CN102351195A

CN102351195A - 一种闭路循环生产多晶硅的工艺

Info

Publication number: CN102351195A
Application number: CN2011101982899A
Authority: CN
Inventors: 白柳杨; 袁方利; 尹春雷
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-02-15

Abstract

针对多晶硅产业中西门子法氢还原三氯氢硅转化率低和处理四氯化硅方面的难题，本发明提出一种闭路循环生产多晶硅的工艺。西门子法氢还原三氯氢硅工序中反应后的气体包括气体产物和未转化的气体原料直接通入金属还原炉，经金属还原反应后，剩余气体接着直接通过气体管路循环至三氯氢硅合成工序。将锌还原工艺嵌入西门子法，彻底实现闭路循环生产多晶硅。与对西门子法的副产物四氯化硅进行先提纯然后进行锌还原的工艺相比较，本发明减少了循环过程中的分离提纯过程，同时节省了金属还原过程的能耗。

Description

一种闭路循环生产多晶硅的工艺

技术领域

本发明属于涉及一种闭路循环生产多晶硅的工艺。

技术背景

多晶硅是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是新能源产业和信息产业最基础的原材料。生产多晶硅的方法有：锌还原四氯化硅法(杜邦法)、氢还原四氯化硅法(贝尔法)、三氯氢硅分解法(倍西内法)、氢还原三氯氢硅法(西门子法)和硅烷热分解法。其中西门子法是目前国内外多晶硅工业生产广泛采用的方法，以氯气、氢气、冶金硅为原料制备三氯氢硅，再将三氯氢硅提纯后氢还原生成多晶硅。氢还原三氯氢硅一次转化率较低，生产1千克太阳能及多晶硅会产生10-15千克的四氯化硅，改良西门子法通过氢化四氯化硅进行闭环工艺循环后，四氯化硅的排放量仍然高达5-10千克。四氯化硅带来的环境问题成为多晶硅企业急需解决的问题。目前处理四氯化硅主要有下面几种途径：(1)氢化后返回利用；制备硅酸乙酯、白炭黑等，锌还原制备多晶硅。其中锌还原四氯化硅制备多晶硅这一途径可以很好地解决四氯化硅回收问题，发挥了多晶硅副产物四氯化硅高纯的优势，不仅回收利用四氯化硅解决了环境问题，同时还节省了生产光伏材料的原料，降低了成本。锌还原得副产物氯化锌电解得到锌和氯气都可以循环使用。CN101293652A公开了一种物料全循环的太阳能级多晶硅锌还原方法，将锌还原与西门子法进行组合，利用西门子法副产物四氯化硅进行锌还原制备多晶硅。此工艺将氢还原与锌还原首尾相接串联起来，后续的锌还原过程不影响原有的西门子工艺，便于多晶硅生产企业接受。

发明内容

本发明提出将锌还原嵌入西门子法，实现闭路循环生产多晶硅。将西门子法氢还原三氯氢硅工序中反应后的气体包括气体产物和未转化的气体原料直接一起通入金属还原炉，经金属还原反应后，剩余气体接着直接通过气体管路循环至三氯氢硅合成工序。与CN101293652A公开的串联还原工艺相比较，本发明减少了循环过程中的分离提纯过程，同时节省了金属还原过程的能耗。

下面具体阐述本发明的内容。

本发明包含下述6个步骤：

步骤(1)，采用净化提纯后的氢气和氯气反应合成高纯氯化氢；

步骤(2)，氯化氢与冶金硅反应合成三氯氢硅；

步骤(3)，三氯氢硅分离提纯，分离出的氯化氢循环回到步骤(2)合成三氯氢硅工序，分离出的四氯化硅直接进入后面的金属还原工序；

步骤(4)，步骤(3)生产的高纯三氯氢硅进入氢还原炉还原；

步骤(5)，步骤(4)反应后气体，主要成分为四氯化硅和氯化氢，其他成分包括三氯氢硅和氢气，一起通过气体管路进入金属还原炉；

步骤(6)，对步骤(5)金属还原反应后的尾气，主要成分为氯化氢，其他成分包含氢气，可能包含四氯化硅等，直接循环至三氯氢硅合成工序，对金属还原固体产物进行分离，金属和金属氯化物电解得到的金属循环至金属还原炉，电解氯气循环至氯化氢合成工序。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例更详细阐述本发明具体实施方式。

实施例：

采用的原料为氯气、氢气、冶金硅。提纯后的氢气和氯气进入氯化氢合成炉燃烧反应，合成的氯化氢气体经冷却器和雾沫分离器送入三氯氢硅合成工序；氯化氢与冶金硅在300℃下反应合成三氯氢硅；然后对三氯氢硅进行精馏提纯，分离出的氯化氢返回三氯氢硅合成工序，分离出的四氯化硅直接导入后续工序的锌还原炉，控制三氯氢硅杂质总量在10^-7数量级以下然后送入氢还原炉；氢气作还原剂，在1100℃下还原三氯氢硅沉积多晶硅，多晶硅以硅锭的形式产出，反应后所有产生的和剩余的气体经气体管路直接进入锌还原炉；连接氢还原炉和锌还原炉的管路温度控制在800-1000℃之间；高纯锌蒸发后送入锌还原炉，锌蒸气将氢还原后气体中的含硅成分还原，冷凝后剩余气体成分循环返回三氯氢硅合成工序，分离出的氯化锌经电解得到锌和氯气，分别循环至氯化氢合成工序和锌还原炉。

上面所述实施例是对本发明的说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思、方法和范围，都记载在本发明的权利要求书中。

Claims

1.一种闭路循环生产多晶硅的工艺，包括以下几个步骤：

步骤(1)，氢气和氯气反应生成氯化氢；

步骤(2)，步骤(1)合成的氯化氢与冶金硅反应合成三氯氢硅；

步骤(3)，对步骤(2)合成产物进行分离提纯生产高纯三氯氢硅；

步骤(4)，步骤(3)生产的高纯三氯氢硅进入氢还原炉还原；

步骤(5)，步骤(4)反应后气体进入金属还原炉反应；

步骤(6)，对步骤(5)反应后气体循环至三氯氢硅合成，金属还原固体产物进行分离，金属氯化物电解后金属循环至金属还原炉，氯气循环至氯化氢合成。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：三氯氢硅依次进入氢还原炉和金属还原炉还原。

3.根据权权利要求2所述的工艺，其特征在于：氢还原炉和金属还原炉中间不设分离装置，三氯氢硅氢还原的气体产物和未反应完全的三氯氢硅和氢气直接通过气体管路进入金属还原炉。

4.根据权利要求3所述的工艺，氢还原炉和金属还原炉中间的连接管路温度控制在200℃-1500℃之间，优选800-1100℃。

5.根据权利要求1所述的的工艺，其特征在于：步骤(5)金属还原反应后气体不经过分离提纯，直接通过气体管路进入步骤(1)进行循环利用。

6.根据权利要求1所述的的工艺，其特征在于：金属还原炉中使用的金属包括锌、镁、钠等活泼金属。