CN102862989B - 用于冶金法提纯多晶硅的预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于冶金法提纯多晶硅原料破碎的处理方法，包括以下步骤：提供需要破碎的多晶硅的硅块；进行淬火处理；进行破碎处理；进行筛分处理：将破碎后的硅块在振动筛上筛分处理，得直径小于3mm的硅粉料和直径在3mm至50mm之间的硅碎料；进行磁选处理：将直径小于3mm的硅粉料放入磁选机中磁选处理；分别收集上述得到的硅碎料和硅粉料以备用。在本发明提供的预处理方法在破碎硅块的同时尽量减少了金属元素的污染，该方法可降低生产成本、提高产量、便于操作、而适于工业化大规模生产。

Description

用于冶金法提纯多晶硅的预处理方法

技术领域

本发明涉及一种硅材料的预处理方法，尤其涉及用于冶金法硅提纯过程中多晶硅料的预处理方法。

背景技术

近年来，能源和环境问题日益严重，传统能源的消耗和全球变暖的问题引起高度关注。因此，光伏行业快速发展，对太阳能电池原料硅的需求迅速增加，但目前多晶硅价格居高不下，影响了光伏产业的进一步发展。提高多晶硅的产量和质量，降低成本成为多晶硅产业的发展方向。

冶金法硅提纯技术是近年来因太阳能级多晶硅的质量需要而发展起来的新工艺，其工艺路线短、能耗低，因此被认为是生产价格低廉的太阳能级多晶硅的新技术。

冶金法提纯技术的主要任务是在前期去除硼磷的基础上再通过定向凝固法去除金属及过渡金属杂质，并最终得到适合于光伏产业需求的纯度为6N左右的多晶硅。就国内冶金法提纯硅的现状而言，冶金法硅提纯还面临着这样或那样的一些问题。其中，由于硅的硬度较高，因此在冶金法提纯过程中多晶硅块料破碎处理过程成本高、产量小、操作不便、易污染、不适于工业化大规模生产，一直是一个难题。

发明内容

为解决在冶金法提纯过程中多晶硅块料破碎处理过程存在的成本高、产量小、操作不便、易污染、不适于工业化大规模生产的问题，本发明提供一种用于冶金法提纯多晶硅的预处理方法，包括以下步骤：（1）提供需要破碎的多晶硅的硅块；（2）进行淬火处理：在氩气的气氛下，将硅块在水爆炉内加热，恒温一段时间后，倒入纯水进行淬火处理；（3）进行破碎处理：将淬火后的硅块冷却并干燥后，在颚式破碎机中破碎处理并调整出料的粒度小于50mm；（4）进行筛分处理：将破碎后的硅块在振动筛上筛分处理，得直径小于3mm的硅粉料和直径在3mm至50mm之间的硅碎料；（5）进行磁选处理：将直径小于3mm的硅粉料放入磁选机中磁选处理，以去除在破碎过程中引入的金属杂质；（6）分别收集在步骤（4）中得到的直径在3mm至50mm之间的硅碎料和在步骤（5）中得到的直径小于3mm的硅粉料以备用。

在一实施例中，在步骤（2）中，将硅块加热到740℃，恒温30分钟后，倒入纯水进行淬火处理。

在一实施例中，在步骤（2）中，水爆炉是以耐氧化的不锈钢材料作为炉衬、以石英砖砌成托盘，加热过程中，硅块放于石英砖托盘中，并通入纯度为99.9%、流量为50sccm的氩气。相较于现有技术中以石英材料做成整个炉膛，本发明使用的水爆炉可有效地降低材料成本。在加热过程中，硅块放于石英砖托盘中，可避免硅块与金属材料接触而引入金属杂质；并通入一定流量的高纯氩气做为保护气体，尽量避免硅块氧化。

在一实施例中，在步骤（2）中，纯水介质装于聚丙烯材料的桶中，纯水介质与硅块的质量比为1.5：1。用于淬火的纯水介质装于聚丙烯（PP）材料的桶中，进一步避免硅块与金属材料接触而引入金属杂质。纯水介质与硅块的质量比为1.5：1，可保证水淬效果。

在一实施例中，在步骤（3）中，通过调节破碎机的颚板间隙以调整出料的粒度。采用颚式破碎机，因其操作简便、处理量大而适合工业化大规模生产。

在一实施例中，在步骤（4）中，振动筛采用高强度的尼龙材料作为筛底。可避免筛分过程引入过多的金属杂质。

在一实施例中，在步骤（5）中引入的金属杂质主要为铁屑。

通过本发明提供预处理方法在破碎硅块的同时尽量减少了金属元素的污染，该处理方法包括水淬、破碎、筛分、磁选、收集步骤，可降低生产成本、提高产量、便于操作，适于工业化大规模生产。

附图说明

图1为本发明提供的用于冶金法提纯多晶硅的预处理方法的流程图。

具体实施方式

在一实施例中，本发明提供一种用于冶金法提纯多晶硅的预处理方法，包括以下步骤：

（1）提供需要破碎的多晶硅的硅块；

（2）进行淬火处理：在氩气的气氛下，将硅块在水爆炉内的加热，恒温一段时间后，倒入纯水进行淬火处理；

（3）进行破碎处理：将淬火后的硅块冷却并干燥后，在颚式破碎机中破碎处理并调整出料的粒度小于50mm；

（4）进行筛分处理：将破碎后的硅块在振动筛上筛分处理，得直径小于3mm的硅粉料和直径在3mm至50mm之间的硅碎料；

（5）进行磁选处理：将直径小于3mm的硅粉料放入磁选机中磁选处理，以去除在破碎过程中引入的金属杂质；

（6）分别收集在步骤（4）中得到的直径在3mm至50mm之间的硅碎料和在步骤（5）中得到的直径小于3mm的硅粉料以备用。。

在步骤（2）中，水爆炉采用耐氧化的不锈钢材料作为炉衬、采用石英砖砌成托盘，相较于现有技术中以石英材料做成整个炉膛，本发明使用的水爆炉可有效地降低材料成本。在加热过程中，硅块放于石英砖托盘中，以避免硅块与金属材料接触而引入金属杂质；并通入一定流量的高纯氩气做为保护气体，以避免硅块氧化和避免引入气体杂质。在一实施例中，氩气的纯度为99.9%、流量为50sccm。用于淬火的纯水介质装于聚丙烯（PP）材料的桶中，进一步避免硅块与金属材料接触而引入金属杂质。优选地，纯水介质与硅块的质量比为1.5：1，以保证水淬效果。通过对硅块进行淬火处理，可使硅块产生大量裂纹，降低后续破碎处理的难度及破碎所需的时间，从而减少在破碎处理中引入铁杂质、降低对破碎设备的损耗。

在步骤（3）中，通过调节破碎机的颚板间隙以调整出料的粒度。采用颚式破碎机，因其操作简便、处理量大而适合工业化大规模生产。

在步骤（4）中，振动筛采用高强度的尼龙材料作为筛底，以避免引入金属杂质。筛分出直径小于3mm的硅粉料和直径为3mm至50mm的硅碎料，是因为在后续的冶金法提纯多晶硅过程中需要以直径小于50mm的硅料作为原料。但是在破碎过程中不可避免地引入的铁杂质主要集中在直径小于3mm的硅粉料中，因此要单独筛分出直径小于3mm的硅粉料进行除杂质。

在步骤（5）中，采用磁选处理以去除硅粉料中的铁杂质，相比于现有技术中酸洗去除铁杂质，操作更安全、工艺简单、无污染。

在步聚（6）中收集的硅材料中虽然还有微量的铁杂质，但是由于铁杂质在硅材料中的分凝系数（硅水凝固过程中铁元素在固相硅中的浓度与铁元素在液相硅中浓度的比值）很小（约为5×10^-6），在后续的冶金法提纯过程中的定向凝固提纯过程很容易去除，对后续工艺的影响可忽略。

通过本发明提供的预处理方法在破碎硅块的同时尽量减少了金属元素的污染，该处理方法包括水淬、破碎、筛分、磁选、收集步骤，可降低生产成本、提高产量、便于操作、而适于工业化大规模生产。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于冶金法提纯多晶硅的预处理方法，包括以下步骤：

(1)提供需要破碎的多晶硅的硅块；

(2)进行淬火处理：在氩气的气氛下，将硅块在水爆炉内加热到740℃，恒温一段时间后，倒入纯水中进行淬火处理；

(3)进行破碎处理：将淬火后的硅块冷却并干燥后，在颚式破碎机中破碎处理并调整出料的粒度小于50mm；

(4)进行筛分处理：将破碎后的硅块在振动筛上筛分处理，得直径小于3mm的硅粉料和直径在3mm至50mm之间的硅碎料；

(5)进行磁选处理：将直径小于3mm的硅粉料放入磁选机中磁选而非酸洗处理，以去除在破碎过程中引入的金属杂质；

(6)分别收集在步骤(4)中得到的直径在3mm至50mm之间的硅碎料和在步骤(5)中得到的直径小于3mm的硅粉料以备用。

2.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，将硅块加热到740℃，恒温30分钟后，倒入纯水进行淬火处理。

3.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，水爆炉是以耐氧化的不锈钢材料作为炉衬、以石英砖砌成托盘，加热过程中，硅块放于石英砖托盘中，并通入纯度为99.9％、流量为50sccm的氩气。

4.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，纯水介质装于聚丙烯材料的桶中，纯水介质与硅块的质量比为1.5：1。

5.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，在步骤(3)中，通过调节破碎机的颚板间隙以调整出料的粒度。

6.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，振动筛采用高强度的尼龙材料作为筛底。

7.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，在步骤(5)中引入的金属杂质主要为铁屑。