CN107572532A - 一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法 - Google Patents
一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107572532A CN107572532A CN201710647051.7A CN201710647051A CN107572532A CN 107572532 A CN107572532 A CN 107572532A CN 201710647051 A CN201710647051 A CN 201710647051A CN 107572532 A CN107572532 A CN 107572532A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- titanium
- titanium silicon
- purity
- electromagnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ti] Chemical compound [Si].[Ti] UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 154
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 110
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 60
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 60
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 38
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 18
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 27
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 20
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 11
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 40
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 6
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010053567 Coagulopathies Diseases 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035602 clotting Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,属于钛硅物料高效资源综合利用技术领域。以不同硅含量的钛硅物料为原料,采用电磁感应加热熔化;熔融的合金物料在该气压下保温进行真空挥发精炼除杂;除杂后的熔体进行电磁搅拌定向凝固强化分离,定向凝固过程中在优先析出的硅在电磁搅拌力和温度梯度的作用下沉积在坩埚底部,而钛硅合金相析出后在坩埚上部,得到高纯硅和钛硅合金两种产品;将产品沿分离界面切割,即可获得低硼、磷的高纯硅和低铁的钛硅合金产品。本方法获得的高纯硅的纯度大于99.995%,钛硅合金中钛含量20%~30%。该方法与传统的高纯硅和钛硅合金制备技术相比,该方法具有流程短、成本低、易于大规模生产等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,属于钛硅物料高效资源综合利用技术领域。
技术背景
太阳能作为一种可再生、无污染、永不枯竭的新型能源,太阳能光伏发电已经成为世界各国商业化开发和利用作为重要的发展方向。太阳能光电技术中的光电器件都是采用晶体硅纯度要求在99.9999% ( 6N )以上,目前国内外关于太阳能级硅生产成本较高,相对能耗大,工艺路线长,污染大。因此如何低成本更加经济环保的制备太阳能级多晶硅是光伏行业发展的重要基础。
目前,世界上太阳能级多晶硅生产工艺包括化学法和冶金法;化学法主要有西门子法、改良西门子法、硅烷热分解法和四氯化硅氢还原法等。化学法生产的多晶硅纯度达到了12N,远高于太阳能多晶硅纯度要求,后续需要惨杂才能满足太阳能多晶硅纯度要求,其工艺过于迂回繁琐,导致该方法其生产太阳能级多晶硅成本较高,相对能耗大,工艺路线长,污染大。更为关键的是化学法关键技术被国外掌握;国内目前生产多晶硅主要采用改良西门子法,但是改良西门子法“投资大、成本高、耗能高、核心技术不在国内”,限制了其在国内的发展。国内为应对光伏产业多晶硅原材料强大的需求,同时摆脱太阳能级硅对电子级硅材料的依赖,使得冶金法应运而生。冶金法主要采用定向凝固、造渣精炼、真空蒸馏精炼等熔炼工艺以工业硅为原料综合使用其中几道工艺,实现对冶金级硅提纯得到太能能级硅。与化学方法相比冶金法提纯工业硅具有生产成本低、环境友好等优势。
钛合金具有比强度高、耐腐蚀强等一系列优良特性,在现代工业及科学技术领域内日益成为引人瞩目的新材料。目前钛合金生产主要采用真空熔炼技术,主要分为两种方法:真空自耗电极和真空非自耗电极熔炼技术。真空自耗电极电弧熔炼技术是在真空或惰性气氛中,将自耗电极在电弧高温加热下迅速熔化,形成熔池并进行搅拌,一些易挥发杂质将加速扩散到熔池表面被去除,合金的化学成分经过搅拌可达到充分均匀。但是钛及钛合金具有高的化学活性,在熔炼时易于各种气体和耐火材料反应;同时得到的合金易出现宏观和微观偏析、化学成分均匀性差、组织缺陷;因此探寻一条制备高品质钛合金的工艺十分迫切。
本发明提出“一种钛硅合金物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法” 该技术以钛硅过共晶合金为原料,将真空精炼挥发除杂和电磁搅拌强化分离相结合处理钛硅物料,得到硅和钛硅合金两种产品。该技术的优势是将冶金法提纯硅和钛硅合金的分离过程相结合,实现硅分离与硅的提纯工艺一步完成;更重要的是采用该方法生产钛硅合金解决了传统钛合金熔炼技术中的真空自耗电弧熔炼电极制备、残料利用等问题,避免了电极引入高密度夹杂问题,使钛硅合金铸锭的质量得到提高,具有低能耗、经济技术指标较高等优势,所以该技术在制备高纯硅和钛硅合金方面具有深远的意义,同时也能够实现钛硅物料高附加值的利用。
发明内容
本发明提供一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法。本方法采用真空定向凝固方法制备高纯硅以及钛硅合金,能够一次同时的得到高纯硅和钛硅合金两种产品,同时该技术基于真空电磁感应定向凝固,外加磁场强化相的分离,在真空电磁感应定向凝固分离过程中同时集合了冶金法提纯硅的多个工序在分离过程中能够实现一步实现硅和钛硅合金分离与硅的提纯生产成本较低,经济效益大。本发明通过以下技术方案实现。
本发明涉及一种钛硅合金物料制备高纯硅和钛硅合金的方法。将不同硅含量的钛硅合金物料置于电磁搅拌定向凝固炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1400℃~1600℃的条件下进行电磁感应加热熔化。熔融的合金物料在该气压下保温0.5~6h进行真空挥发精炼;将真空挥发精炼后的熔融物料外加磁场定向凝固分离处理。控制外加磁场强度为:1~1000T,下拉温度为1400℃~1600℃,下拉速率为1μm/s~50μm/s,下拉时间5h,定向凝固过程中在优先析出的硅在电磁搅拌力和温度梯度的作用下沉积在坩埚底部,而钛硅合金相析出后在坩埚上部,从而实现了硅和钛硅合金的分离;将获得的产品沿分离界面切割,即可获得低硼、磷的高纯硅和低铁的钛硅合金产品。本方法获得的高纯硅的纯度大于99.995%,钛硅合金中钛含量20wt%~30wt%。该方法与传统的高纯硅和钛硅合金制备技术相比,该方法具有流程短、成本低、易于大规模生产等特点,同时可以实现钛硅合金的高附加值利用。
具体步骤经过如下:
一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)将钛硅物料破碎到粒度小于1厘米进行预处理过程;
(2)感应加热熔化:将石墨坩埚置于真空电磁感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1400℃~1600℃的条件下进行电磁感应加热至熔化。
(3)真空挥发精炼除杂:熔融的钛硅合金物料在温度为1400℃~1600℃的条件下保温0.5~6h,进行真空挥发精炼,去除易挥发性杂质;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体进行电磁搅拌定向凝固分离,外加磁场强度为1~1000T,控制定向凝固下拉温度为1400℃~1600℃,下拉速率为1μm/s~50μm/s,下拉时间5h,深色的硅由于熔点高于钛硅合金在定向凝固过程中优先析出,在电磁力搅拌和温度梯度的作用下沉积在石墨坩埚底部,钛硅合金则在坩埚上部;
(5)切割分离:将获得的产品切头去尾,并沿物相分离界面切割,分别获得低硼、磷的高纯硅和钛硅共晶合金。
所述步骤(1)中钛硅物料为高钛渣电解或还原制备出的钛硅合金、钛硅合金回收料或其它钛硅二次资源。
本发明的创新点在于:
1、本发明采用钛硅合金物料为原料,真空电磁感应定向凝固分离技术得到的硅相与传统方法相比,具有分离效率更高,硅回收率更高;同时该工艺流程短、反应时间大大缩短,降低成本,生产能力大大提高;
2、本发明采用钛硅合金物料为原料采用真空电磁感应定向凝固高效分硅相和钛硅合金的同时将真空挥发精炼除杂、电磁定向凝固精炼除杂工艺等多个冶金法提纯硅的技术相结合实现了硅的分离和硅精炼除杂提纯一步完成,省去大量的工艺步骤,从而减少后续硅提纯的工艺环节,具有短流程、低成本、低能耗等优势;
3、本发明采用钛硅合金物料为原料采用真空电磁感应定向凝固高效分硅相和钛硅合金的同时在电磁搅拌的作用下能够均匀钛硅合金相的成分减少钛合金熔炼偏析和成分不均匀等问题。
4、本发明一种钛硅合金高效分离及提纯的方法,所用原料包括但不限于:高钛渣电解或还原制备出的钛硅合金、钛硅合金回收料、其它钛硅二次资源等,实现二次资源综合利用。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:按照过共晶钛硅合金(包含以下组分,钛:23%,铁:288ppmw,磷:86ppmw,硼:22ppmw,余量为硅)总计100g;称量好的钛和硅破碎到20目左右,混合均匀后置于直径为Φ35mm,高为150mm的高纯石墨坩埚中。
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1400℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空挥发精炼除杂:炉内压力控制在10-3pa;温度为1400℃,熔融状态保温0.5h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场1T,定下凝固下拉温度为1400℃,下拉速率为1μm/s,下拉时间为5h;深色的硅由于熔点高于钛硅合金熔点因此优先析出,析出的硅在外加磁场作用和温度梯度的作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品切头去尾,并沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯:Wsi=99.995%,P、B的含量分别为7ppmw和2.6ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.0040wt%,钛的含量为:29.8wt%。
实施例2
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:称取过共晶钛硅合金100g(包括以下组分:钛:20wt%,铁:288 ppmw,磷:86ppmw,硼:22ppmw,余量为硅);破碎到30目左右,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1500℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空挥发精炼:炉内压力控制在10-3pa;温度为1500℃,熔融状态保温3h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场800T,定向凝固下拉温度为1500℃,下拉速率为30μm/s,下拉时间为5h;定向凝固的同时对高纯石墨坩埚外加磁场进行电磁搅拌强化分离;深色的硅由于熔点高于钛硅合金熔点因此优先析出,析出的硅在外加磁场作用和温度梯度的作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品切头去尾并沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯:Wsi=99.996%,P、B的含量分别为5.4ppmw和2.0ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.0016wt%,钛的含量为:23.4wt%。
实施例3
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:称取过共晶钛硅合金100g(包括以下组分,钛:15wt%,铁:288ppmw,磷:86ppmw,硼:22ppmw,余量为硅);称量好的钛和硅破碎到50目左右,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1600℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空蒸馏精炼除杂:电磁感应炉内抽真空至10-3pa;温度为1600℃,熔融状态保温6h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场1000T,在温度为1600℃条件下开始下拉,下拉速率为50μm/s,下拉时间5h。定向凝固同时对高纯石墨坩埚外加磁场进行电磁搅拌强化分离;使深色的硅在外加磁场作用和定向凝固作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯中:Wsi=99.999%,P、B的含量分别为6.2ppmw和2.4ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.0028wt%,钛的含量为:20.8wt%。
实施例4
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:将钛硅物料(高钛渣电解制备出的钛硅合金,包括以下组分:钛15wt%,铁288ppmw,磷:52ppmw,硼:20ppmw,余量为硅)破碎到粒度30目进,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1400℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空挥发精炼除杂:炉内压力控制在10-3pa;温度为1400℃,熔融状态保温0.5h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场1T,定下凝固下拉温度为1400℃,下拉速率为1μm/s,下拉时间为5h;深色的硅由于熔点高于钛硅合金熔点因此优先析出,析出的硅在外加磁场作用和温度梯度的作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品切头去尾并沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯:Wsi=99.9974%,P、B的含量分别为2.2ppmw和2.6ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.0014wt%,钛的含量为:24.4wt%。
实施例5
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:将钛硅物料(高钛渣电解制备出的钛硅合金,包括以下组分:钛15%,铁288ppmw,磷:52ppmw,硼:20ppmw,余量为硅)破碎到粒度20目进,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1500℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空挥发精炼:炉内压力控制在10-3pa;温度为1500℃,熔融状态保温3h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场800T,定向凝固下拉温度为1500℃,下拉速率为30μm/s,下拉时间为5h;定向凝固的同时对高纯石墨坩埚外加磁场进行电磁搅拌强化分离;深色的硅由于熔点高于钛硅合金熔点因此优先析出,析出的硅在外加磁场作用和温度梯度的作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品切头去尾并沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯:Wsi=99.9992%,P、B的含量分别为2.23ppmw和2.44ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.0009wt%,钛的含量为:25.62wt%。
实施例6
(1)预处理:将钛硅物料(高钛渣电解制备出的钛硅合金,包括以下组分:钛15%,铁288ppmw,磷:52ppmw,硼:20ppmw,余量为硅)破碎到粒度20目进,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1600℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空蒸馏精炼除杂:电磁感应炉内抽真空至10-3pa;温度为1600℃,熔融状态保温6h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场1000T,在温度为1600℃条件下开始下拉,下拉速率为50μm/s,下拉时间为5h。定向凝固同时对高纯石墨坩埚外加磁场进行电磁搅拌强化分离;使深色的硅在外加磁场作用和定向凝固作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯中:Wsi=99.9962%,P、B的含量分别为2.45ppmw和3.02ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.721wt%,铝的含量为10.82wt%,钛的含量为:23.86wt%。
实施例7
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:将钛硅物料(高钛渣铝热还原制备出的钛硅合金,包括以下组分:钛21.32%,铁6.26%,铝:17.92%,磷:32ppmw,硼:28ppmw,余量为硅)破碎到粒度30目进,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1400℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空挥发精炼除杂:炉内压力控制在10-3pa;温度为1400℃,熔融状态保温0.5h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场1T,定下凝固下拉温度为1400℃,下拉速率为1μm/s,下拉时间为5h;深色的硅由于熔点高于钛硅合金熔点因此优先析出,析出的硅在外加磁场作用和温度梯度的作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品切头去尾并沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯中:Wsi=99.9942%,P、B的含量分别为3.45ppmw和3.62ppmw;钛硅合金中铁含量为:0.887wt%,铝的含量为51.82wt%,钛的含量为:23.22wt%。
实施例8
如图1所示,该钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其具体步骤如下:
(1)预处理:将钛硅物料(高钛渣铝热还原制备出的钛硅合金,包括以下质量百分比组分:钛21.32%,铁6.26%,铝:17.92%,磷:32ppmw,硼:28ppmw,余量为硅)破碎到粒度20目进,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1500℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空挥发精炼:炉内压力控制在10-3pa;温度为1500℃,熔融状态保温3h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场800T,定向凝固下拉温度为1500℃,下拉速率为30μm/s,下拉时间为5h;定向凝固的同时对高纯石墨坩埚外加磁场进行电磁搅拌强化分离;深色的硅由于熔点高于钛硅合金熔点因此优先析出,析出的硅在外加磁场作用和温度梯度的作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品切头去尾并沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯中:Wsi=99.9936%,P、B的含量分别为3.68ppmw和3.92ppmw;钛硅合金中铁含量为:1.02wt%,铝的含量为49.565wt%,钛的含量为:21.336wt%。
实施例9
(1)预处理:将钛硅物料(高钛渣铝热还原制备出的钛硅合金,包括以下质量百分比组分:钛21.32%,铁6.26%,铝:17.92%,磷:32ppmw,硼:28ppmw,余量为硅)破碎到粒度20目进,混合均匀,装入直径为Φ35mm,高150mm的高纯石墨坩埚中,
(2)电磁感应加热熔化:将石墨坩埚放置在电磁定向凝固感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1600℃的条件下进行电磁感应加热熔化。
(3)真空蒸馏精炼除杂:电磁感应炉内抽真空至10-3pa;温度为1600℃,熔融状态保温6h,熔融的钛硅合金物料处于真空状态,将易挥发的杂质挥发,达到真空挥发精炼除杂;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体外加磁场强化定向凝固分离,外加磁场1000T,在温度为1600℃条件下开始下拉,下拉速率为50μm/s,下拉时间为5h。定向凝固同时对高纯石墨坩埚外加磁场进行电磁搅拌强化分离;使深色的硅在外加磁场作用和定向凝固作用下往坩埚底部沉积,同时亮白色的钛硅合金往坩埚上部迁移,最后再两种产品中间形成一条分界线。
(5)切割分离:将步骤(4)中获得的产品沿着硅和钛硅合金的分界线进行切割分离,最后得到高纯硅和钛硅合金。分离得到的高纯硅纯中:Wsi=99.9912%,P、B的含量分别为3.92ppmw和4.022ppmw;钛硅合金中铁含量为:1.32wt%,铝的含量为49.876wt%,钛的含量为:21.026wt%。
Claims (2)
1.一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)将钛硅物料破碎到粒度小于1厘米进行预处理过程;
(2)感应加热熔化:将石墨坩埚置于真空电磁感应炉内,控制炉内压力为10-3Pa,温度为1400℃~1600℃的条件下进行电磁感应加热至熔化;
(3)真空挥发精炼除杂:熔融的钛硅合金物料在温度为1400℃~1600℃的条件下保温0.5~6h,进行真空挥发精炼,去除易挥发性杂质;
(4)电磁定向凝固强化分离:将真空挥发精炼除杂后的钛硅合金熔体进行电磁搅拌定向凝固分离,外加磁场强度为1~1000T,控制定向凝固下拉温度为1400℃~1600℃,下拉速率为1μm/s~50μm/s,下拉时间5h;
(5)切割分离:将获得的产品切头去尾,并沿物相分离界面切割,分别获得低硼、磷的高纯硅和钛硅共晶合金。
2.根据权利要求1所述的钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法,其特征在于:所述步骤(1)中钛硅物料为高钛渣电解或还原制备出的钛硅合金、钛硅合金回收料或其它钛硅二次资源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710647051.7A CN107572532A (zh) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | 一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710647051.7A CN107572532A (zh) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | 一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107572532A true CN107572532A (zh) | 2018-01-12 |
Family
ID=61035872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710647051.7A Pending CN107572532A (zh) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | 一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107572532A (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109234808A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-18 | 昆明理工大学 | 一种同时制备TiSi2和钛硅合金的方法 |
CN109402420A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-01 | 昆明理工大学 | 一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法 |
CN109518007A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 北京科技大学 | 通过外加磁场诱导从钴冰铜熔体中提取钴铁合金的方法 |
CN111348653A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-30 | 昆明理工大学 | 一种利用含钛渣和低纯硅物料制备高纯硅、钛白和高纯氟化物的方法 |
CN111675222A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-09-18 | 昆明理工大学 | 一种利用低品位硅石生产工业硅的方法 |
CN112496333A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 大连理工大学 | 一种Si-Ti合金纳米粉体的制备方法及应用 |
CN112981123A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 昆明理工大学 | 一种利用低纯硅和含稀土氧化物物料回收稀土元素的方法 |
CN113013397A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 四川大学 | 利用硅废料和含钛渣制备钛硅合金负极材料的方法 |
CN113245347A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-13 | 武汉理工大学 | 硅酸盐固废的除杂方法及其应用 |
CN116282038A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-06-23 | 攀枝花学院 | 利用金刚石线硅片切割废料和酸溶性钛渣生产C54-TiSi2的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61252797A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-10 | Onkyo Corp | 音響機器用振動部材 |
CN102373351A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-03-14 | 昆明理工大学 | 电磁法制备高纯硅及铝硅合金的方法 |
-
2017
- 2017-08-01 CN CN201710647051.7A patent/CN107572532A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61252797A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-10 | Onkyo Corp | 音響機器用振動部材 |
CN102373351A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-03-14 | 昆明理工大学 | 电磁法制备高纯硅及铝硅合金的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
陈杭: "工业硅合金精炼过程中硅/合金熔剂的分离与提纯", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程I辑》 * |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109234808A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-18 | 昆明理工大学 | 一种同时制备TiSi2和钛硅合金的方法 |
CN109402420A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-01 | 昆明理工大学 | 一种利用含钛高炉渣制备钛硅和铝硅合金的方法 |
CN109518007A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 北京科技大学 | 通过外加磁场诱导从钴冰铜熔体中提取钴铁合金的方法 |
CN109518007B (zh) * | 2018-12-25 | 2020-11-06 | 北京科技大学 | 通过外加磁场诱导从钴冰铜熔体中提取钴铁合金的方法 |
CN113013397A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 四川大学 | 利用硅废料和含钛渣制备钛硅合金负极材料的方法 |
CN111348653A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-30 | 昆明理工大学 | 一种利用含钛渣和低纯硅物料制备高纯硅、钛白和高纯氟化物的方法 |
CN111675222A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-09-18 | 昆明理工大学 | 一种利用低品位硅石生产工业硅的方法 |
CN112496333A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 大连理工大学 | 一种Si-Ti合金纳米粉体的制备方法及应用 |
CN112981123A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 昆明理工大学 | 一种利用低纯硅和含稀土氧化物物料回收稀土元素的方法 |
CN113245347A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-13 | 武汉理工大学 | 硅酸盐固废的除杂方法及其应用 |
WO2022237705A1 (zh) * | 2021-05-10 | 2022-11-17 | 武汉理工大学 | 硅酸盐固废的除杂方法及其应用 |
JP7492794B2 (ja) | 2021-05-10 | 2024-05-30 | 武漢理工大学 | ケイ酸塩固形廃棄物の不純物除去方法及びその応用 |
CN116282038A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-06-23 | 攀枝花学院 | 利用金刚石线硅片切割废料和酸溶性钛渣生产C54-TiSi2的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107572532A (zh) | 一种钛硅物料直接制备高纯硅和钛硅合金的方法 | |
CN101255598A (zh) | 太阳能等级多晶硅的制备方法 | |
CN108251654B (zh) | 一种用于精炼废金属碎料的电渣重熔装置及方法 | |
CN102011015A (zh) | 一种粗铅精炼脱除砷、锑、铜的方法 | |
CN103774216A (zh) | 熔盐电解和定向凝固组合技术生产太阳能级多晶硅的方法 | |
CN107400741B (zh) | 一种熔融含钛高炉渣冶炼低硅钛铁工艺 | |
Yu et al. | Si purification by enrichment of primary Si in Al-Si melt | |
CN106809839A (zh) | 一种利用含钛高炉渣进行硅提纯及制备钛白的方法 | |
CN102583386A (zh) | 一种掺杂氯化物的渣系去除工业硅中硼磷杂质的方法 | |
CN101671024B (zh) | 一种采用电磁感应熔炼辅助高温等离子除硼提纯多晶硅的生产工艺及装置 | |
CN105274619B (zh) | 一种强化去除冶金级硅中硼的方法 | |
CN105112594A (zh) | 倾翻炉冶炼钒铁的方法 | |
CN107557860A (zh) | 一种钛硅物料制备太阳能级多晶硅的方法 | |
CN104085893B (zh) | 利用Al-Si合金熔体连铸硅提纯装置及方法 | |
CN109234808A (zh) | 一种同时制备TiSi2和钛硅合金的方法 | |
CN101575733A (zh) | 一种工业化生产太阳能级多晶硅的方法 | |
Hu et al. | Effects of pulling rate on metal impurity removal during Si refining in Ti-90 wt.% Si alloy directional solidification | |
CN104928486A (zh) | 一种分离硅及铝硅合金的方法 | |
CN102874816A (zh) | 一种电磁分离铝硅合金熔液制备多晶硅的方法与装置 | |
CN101775650B (zh) | 一种太阳能多晶硅铸锭的制备方法 | |
CN105886819B (zh) | 一种高品质含锆镁合金连续熔炼铸造方法 | |
CN101760779B (zh) | 一种采用液态滤网提纯多晶硅的方法 | |
CN108675306A (zh) | 一种高效回收硅渣中硅金属的方法 | |
CN101941698B (zh) | 电子束熔炼高效去除硅中杂质磷的方法及装置 | |
CN106834772A (zh) | 一种铝‑硅‑钽中间合金及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180112 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |