CN101823717A - 多晶硅的除铁方法 - Google Patents

Abstract

一种多晶硅的除铁方法，属于多晶硅技术领域。包括的步骤为：将多晶硅粉碎，球磨，筛选得硅粉；将硅粉用有机溶剂去油处理；将硅粉放在酸中浸泡1-48h，再清洗、烘干；酸洗过程中需要加入如Fe、Ti³⁺、SO₃ ^2-等还原剂。优点在于，实现了简单、成本低、污染少、工艺安全。可得到Fe含量低于100ppm的多晶硅原料，在温和条件下完成提纯，操作简单、成本较低，能够很好地实现低成本生产出满足太阳能多晶硅的要求。

Description

多晶硅的除铁方法

技术领域

本发明属于多晶硅技术领域，特别是提供了一种多晶硅的除铁方法，实现了工艺简单、成本低、污染少。

背景技术

随着地球上化石能源储量的急剧减少，环境问题日趋严峻，人类积极发展既环保又可再生的新型能源。目前，已经进入人类生活中的可再生能源有太阳能、风能等，其中太阳能是人类最重视的一种，这种情况在发达国家能够很好的体现。多晶硅是制备硅太阳能电池、各种硅分立器件和各种硅集成电路的基本原料，是发展太阳能产业和信息微电子产业的战略物资。金属硅中含有大量的金属杂质和非金属杂质，这些杂质严重影响了太阳能电池的效率，不能满足太阳能电池行业所需硅原料的要求，需要将1N-2N的工业多晶硅提纯到6N-7N的太阳能多晶硅和9N-12N电子级的多晶硅。现有对金属硅的提纯方法有物理法和化学方法两类。物理法是采用湿法冶金法、定向凝固、区域提纯和直拉单晶等方法进行有效分离提纯的方法，物理法不改变硅的成分。湿法冶金法可以在常温下进行，运行成本低，设备简单、处理量大，缺点是处理过程中需要使用大量腐蚀性酸，特别是氢氟酸，且还需要通过和别的物理法结合才能生产出合格的太阳能级硅材料。化学方法有西门子法、改良西门子法和硅烷法等。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。改进西门子法是将西门子法的副产品SiCl₄回收。硅烷法是将硅通过化学反应生成SiH₄，然后再将SiH₄分解为高纯硅。这些化学方法是通过硅成分的变化过程而有效去除硅中金属、硼和磷等各种杂质的，但是成本高、耗电大、设备复杂、还存在污染和爆炸的危险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶硅的除铁方法，解决了现有太阳能级多晶硅提纯工艺中铁去除难，工艺流程长，污染大的缺陷，实现了工艺简单、提纯效果好、且成本较低。本发明利用冶金原理，通过一种简单的方法来提纯多晶硅，减少废酸的排放，同时还能除去多晶硅中其他金属杂质，达到降低成本的目的，满足了低成本生产太阳能多晶硅的需要。

为实现上述目的，本发明包括以下步骤：

1)将多晶硅块粉碎，球磨，筛选得硅粉；

2)将硅粉用有机溶剂去油处理；

3)将去油后的硅粉放在酸中浸泡，浸泡时间为1-48小时，再清洗烘干。

其中第一步所述的多晶硅经粉碎，球磨，筛选的硅粉粒度为在50-350目。所述的去油处理可先采用有机溶剂甲苯或三氯乙烯等去油处理后，再依次用丙酮或乙醇进行处理，最后清水洗涤至少3遍。

第三步酸中浸泡(也称作酸洗)所采用的酸可以是盐酸、硫酸、氢氟酸或王水中的一种或多种，通过酸洗可以除去硅粉中的铁等金属杂质。在酸洗过程中的温度最好为20-150℃，酸洗时间最好为1-48h，酸洗过程重复进行1-3次，酸洗可以是在静置、搅拌、振荡或超声的条件下进行，酸洗过程中需要加入Fe、Ti³⁺、SO₃ ^2-等还原剂。酸浸泡后的硅粉，可采用冷热去离子水反复冲洗至中性，并在40-80℃烘干。

本发明的优点是工艺和目前通用的后续提纯工艺完全兼容，与传统湿法冶金方法相比，减少强腐蚀性污染和硅损失。本发明的有益效果为：可得到Fe含量低于100ppm的多晶硅原料，在温和条件下完成提纯，操作简单、成本较低，能够很好地实现低成本生产出满足太阳能多晶硅的要求。

具体实施方式

实施例1：

将含铁16096ppm的多晶硅块粉碎，球磨，筛选得直径为350目的硅粉，将硅粉依次用有机溶剂三氯乙烯、丙酮和乙醇去油处理，并用冷热去离子水冲洗。将去油后的硅粉放入2M的盐酸中，加入适量Fe粉做还原剂，超声波中进行处理，酸浸时间为4h，温度为60℃，经过酸洗后的硅粉，用去离子水反复清洗至流出的水显中性为止，再将硅粉在60℃下干燥，得到铁含量为132ppm的硅粉。

实施例2：

将含铁16096ppm的多晶硅块粉碎，球磨，筛选得直径为250目的硅粉，将硅粉依次用有机溶剂甲苯、丙酮和乙醇去油处理，并用冷热去离子水冲洗。将去油后的硅粉放入H⁺为2M的王水中，加入适量Ti₂(SO₄)₃作还原剂，酸浸时间为8h，温度为50℃，进行搅拌浸取，经过酸洗后的硅粉，用去离子水反复清洗至流出的水显中性为止，再将硅粉在50℃下真空干燥，得到铁含量为98ppm的硅粉。

实施例3：

将含铁9287ppm的多晶硅块粉碎，球磨，筛选得直径为150目的硅粉，将硅粉依次用有机溶剂三氯乙烯、丙酮和乙醇去油处理，并用冷热去离子水冲洗。将去油后的硅粉放入2M的硫酸中，加入适量Na₂SO₃作还原剂，酸浸时间为12h，温度为50℃，进行振荡浸取，经过酸洗后的硅粉，用去离子水反复清洗至流出的水显中性为止，再将硅粉在80℃下真空干燥，得到铁含量为76ppm的硅粉。

实施例4：

将含铁9287ppm的多晶硅块粉碎，球磨，筛选得直径为50目的硅粉，将硅粉依次用有机溶剂甲苯、丙酮和乙醇去油处理，并用冷热去离子水冲洗。将去油后的硅粉放入H⁺为2M的盐酸和硝酸混酸中，盐酸和硝酸的体积比为3∶1，并加入适量Ti₂(SO₄)₃作还原剂，酸浸时间为24h，温度为60℃，在超声条件下进行浸取。经过混酸浸取后的硅粉，再用0.2M氢氟酸在120℃静置浸取48h，经过两步酸洗后的硅粉，用去离子水反复清洗至流出的水显中性为止，再将硅粉在70℃下真空干燥，得到铁含量为55ppm的硅粉。

Claims (7)

1.一种多晶硅的除铁方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将多晶硅粉碎，球磨，筛选得硅粉；

2)将硅粉用有机溶剂去油处理；

3)将硅粉放在酸中浸泡1-48h，再清洗、烘干。

2.如权利要求1所述的多晶硅除铁方法，其特征在于，将多晶硅粉碎，球磨，筛选后的硅粉粒径为50-350目。

3.如权利要求1所述的多晶硅的除铁方法，其特征在于，所述的去油处理是：先采用有机溶剂甲苯或三氯乙烯去油处理后，再依次用丙酮和乙醇进行处理，最后用水清洗干净。

4.如权利要求1所述的多晶硅除铁方法，其特征在于，所述酸中浸泡采用的酸为盐酸、硫酸、硝酸、王水、氢氟酸中的一种或多种，酸的浓度为0.1-6M，酸的浸泡温度为20-150℃，浸泡过程重复进行1-3次。

5.如权利要求1所述的多晶硅除铁方法，其特征在于，酸中浸泡过程中需要加入还原剂Fe、Ti³⁺、SO₃ ^2-中的一种。

6.如权利要求1所述的多晶硅除铁方法，其特征在于，酸中浸泡过程是在静置、搅拌、振荡、超声中的任意一种条件下进行的。

7.如权利要求1所述的多晶硅除铁方法，其特征在于，清洗采用冷热去离子水反复冲洗至中性，并在40-80℃烘干。