CN102225766B - 太阳能光伏产业用超纯硅材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了太阳能光伏产业用超纯硅材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：选矿、清洗石英矿石、初级精选、第一次化学处理、第二次进行精选、第一次高温处理、第三次精选、磁选处理、多元化学处理、超声波处理、浮选机处理、高温氯化处理、离心脱水烘干、脱羟处理和磁选；本发明采用该制备方法生产超纯硅材料，以超纯硅材料生产太阳能光伏产品，满足国内太阳能光伏产业及其他高新技术行业发展的需要，打破太阳能光伏产业所需超纯硅材料依赖进口的被动局面。

Description

太阳能光伏产业用超纯硅材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种超纯硅材料的制备方法，特别是一种太阳能光伏产业用超纯硅材料的制备方法。

背景技术

太阳能光伏产业用超纯硅材料是半导体电子技术、光纤通讯、特种光源、航空航天及国防军工等高新技术领域的上游材料，它们支撑的产业达数万亿美元，生产太阳能光伏产品的超纯硅材料一直依赖进口，严重制约了我国相关高新技术产业的快速发展和技术提升。目前，国内太阳能光伏产业用超纯硅材料尚未见批量生产，若不能迎头赶上世界先进水平，势必制约我国高新技术产业的更进一步发展和技术提升。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种太阳能光伏产业用超纯硅材料的制备方法，采用该制备方法生产超纯硅材料，以超纯硅材料生产太阳能光伏产品，以满足国内太阳能光伏产业及其他高新技术行业发展的需要，打破太阳能光伏产业所需超纯硅材料依赖进口的被动局面。

本发明的技术解决方案是该制备方法包括以下步骤：

（1）选矿：选取铝、铁、钙、镁、钛、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼元素含量总数在50ppm，二氧化硅含量在99.95%的石英矿石；一般是到石英开采的矿点，先是用肉眼直观看，然后带回来检测化验、试验、再检测，最后确定是否能达到使用要求；

（2）清洗石英矿石：用水对选用的石英原矿石进行清洗，清洗石英矿石去除无用泥土和其他矿物杂质及开采与运输时的外来物；清洗方法是用水龙头对准石英矿石冲洗，且清洗过程中翻动石英矿石，便于冲洗干净；

（3）初级精选：对清洗后的石英矿石进行破碎，获得直径5厘米的石英块料，初级精选同时再次去除云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；方法是人工破碎或机械破碎，人工破碎是用铁锤敲击石英矿石，获得直径在5厘米左右，人工敲击石英是自动分级，把有用和无用的矿石及其他杂质公开；机械破碎是把石英矿石放入破碎机料斗内进行破碎，然后还要人工分级，人工分级是拣出有用和无用的石英矿石，无用的杂质是：矿物杂质、云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；

（4）第一次化学处理：将初级精选的带有石英皮的石英块料放入大型容器内，用质量浓度为31%的盐酸浇于石英块料上，每10吨石英块料用盐酸60公斤，浇完盐酸后紧接着盖上聚乙烯塑料布进行防水、保温，正常天气春天大约保温100小时后用清水冲洗；

（5）第二次进行精选：取出第一次化学处理过的石英块料，把没有化学处理好的石英块料分拣出来，晒干后装包、计量、入库；

（6）第一次高温处理：焙烧工领出第二次精选入库的石英块料，投入到节能环保的电阻炉内进行第一次高温处理，温度950度，时间为4小时；

（7）第三次精选：经过第一次高温处理后的石英块料，出炉后马上投入到冷却水中进行冷爆处理，冷却后取出让它自动烘干；

（8）磁选处理：把第三次精选过的石英块料通过颚式破碎机、高锰钢对辊进行破碎处理，振动筛分得80目—120目的石英砂，并进行第一次磁选处理，磁性在30000高丝以上；

（9）多元化学处理：选用质量浓度为31%的盐酸和35%的氢氟酸，1吨石英砂按140—150公斤盐酸、氢氟酸按照50公斤配纯水使石英砂完全浸到酸液里，温度8—18度，时间60小时，滤出酸液，用水冲洗；再用35：1000的碳酸钠水溶液浸泡1小时，滤除溶液，用水冲洗；

（10）超声波处理：用超声波设备对多元化学处理后的石英砂进行超声波震动处理；

（11）浮选机处理：50度的纯水中加入油酸、棕榈酸、煤油、氟化氢、异辛醇、氨水得混合液，用混合液对超声波处理后的石英砂进行浮选，每吨石英砂是：油酸0.5公斤、棕榈酸0.2公斤、煤油0.4公斤、氟化氢0.2公斤、异辛醇0.8公斤、氨水0.2公斤，浮选后用水清洗；

（12）高温氯化处理：55度的纯水中加酒精得质量浓度75%—90%的酒精液，浮选后的石英砂放入酒精液中，通入氯气进行氯化处理，时间1小时，氯化后用离子水冲洗到电导率和离子原水一样；

（13）离心脱水烘干：取出氯化处理后清洗过的石英砂进行离芯机脱水处理，放入800度的烘干炉内进行烘干；

（14）脱羟处理：离心脱水烘干后的石英砂放入1020度的脱羟炉内，通氮气进行脱羟处理3小时，取出洁净自然冷却；

（15）磁选：脱羟处理冷却后的石英砂振动筛分，得80目至120目的石英砂，再经磁选机，得合格的太阳能光伏产业用超纯硅材料。

本发明的制备方法工艺简单，得到的硅材料超纯，提高了石英砂的应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。

实施例1：依以下具体步骤制备超纯硅材料：

（1）选矿：选取铝、铁、钙、镁、钛、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼元素含量总数在50ppm，二氧化硅含量在99.95%的石英矿石；一般是到石英开采的矿点，先是用肉眼直观看，然后带回来检测化验、试验、再检测，最后确定是否能达到使用要求；

（2）清洗石英矿石：用水对选用的石英原矿石进行清洗，清洗石英矿石去除无用泥土和其他矿物杂质及开采与运输时的外来物；清洗方法是用水龙头对准石英矿石冲洗，且清洗过程中翻动石英矿石，便于冲洗干净；

（3）初级精选：对清洗后的石英矿石进行破碎，获得直径5厘米的石英块料，初级精选同时再次去除云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；方法是人工破碎或机械破碎，人工破碎是用铁锤敲击石英矿石，获得直径在5厘米左右，人工敲击石英是自动分级，把有用和无用的矿石及其他杂质公开；机械破碎是把石英矿石放入破碎机料斗内进行破碎，然后还要人工分级，人工分级是拣出有用和无用的石英矿石，无用的杂质是：矿物杂质、云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；

（4）第一次化学处理：将初级精选的带有石英皮的石英块料放入大型容器内，用质量浓度为31%的盐酸浇于石英块料上，每10吨石英块料用盐酸60公斤，浇完盐酸后紧接着盖上聚乙烯塑料布进行防水、保温，正常天气春天大约保温100小时后用清水冲洗；

（5）第二次进行精选：取出第一次化学处理过的石英块料，把没有化学处理好的石英块料分拣出来，晒干后装包、计量、入库；

（6）第一次高温处理：焙烧工领出第二次精选入库的石英块料，投入到节能环保的电阻炉内进行第一次高温处理，温度950度，时间为4小时；

（7）第三次精选：经过第一次高温处理后的石英块料，出炉后马上投入到冷却水中进行冷爆处理，冷却后取出让它自动烘干；

（8）磁选处理：把第三次精选过的石英块料通过颚式破碎机、高锰钢对辊进行破碎处理，振动筛分得80目—120目的石英砂，并进行第一次磁选处理，磁性在30000高丝以上；

（9）多元化学处理：选用质量浓度为31%的盐酸和35%的氢氟酸，1吨石英砂按140公斤盐酸、氢氟酸按照50公斤配纯水使石英砂完全浸到酸液里，温度8度，时间60小时，滤出酸液，用水冲洗；再用35：1000的碳酸钠水溶液浸泡1小时，滤除溶液，用水冲洗；

（10）超声波处理：用超声波设备对多元化学处理后的石英砂进行超声波震动处理；

（11）浮选机处理：50度的纯水中加入油酸、棕榈酸、煤油、氟化氢、异辛醇、氨水得混合液，用混合液对超声波处理后的石英砂进行浮选，每吨石英砂是：油酸0.5公斤、棕榈酸0.2公斤、煤油0.4公斤、氟化氢0.2公斤、异辛醇0.8公斤、氨水0.2公斤，浮选后用水清洗；

（12）高温氯化处理：55度的纯水中加酒精得质量浓度90%的酒精液，浮选后的石英砂放入酒精液中，通入氯气进行氯化处理，时间1小时，氯化后用离子水冲洗到电导率和离子原水一样；

（13）离心脱水烘干：取出氯化处理后清洗过的石英砂进行离芯机脱水处理，放入800度的烘干炉内进行烘干；

（14）脱羟处理：离心脱水烘干后的石英砂放入1020度的脱羟炉内，通氮气进行脱羟处理3小时，取出洁净自然冷却；

（15）磁选：脱羟处理冷却后的石英砂振动筛分，得80目至120目的石英砂，再经磁选机，得合格的太阳能光伏产业用超纯硅材料。

实施例2：依以下具体步骤制备超纯硅材料：

（1）选矿：选取铝、铁、钙、镁、钛、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼元素含量总数在50ppm，二氧化硅含量在99.95%的石英矿石；一般是到石英开采的矿点，先是用肉眼直观看，然后带回来检测化验、试验、再检测，最后确定是否能达到使用要求；

（2）清洗石英矿石：用水对选用的石英原矿石进行清洗，清洗石英矿石去除无用泥土和其他矿物杂质及开采与运输时的外来物；清洗方法是用水龙头对准石英矿石冲洗，且清洗过程中翻动石英矿石，便于冲洗干净；

（3）初级精选：对清洗后的石英矿石进行破碎，获得直径5厘米的石英块料，初级精选同时再次去除云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；方法是人工破碎或机械破碎，人工破碎是用铁锤敲击石英矿石，获得直径在5厘米左右，人工敲击石英是自动分级，把有用和无用的矿石及其他杂质公开；机械破碎是把石英矿石放入破碎机料斗内进行破碎，然后还要人工分级，人工分级是拣出有用和无用的石英矿石，无用的杂质是：矿物杂质、云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；

（4）第一次化学处理：将初级精选的带有石英皮的石英块料放入大型容器内，用质量浓度为31%的盐酸浇于石英块料上，每10吨石英块料用盐酸60公斤，浇完盐酸后紧接着盖上聚乙烯塑料布进行防水、保温，正常天气春天大约保温100小时后用清水冲洗；

（5）第二次进行精选：取出第一次化学处理过的石英块料，把没有化学处理好的石英块料分拣出来，晒干后装包、计量、入库；

（6）第一次高温处理：焙烧工领出第二次精选入库的石英块料，投入到节能环保的电阻炉内进行第一次高温处理，温度950度，时间为4小时；

（7）第三次精选：经过第一次高温处理后的石英块料，出炉后马上投入到冷却水中进行冷爆处理，冷却后取出让它自动烘干；

（8）磁选处理：把第三次精选过的石英块料通过颚式破碎机、高锰钢对辊进行破碎处理，振动筛分得80目—120目的石英砂，并进行第一次磁选处理，磁性在30000高丝以上；

（9）多元化学处理：选用质量浓度为31%的盐酸和35%的氢氟酸，1吨石英砂按145公斤盐酸、氢氟酸按照50公斤配纯水使石英砂完全浸到酸液里，温度13度，时间60小时，滤出酸液，用水冲洗；再用35：1000的碳酸钠水溶液浸泡1小时，滤除溶液，用水冲洗；

（10）超声波处理：用超声波设备对多元化学处理后的石英砂进行超声波震动处理；

（11）浮选机处理：50度的纯水中加入油酸、棕榈酸、煤油、氟化氢、异辛醇、氨水得混合液，用混合液对超声波处理后的石英砂进行浮选，每吨石英砂是：油酸0.5公斤、棕榈酸0.2公斤、煤油0.4公斤、氟化氢0.2公斤、异辛醇0.8公斤、氨水0.2公斤，浮选后用水清洗；

（12）高温氯化处理：55度的纯水中加酒精得质量浓度75%的酒精液，浮选后的石英砂放入酒精液中，通入氯气进行氯化处理，时间1小时，氯化后用离子水冲洗到电导率和离子原水一样；

（13）离心脱水烘干：取出氯化处理后清洗过的石英砂进行离芯机脱水处理，放入800度的烘干炉内进行烘干；

（14）脱羟处理：离心脱水烘干后的石英砂放入1020度的脱羟炉内，通氮气进行脱羟处理3小时，取出洁净自然冷却；

（15）磁选：脱羟处理冷却后的石英砂振动筛分，得80目至120目的石英砂，再经磁选机，得合格的太阳能光伏产业用超纯硅材料。

 实施例3：依以下具体步骤制备超纯硅材料：

（1）选矿：选取铝、铁、钙、镁、钛、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼元素含量总数在50ppm，二氧化硅含量在99.95%的石英矿石；一般是到石英开采的矿点，先是用肉眼直观看，然后带回来检测化验、试验、再检测，最后确定是否能达到使用要求；

（2）清洗石英矿石：用水对选用的石英原矿石进行清洗，清洗石英矿石去除无用泥土和其他矿物杂质及开采与运输时的外来物；清洗方法是用水龙头对准石英矿石冲洗，且清洗过程中翻动石英矿石，便于冲洗干净；

（3）初级精选：对清洗后的石英矿石进行破碎，获得直径5厘米的石英块料，初级精选同时再次去除云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；方法是人工破碎或机械破碎，人工破碎是用铁锤敲击石英矿石，获得直径在5厘米左右，人工敲击石英是自动分级，把有用和无用的矿石及其他杂质公开；机械破碎是把石英矿石放入破碎机料斗内进行破碎，然后还要人工分级，人工分级是拣出有用和无用的石英矿石，无用的杂质是：矿物杂质、云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；

（4）第一次化学处理：将初级精选的带有石英皮的石英块料放入大型容器内，用质量浓度为31%的盐酸浇于石英块料上，每10吨石英块料用盐酸60公斤，浇完盐酸后紧接着盖上聚乙烯塑料布进行防水、保温，正常天气春天大约保温100小时后用清水冲洗；

（5）第二次进行精选：取出第一次化学处理过的石英块料，把没有化学处理好的石英块料分拣出来，晒干后装包、计量、入库；

（6）第一次高温处理：焙烧工领出第二次精选入库的石英块料，投入到节能环保的电阻炉内进行第一次高温处理，温度950度，时间为4小时；

（7）第三次精选：经过第一次高温处理后的石英块料，出炉后马上投入到冷却水中进行冷爆处理，冷却后取出让它自动烘干；

（8）磁选处理：把第三次精选过的石英块料通过颚式破碎机、高锰钢对辊进行破碎处理，振动筛分得80目—120目的石英砂，并进行第一次磁选处理，磁性在30000高丝以上；

（9）多元化学处理：选用质量浓度为31%的盐酸和35%的氢氟酸，1吨石英砂按150公斤盐酸、氢氟酸按照50公斤配纯水使石英砂完全浸到酸液里，温度18度，时间60小时，滤出酸液，用水冲洗；再用35：1000的碳酸钠水溶液浸泡1小时，滤除溶液，用水冲洗；

（10）超声波处理：用超声波设备对多元化学处理后的石英砂进行超声波震动处理；

（11）浮选机处理：50度的纯水中加入油酸、棕榈酸、煤油、氟化氢、异辛醇、氨水得混合液，用混合液对超声波处理后的石英砂进行浮选，每吨石英砂是：油酸0.5公斤、棕榈酸0.2公斤、煤油0.4公斤、氟化氢0.2公斤、异辛醇0.8公斤、氨水0.2公斤，浮选后用水清洗；

（12）高温氯化处理：55度的纯水中加酒精得质量浓度82%的酒精液，浮选后的石英砂放入酒精液中，通入氯气进行氯化处理，时间1小时，氯化后用离子水冲洗到电导率和离子原水一样；

（13）离心脱水烘干：取出氯化处理后清洗过的石英砂进行离芯机脱水处理，放入800度的烘干炉内进行烘干；

（14）脱羟处理：离心脱水烘干后的石英砂放入1020度的脱羟炉内，通氮气进行脱羟处理3小时，取出洁净自然冷却；

（15）磁选：脱羟处理冷却后的石英砂振动筛分，得80目至120目的石英砂，再经磁选机，得合格的太阳能光伏产业用超纯硅材料。

Claims (1)

1.太阳能光伏产业用超纯硅材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

（1）选矿：选取铝、铁、钙、镁、钛、镍、锰、铜、锂、钠、钾、硼元素含量总数在50ppm，二氧化硅含量在99.95%的石英矿石；在石英开采的矿点，先是用肉眼直观看，然后带回来检测化验、试验、再检测，最后确定是否能达到使用要求；

（2）清洗石英矿石：用水对选用的石英原矿石进行清洗，清洗石英矿石去除无用泥土和其他矿物杂质及开采与运输时的外来物；清洗方法是用水龙头对准石英矿石冲洗，且清洗过程中翻动石英矿石，便于冲洗干净；

（3）初级精选：对清洗后的石英矿石进行破碎，获得直径5厘米的石英块料，初级精选同时再次去除云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；方法是人工破碎或机械破碎，人工破碎是用铁锤敲击石英矿石，获得直径在5厘米左右，人工敲击石英是一次性分级，把有用和无用的矿石及其他杂质分开；机械破碎是把石英矿石放入破碎机料斗内进行破碎，然后还要人工分级，人工分级是拣出有用的石英矿石和无用的杂质，无用的杂质是：云母、长石、砂礓石、红隔石、黄水石；

（4）第一次化学处理：将初级精选的带有石英皮的石英块料放入大型容器内，用质量浓度为31%的盐酸浇于石英块料上，每10吨石英块料用盐酸60公斤，浇完盐酸后紧接着盖上聚乙烯塑料布进行防水、保温，正常天气春天大约保温100小时后用清水冲洗；

（5）第二次进行精选：取出第一次化学处理过的石英块料，分拣出未化学处理好的石英块料，把留下的化学处理好的石英块料晒干后装包、计量、入库；

（6）第一次高温处理：焙烧工领出第二次精选入库的石英块料，投入到节能环保的电阻炉内进行第一次高温处理，温度950度，时间为4小时；

（7）第三次精选：经过第一次高温处理后的石英块料，出炉后马上投入到冷却水中进行冷爆处理，冷却后取出让它自动烘干；

（8）磁选处理：把第三次精选过的石英块料通过颚式破碎机和高锰钢对辊进行破碎处理，振动筛分得80目—120目的石英砂，并进行第一次磁选处理，磁性在30000高斯以上；

（9）多元化学处理：采用140—150公斤盐酸、50公斤氢氟酸配纯水形成质量浓度为31%的盐酸和35%的氢氟酸来浸泡1吨石英砂，温度8—18度，时间60小时，滤出酸液，用水冲洗；再用碳酸钠水溶液浸泡1小时，滤除溶液，用水冲洗；其中，碳酸钠和水以质量比35：1000配成碳酸钠水溶液；

（10）超声波处理：用超声波设备对多元化学处理后的石英砂进行超声波震动处理；

（11）浮选机处理：50度的纯水中加入油酸、棕榈酸、煤油、氟化氢、异辛醇、氨水得混合液，用混合液对超声波处理后的石英砂进行浮选，每吨石英砂是：油酸0.5公斤、棕榈酸0.2公斤、煤油0.4公斤、氟化氢0.2公斤、异辛醇0.8公斤、氨水0.2公斤，浮选后用水清洗；

（12）高温氯化处理：55度的纯水中加酒精得质量浓度75%—90%的酒精液，浮选后的石英砂放入酒精液中，通入氯气进行氯化处理，时间1小时，氯化后用去离子水冲洗到浮选后的石英砂电导率和去离子原水一样；

（13）离心脱水烘干：取出氯化处理后清洗过的石英砂进行离心机脱水处理，放入800度的烘干炉内进行烘干；

（14）脱羟处理：离心脱水烘干后的石英砂放入1020度的脱羟炉内，通氮气进行脱羟处理3小时，取出自然冷却；

（15）磁选：脱羟处理冷却后的石英砂振动筛分，得80目至120目的石英砂，再经磁选机，得合格的太阳能光伏产业用超纯硅材料。