CN104495853B - 一种工业硅精炼提纯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业硅精炼提纯方法，其中，在真空电弧炉中，以工业硅棒为自耗阴极，以导电坩埚作为阳极，其中所述导电坩埚中盛装有精炼渣；在高温及真空条件下对电弧炉引弧后，工业硅棒自耗阴极自下端逐步熔化滴落到阳极坩埚中，工业硅熔滴中的气体杂质及易挥发杂质挥发散出，被抽真空装置抽出炉外；工业硅熔滴滴落到阳极坩埚后，通过渣-金反应及元素交换使不易挥发的杂质进入精炼渣中，当工业硅棒阴极熔化完成后，去除精炼渣，获得精炼提纯后的工业硅。该方案实现了更高的提纯效果，经提纯后，可得到5N-7N纯度的多晶硅。

Description

一种工业硅精炼提纯方法
技术领域
本发明涉及冶金工业技术领域，具体涉及一种工业硅精炼提纯方法。
背景技术
硅光伏电池的合格硅衬底中,除C、O杂质外,B、P、Fe、Ca、Ti、V、Al、Na等杂质含量应低于1.0×10-6,其他杂质浓度应低于1.0×10-9,这种纯度多晶硅称为太阳能级硅。对于太阳能级硅的纯度要求:一是杂质总含量,应越少越好,一般不应高于1O0ppm；二是从单一杂质看,Ti、V、B、P等影响最大,含量都必须低于1ppm。工业硅的纯度约为95％-99％,其含杂质主要为非金属杂质C、B、P和金属杂质Fe、Al、Ca等，若用做太阳能光伏电池，需要对工业硅进行提纯，太阳能光伏产业及半导体工业需要纯度达5N-11N的多晶硅。
现有的精炼提纯工艺，如Elkem工艺、ARTIST工艺、Carbothermicmeth工艺、HEM工艺、KawasakiSteel工艺、改良西门子法--闭环式SiHCl3氢还原法、常压下碘化学气相传输净化法、锌还原法等，其工艺过程复杂，提纯效果不稳定，成本高，能耗高，污染严重。现有的真空自耗电弧精炼可使原料中的气体及某些易挥发杂质元素挥发去除，但是，难以去除难挥发杂质元素Fe、Al等；现有的工业硅真空蒸馏精炼金属可使工业硅中的Ca元素含量显著降低，可真空蒸馏工业硅除磷，但是，对别的难挥发杂质元素没有显出明显效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种工业硅精炼提纯方法，该方法可以将工业硅中的气体和易挥发杂质、以及难挥发的杂质去除，实现更高的提纯效果，经提纯后，可得到5N-7N纯度的多晶硅。
为了实现上述的发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种工业硅精炼提纯方法，其中，在真空电弧炉中，以工业硅棒为自耗阴极，以导电坩埚作为阳极，其中所述导电坩埚中盛装有精炼渣；在高温及真空条件下对电弧炉引弧后，工业硅自耗阴极自下端逐步熔化滴落到阳极坩埚中，工业硅熔滴中的气体杂质及易挥发杂质挥发散出，被抽真空装置抽出炉外；工业硅熔滴滴落到阳极坩埚后，通过渣-金反应及元素交换使不易挥发的杂质进入精炼渣中，当工业硅棒阴极熔化完成后，去除精炼渣，获得精炼提纯后的工业硅。
优选地，所述高温是指温度为1600～1700℃，所述真空条件是指真空度为10-4～10-2Pa。
优选地，所述工业硅棒通过熔铸法制成。
优选地，所述工业硅棒通过使用工业硅碎粒压制烧结制成。
优选地，所述工业硅棒的初始纯度为Si含量不低于99.5％。
优选地，所述精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，SiC为5～15％，Si为1～10％，MgO为0.1～0.5％，Al2O3为15～25％，CaO为15～25％，FeO为0.1～0.5％。
优选地，所述精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，CaO为5～15％，余量为CaF2。
优选地，所述精炼渣初始为预先熔制的熔融液态。
有益效果：
本发明实施例提供的工业硅精炼提纯方法，在高温及一定真空度条件下，使工业硅棒自耗阴极下端逐步熔化滴落到阳极坩埚中，坩埚中预先装盛熔融液态的精炼渣作为精炼剂，可使工业硅熔滴在下落及落入渣中过程中挥发去除气体杂质及易挥发的杂质；另外，通过渣-金反应及元素交换使不易挥发的杂质进入精炼渣中，在精炼完成后，通过除渣而将不易挥发的杂质去除。该方案实现了更高的提纯效果，经提纯后，可得到5N-7N纯度的多晶硅。
附图说明
图1是本发明实施例提供的工业硅精炼提纯方法的示例性图示。
具体实施方式
如前所述，本发明的目的是为了将工业硅中的气体和易挥发杂质、以及难挥发的杂质去除，实现更高的提纯效果，提供了一种工业硅精炼提纯方法。该方法包括：参阅图1，在真空电弧炉4中，以工业硅棒1为自耗阴极，以导电坩埚2作为阳极，其中所述导电坩埚2中盛装有精炼渣3。在高温及真空条件下对电弧炉引弧后，工业硅棒1自下端逐步熔化滴落到阳极坩埚2中，工业硅熔滴中的气体杂质及易挥发杂质挥发散出，被抽真空装置抽出炉外；工业硅熔滴滴落到阳极坩埚2后，通过渣-金反应及元素交换使不易挥发的杂质进入精炼渣3中，当工业硅棒1阴极熔化完成后，去除精炼渣，获得精炼提纯后的工业硅。
作为优选的方案，所述高温是指温度为1600～1700℃，所述真空条件是指真空度为10-4～10-2Pa。
作为优选的方案，所述工业硅棒通过熔铸法制成，或者是通过使用工业硅碎粒压制烧结制成。进一步地，所述工业硅棒的初始纯度为Si含量不低于99.5％。
作为优选地方案，所述精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，SiC为5～15％，Si为1～10％，MgO为0.1～0.5％，Al2O3为15～25％，CaO为15～25％，FeO为0.1～0.5％。也可以是：所述精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，CaO为5～15％，余量为CaF2。进一步地，所述精炼渣初始为预先熔制的熔融液态。
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图用实施例对本发明做进一步说明。
实施例一：
根据上述之本发明技术解决方案，本实施例提供的工业硅精炼提纯方法，其包括：如示意图1所示，在真空电弧炉4中，以工业硅棒1作为自耗阴极，以盛装有精炼渣3的坩埚2作为阳极，引弧后，在1600～1700℃的高温、10-4～10- 2Pa真空度条件下，使工业硅棒1自下端逐步熔化滴落到精炼渣3上，工业硅熔滴中的C、O、H气体杂质及B、P易挥发杂质元素挥发散出，随后被抽真空装置抽出真空电弧炉4外。工业硅滴落到精炼渣3后，通过渣-金反应及元素交换，使不易挥发的Fe、Ca、Ti、Al、V、Na杂质进入精炼渣3中，当工业硅棒1阴极熔化完成后，去除精炼渣，获得精炼提纯后的工业硅。所述之工业硅棒1可是熔铸法制成的真空自耗电弧炉精炼常规直径，要求其初始纯度为Si含量不低于99.5％。所述之精炼渣3的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，SiC为5～15％，Si为1～10％，MgO为0.1～0.5％，Al2O3为15～25％，CaO为15～25％，FeO为0.1～0.5％；初始可预先熔制为熔融液态；并且，在开始精炼时，首先将坩埚2预先加热至与熔融精炼渣液相同的温度。精炼后硅的纯度达到6N。
实施例二：
本实施例与实施例一不同的是：本实施例中，真空电弧炉的真空度为10-3～10- 2Pa、温度为1600～1700℃。所述之工业硅棒是用工业硅碎粒压制烧结制成的真空自耗电弧炉精炼常规直径，其初始纯度为Si含量不低于99.5％。所述之精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，SiC为5～15％，Si为1～10％，MgO为0.1～0.5％，Al2O3为15～25％，CaO为15～25％，FeO为0.1～0.5％，精炼后硅的纯度达到5N。
实施例三：
根据上述之本发明技术解决方案，本实施例提供的工业硅精炼提纯方法，其包括：如示意图1所示，在真空电弧炉4中，以工业硅棒1作为自耗阴极，以盛装有精炼渣3的坩埚2作为阳极，引弧后，在1600～1700℃的高温、10-4～10- 2Pa真空度条件下，使工业硅棒1自下端逐步熔化滴落到精炼渣3上，工业硅熔滴中的气体杂质及某些易挥发杂质元素挥发散出，随后被抽真空装置抽出真空电弧炉4外。工业硅滴落到精炼渣3后，通过渣-金反应及元素交换，使不易挥发的杂质进入精炼渣3中，当工业硅棒1阴极熔化完成后，去除精炼渣，获得精炼提纯后的工业硅。所述之工业硅棒1可是熔铸法制成的真空自耗电弧炉精炼常规直径，要求其初始纯度为Si含量不低于99.5％。所述精炼渣3的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，CaO为5～15％，余量为CaF2，精炼后硅的纯度达到6.5N。
实施例四：
本实施例与实施例一不同的是：本实施例中，真空电弧炉的真空度为10-3～10- 2Pa、温度为1600～1700℃。所述之工业硅棒是用工业硅碎粒压制烧结制成的真空自耗电弧炉精炼常规直径，其初始纯度为Si含量不低于99.5％。精炼后硅的纯度达到6.8N。
综上所述，本发明实施例提供的工业硅精炼提纯方法，在高温及一定真空度条件下，使工业硅棒自耗阴极下端逐步熔化滴落到阳极坩埚中，坩埚中预先装盛熔融液态的精炼渣作为精炼剂，可使工业硅熔滴在下落及落入渣中过程中挥发去除气体杂质及易挥发的杂质；另外，通过渣-金反应及元素交换使不易挥发的杂质进入精炼渣中，在精炼完成后，通过除渣而将不易挥发的杂质去除。该方案实现了更高的提纯效果，经提纯后，可得到5N-7N纯度的多晶硅。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业硅精炼提纯方法，其特征在于，在真空电弧炉中，以工业硅棒为自耗阴极，以导电坩埚作为阳极，其中所述导电坩埚中盛装有精炼渣；在高温及真空条件下对电弧炉引弧后，工业硅棒自耗阴极自下端逐步熔化滴落到阳极坩埚中，工业硅熔滴中的气体杂质及易挥发杂质挥发散出，被抽真空装置抽出炉外；工业硅熔滴滴落到阳极坩埚后，通过渣-金反应及元素交换使不易挥发的杂质进入精炼渣中，当工业硅棒阴极熔化完成后，去除精炼渣，获得精炼提纯后的硅纯度达到5N-7N。
2.根据权利要求1所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述高温是指温度为1600～1700℃，所述真空条件是指真空度为10-4～10-2Pa。
3.根据权利要求1所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述工业硅棒通过熔铸法制成。
4.根据权利要求1所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述工业硅棒通过使用工业硅碎粒压制烧结制成。
5.根据权利要求3或4所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述工业硅棒的初始纯度为Si含量不低于99.5％。
6.根据权利要求1所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，SiC为5～15％，Si为1～10％，MgO为0.1～0.5％，Al2O3为15～25％，CaO为15～25％，FeO为0.1～0.5％。
7.根据权利要求1所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述精炼渣的组成中，以质量百分比计算：SiO2为30～50％，CaO为5～15％，余量为CaF2。
8.根据权利要求6或7所述的工业硅精炼提纯方法，其特征在于，所述精炼渣初始为预先熔制的熔融液态。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207741B (zh) * 2018-09-11 2021-05-14 昆明理工大学 一种金属铝的精炼方法及装置
CN109182786B (zh) * 2018-09-11 2021-12-24 王宇栋 一种无氧杂质挥发制备高纯金属铍的方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6496529B1 (en) * 2000-11-15 2002-12-17 Ati Properties, Inc. Refining and casting apparatus and method
CN1313368C (zh) * 2003-10-10 2007-05-02 曹文兴 一种太阳能电池用硅的生产设备及方法
CN101188880A (zh) * 2007-11-29 2008-05-28 苏州市万泰真空炉研究所有限公司 真空自耗电极电弧熔炼炉
WO2011099110A1 (ja) * 2010-02-09 2011-08-18 Kaneko Kyojiro シリコン真空溶解法
CN101812727B (zh) * 2010-04-13 2011-12-28 上海太阳能电池研究与发展中心 一种直流电场下定向凝固提纯多晶硅的方法
CN103570023B (zh) * 2012-07-23 2017-02-08 东莞东阳光科研发有限公司 一种工业硅造渣除硼的方法

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