环利用。
本发明的生产多晶硅的工艺是先氢还原，再利用其副产物SiCl4用锌还原的组合方法，原料便宜易得，采用本发明的工艺，能够制备出纯度大于或等于99.9999％的多晶硅棒和粒状多晶硅，且通过将氢还原工艺与锌还原工艺相结合，有力解决了SiCl4副产物的处理问题。
本发明的特点是将锌还原和H还原生产多晶硅的工艺相结合，将SiCl4进行锌还原完全转化成硅，有效的解决了SiCl4氢化的技术难题问题，对锌还原反应生成的ZnCl2电解，生产Zn和Cl2，循环应用于过程中，大大节省了能源，并且无三废气体排除，实现了安全环保。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，包括首先将Si和H2、Cl2反应合成SiHCl3，然后将所述SiHCl3通过H还原生产多晶硅，其特征在于，所述H还原过程中的副产物SiCl4通过Zn还原生产多晶硅。
2、根据权利要求1所述的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，其特征在于，所述Zn还原过程中的副产物ZnCl2通过电解得到Zn和Cl2。
3、根据权利要求2所述的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，其特征在于，所述电解得到的Zn用于所述Zn还原过程中。
4、根据权利要求2所述的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，其特征在于，所述电解得到的Cl2用于所述合成SiHCl3过程中。
5、根据权利要求1所述的物料完全循环的太阳能级多晶硅氢锌还原方法，其特征在于，所述H还原生产的多晶硅为棒状；所述Zn还原生产的多晶硅为颗粒状；所述多晶硅的纯度大于或等于99.9999％。
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