CN102041510A - 一种去除多晶硅碳头料中碳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除多晶硅碳头料中碳的方法，主要是将碳头料破碎后分为三类，第一类物料为不含碳的硅块，其无需清洗处理；第二类物料为表面有不厚于1cm碳层的硅块，第三类物料为夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm的硅块；上述第二、三类物料需经不同的碳硅分离液清洗，后经水洗、吹扫、酸洗、再次水洗及烘干处理；其中第二类物料的碳硅分离液为浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的混合溶液，第三类物料的碳硅分离液为浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液。本发明从分选碳头料开始，针对不同的物料采用不同的方法处理，可以提高效率和降低成本。

Description

一种去除多晶硅碳头料中碳的方法

技术领域

本发明涉及多晶硅表面处理技术领域，具体地，涉及一种去除多晶硅碳头料中碳的方法。

背景技术

多晶硅是一种重要的电子信息基础材料，用途十分广泛。作为半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最主要、最基础的材料，多晶硅是硅产业链中制造抛光片、太阳能电池以及高存硅制品的主要原料。

国内多晶硅的生产方法主要为改良西门子法。以此方法生产多晶硅时，需用石墨卡头起到固定硅芯和传导电流等的作用。随着硅料在硅芯上不断沉积，石墨卡头和硅芯将逐步被沉积硅包覆在内。因此，包覆有石墨卡头或与石墨卡头直接接触而使表面有碳层的硅料被称为碳头料。由于碳的存在对多晶硅的性能有非常大的影响，故碳头料应用的前提是将硅表面的碳去除干净。

通常用人工破碎的方法将碳头料部分与其他硅料分开。碳头料处理的传统方法是用机械手段将硅表面的碳磨去。目前，除了这种机械打磨的方法外，近几年也出现了新的方法。山西天能科技有限公司秦海滨等人发明了破碎碳头料的热处理及相应的酸洗方法，参阅已处于公开中的专利申请《一种去除原生多晶硅棒端面石墨的方法》，专利申请号200810080089.1；浙江嘉兴嘉晶电子有限公司裘永恒发明了用硫酸、高锰酸钾、硝酸钠的混合溶液浸泡去除碳的方法，参阅已处于公开状态的专利申请《多晶碳头料的清洗方法》，专利申请号200810163783.X。

可以看到，用热处理方法有明显的缺点，此方法必须将碳头料破碎成小颗粒后高温氧氛围中煅烧，氧化碳的同时多晶硅也会被氧化，在操作时需要人工用不锈钢小刀刮掉硅表面碳，处理的效率极低。

通过对碳头料的破碎后的细致分选，结合使用全自动清洗设备，经过高效的碳硅分离液的分离，本方法可以实现快速、高效的处理多晶硅产业中产生的大量多晶硅碳头料。此种方法未见有报道和申请专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、低成本的去除多晶硅碳头料中碳的方法。

实现上述目的的技术方案如下：

一种去除多晶硅碳头料中碳的方法，包括如下步骤：

(1)碳头料破碎后分类：

将破碎后的碳头料分为三类：第一类物料为不含碳的硅块，第二类物料为表面有不厚于1cm碳层的硅块，第三类物料为夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm的硅块；

(2)分类处理：

(a)第一类物料无需清洗处理；

(b)第二类物料先放入碳硅分离液清洗，后经水洗、吹扫、酸洗、再次水洗及烘干处理；所述碳硅分离液为浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的混合溶液，其重量比为：浓硫酸20份，浓硝酸1～10份，高锰酸钾0.1～0.5份，清洗时间为2～8小时；

(c)第三类物料的处理流程同第二类物料，不同之处在于，所述的的碳硅分离液为浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液，其重量比为：浓硫酸20份，高锰酸钾0.1～0.3份，清洗时间8～24小时。

进一步地，所述水洗的过程为先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排。

进一步地，所述吹扫的气体为氮气或无油压缩空气，吹扫时间为1～10分钟。

进一步地，所述酸洗用的酸液为浓硝酸和浓氢氟酸的混酸，其重量比为10∶1～4∶1，酸洗时间为60～600秒。

进一步地，所述烘干的过程为在80～150℃下氮气保护烘干1～2小时。

进一步地，所述浓硫酸的重量百分比浓度为98％以上的分析纯或优级纯试剂，浓硝酸为浓度在68％以上的分析纯或优级纯试剂，高锰酸钾为分析纯粉末状试剂。

进一步地，所述物料是通过酸洗槽加入特定碳硅分离液的全自动多晶硅酸洗设备实现的，但也可以依照上述步骤手工清洗。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

从分选碳头料开始，针对不同的物料采用不同的方法处理，可以提高效率和降低成本。结合使用自动清洗设备，将具有更高的安全性和更高的处理能力。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为去除多晶硅碳头料中碳的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的去除多晶硅碳头料中碳的方法主要是将多晶硅碳头料经破碎后分成三类：

第一类：无碳硅块-为合格品，无需处理；

第二类：表面少量存在碳硅块，主要指表面有不厚于1cm碳层的硅块，其需要按清洗方案一处理；

第三类，表面或中间夹有较多碳的碳头料即夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm的硅块，需按清洗方案二处理。

其中清洗方案一为将物料装到清洗筐中后经浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾混酸溶液除碳处理，后经纯水冲洗快排、吹扫、氢氟酸与硝酸混酸清洗、纯水漂洗后烘干即可。

清洗方案二为将物料装到清洗筐中后经浓硫酸、高锰酸钾混酸溶液除碳处理，后经纯水冲洗快排、吹扫、氢氟酸与硝酸混酸清洗、纯水漂洗后烘干即可。

实施例1

先将碳头料放置到破碎装置中，采用人工或机械破碎，再人工把破碎得到的物料分为三类，第一类物料为不带碳部分，第二类物料为表面有不超过1cm厚度碳部分，第三类物料为多晶硅夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm部分。第一类物料无需处理。第二类物料放置到自动清洗机清洗筐后，先以浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的混合溶液清洗4小时，浓硫酸∶浓硝酸∶高锰酸钾＝40∶2∶1(质量比)，用外表面包覆塑料的机械手将反应后的物料放入水洗槽通过喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排，后用氮气吹扫10分钟，再用机械手将反应后的物料放入浓硝酸与氢氟酸的质量比为5∶1的清洗液放置300秒，再用机械手将反应后的物料放入纯水槽清洗。清洗完放入氮气保护烘箱100℃烘干1小时。第三类物料放置到自动清洗机清洗筐后，先以浓硫酸高锰酸钾的混合溶液清洗12小时，浓硫酸∶高锰酸钾＝100∶1(质量比)，用机械手将反应后的物料放入水洗槽先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排，后用氮气吹10分钟，再用机械手将反应后的物料放入浓硝酸与氢氟酸的质量比为5∶1的清洗液放置300秒，再用机械手将反应后的物料放入纯水清洗槽。清洗完放入氮气保护烘箱100℃烘干1小时。

实施例2

先将碳头料放置到破碎装置中，采用人工或机械破碎，把破碎得到的物料分为三类，第一类物料为不带碳部分，第二类物料为表面有不超过1cm厚度碳部分，第三类物料为多晶硅夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm部分。第一类物料无需处理。第二类物料放置满一料篮后，先以浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的混合溶液清洗8小时，浓硫酸∶浓硝酸∶高锰酸钾＝80∶20∶1(质量比)，用外表面包覆塑料的机械手将反应后的料篮放入水洗槽先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排，后用氮气吹5分钟，再用机械手将反应后的清洗筐放入浓硝酸与氢氟酸的质量比为4∶1的清洗液放置60秒，再用机械手将反应后的物料放入纯水槽清洗。清洗完放入氮气保护烘箱80℃烘干2小时。第三类物料放置满一清洗筐后，先以浓硫酸高锰酸钾的混合溶液清洗8小时，浓硫酸∶高锰酸钾＝200∶1(质量比)，用机械手将反应后的物料放入水洗槽先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排，后用氮气吹10分钟，再用机械手将反应后的物料放入浓硝酸与氢氟酸的质量比为4∶1的清洗液放置60秒，再用机械手将反应后的物料放入纯水清洗槽。清洗完放入氮气保护烘箱80℃烘干2小时。

实施例3

先将碳头料放置到破碎装置中，采用人工或机械破碎，把破碎得到的物料分为三类，第一类物料为不带碳部分，第二类物料为表面有不超过1cm厚度碳部分，第三类物料为多晶硅夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm部分。第一类物料无需处理。第二类物料放置到清洗筐后，先以浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的混合溶液清洗2小时，浓硫酸∶浓硝酸∶高锰酸钾＝200∶100∶1(质量比)，用外表面包覆塑料的机械手将反应后的物料放入水洗槽先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排，后用无油压缩空气吹10分钟，再用机械手将反应后的料篮放入浓硝酸与氢氟酸的质量比为10∶1的清洗液放置600秒，再用机械手将反应后的物料放入纯水槽清洗。清洗完放入氮气保护烘箱150℃烘干1小时。第三类物料放置满一料篮后，先以浓硫酸高锰酸钾的混合溶液清洗24小时，浓硫酸∶高锰酸钾＝200∶3(质量比)，用机械手将反应后的料篮放入水洗槽先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排，后用无油压缩空气吹10分钟，再用机械手将反应后的料篮放入浓硝酸与氢氟酸的质量比为10∶1的清洗液放置600秒，再用机械手将反应后的料篮放入纯水清洗槽。清洗完放入氮气保护烘箱150℃烘干1小时。

上述实施例1～3中的浓硫酸的重量百分比浓度为98％以上的分析纯或优级纯试剂，浓硝酸为浓度在68％以上的分析纯或优级纯试剂，高锰酸钾为分析纯粉末状试剂；且清洗筐由多孔的耐酸塑料制备；自动清洗时各个槽之间的移动是依靠外表面包覆塑料的机械手传动；且在进料后，整个设备密闭，并留有抽风口强制排空。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)碳头料破碎后分类：

将破碎后的碳头料分为三类：第一类物料为不含碳的硅块，第二类物料为表面有不厚于1cm碳层的硅块，第三类物料为夹有碳层或其表面碳厚度超过1cm的硅块；

(2)分类处理：

(a)第一类物料无需清洗处理；

(b)第二类物料先放入碳硅分离液清洗，后经水洗、吹扫、酸洗、再次水洗及烘干处理；

所述碳硅分离液为浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾的混合溶液，其重量比为：浓硫酸20份，浓硝酸1～10份，高锰酸钾0.1～0.5份，清洗时间为2～8小时；

(c)第三类物料的处理流程同第二类物料，不同之处在于，所述的的碳硅分离液为浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液，其重量比为：浓硫酸20份，高锰酸钾0.1～0.3份，清洗时间8～24小时。

2.根据权利要求1所述的去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，所述水洗的过程为先喷淋快排、纯水溢流快排、最后纯水喷淋快排。

3.根据权利要求1所述的去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，所述吹扫所用气体为无油压缩空气或氮气，时间为1～10分钟。

4.根据权利要求1所述的去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，所述酸洗用的酸液为浓硝酸和浓氢氟酸的混酸，其重量比为10∶1～4∶1，酸洗时间为60～600秒。

5.根据权利要求1所述的去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，所述烘干的过程为在80～150℃下氮气保护烘干1～2小时。

6.根据权利要求1所述的去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，所述浓硫酸的重量百分比浓度为98％以上的分析纯或优级纯试剂，浓硝酸为浓度在68％以上的分析纯或优级纯试剂，高锰酸钾为分析纯粉末状试剂。

7.根据权利要求1所述的去除多晶硅碳头料中碳的方法，其特征在于，所述物料是通过酸洗槽加入特定碳硅分离液的全自动多晶硅酸洗设备实现的，但也可以依照上述步骤手工清洗。

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