CN108847401A - 一种原生多晶硅料的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原生多晶硅料的清洗方法，属于多晶硅生产技术领域，特别涉及一种原生多晶硅料的清洗方法。本发明采用化学氧化反应的方式来将多晶硅碳头料中的石墨杂质清除。本方法了传统的机械加工来去除多晶碳头料上的石墨杂质的方法，采用化学清洗的方法。符合太阳能硅业的清洁要求，且对多晶碳头料本身的损耗很少，增加了原料的可利用率，且经过清洗后废酸及冲洗液经排放处理后不会对环境造成污染。

Description

一种原生多晶硅料的清洗方法
技术领域
本发明属于多晶硅技术领域，尤其是一种原生多晶硅料的清洗方法。
背景技术
随着多晶硅价格行情的走低以及节能环保的要求，多晶硅还原生产过程中的碳头料和石墨废料的处理已成为或逐渐成为人们的热点和关注的焦点。现有的碳头料的处理多采用传统的多次酸洗或加碱洗的多次酸洗方法在常温下除去碳，采取化学处理碳头料也存在操作过程危险、大量酸碱因无法再次回收利用只能中和后排放而造成环境污染等缺点，因此安全、环保、经济的多晶硅和石墨的分离方法及生产工艺是碳头料处理研究的方向。石墨废料的处理方式鲜有文献报道，如何实现硅碳的有效、节能、环保的分离是当前研究者应该关注的重点，并且尽可能地提高分离出的石墨与硅的纯度，可以提高产品的利用价值与拓宽产品的应用范围。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种原生多晶硅料的清洗方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种原生多晶硅料的清洗方法，包括如下步骤：
(1)在冰水浴中装配好反应槽1，反应槽1中配置重量比为4:1:1:1的氢氟酸、硝酸、硫酸、氯化锰、双氧水的混合溶液，搅拌下加入原生多晶硅料和1~2份硝酸钠的固体混合物，再分次加入6~10 份高锰酸钾、1~2份五氧化二磷，搅拌2min，酸液循环，浸泡10min，冷却30min，后送入反应槽2；(2)在纯水介质下25℃经旋转、溢流、鼓泡、快排，清洗2min后送入反应槽3；(3)在反应槽3，氢氟酸介质下，25℃搅拌清洗2~5min后，送入反应槽4；(4)纯水漂洗，旋转、溢流、鼓泡、快排，清洗1~2min，过滤送入反应槽5；(5)经反应槽5，过渡运输，纯水溢流漂洗硅料，水下横移，1~2min浸泡，溢流后送入反应槽6；(6)硅料超声波清洗，旋转、溢流、90℃超声波2min~3min，超声波：功率1800W，频率40KHz，硅料送至反应槽7；(7)90℃纯水漂洗，旋转、溢流、鼓泡、加热清洗40~60s 后送入反应槽8；(8)在氮气氛围下水切后送入反应槽9；(9)在氮气氛围下，旋转、真空烘干处理10min~15min，重复三次，干燥充分，冷却至室温，即得。
进一步的，步骤(1)所述的硫酸为浓度为97~98%的电子级硫酸，所述的氯化锰的浓度为20~25%、所述的双氧水的浓度为23~25%。
进一步的，步骤(1)所述的硝酸是浓度为70~75%的电子级硝酸，所述的氢氟酸浓度为51~55%。
进一步的，步骤(1)所述的反应槽1，在10~40℃温控可调，副槽装有热交换器，用于稳定酸液温度；主槽符合冰水浴控制范围。
本发明的有益效果：
在多晶硅生长过程中，由于设备结构及工艺要求，不可避免会产生一部分碳头料。由于硅料与石墨夹头表面结合紧密，且由于Si和C为同族元素，具有很多相似的物理、化学性质，进而造成硅料与石墨较难分离。若采用人工破碎的方法去除石墨，则会造成硅料大量损耗。另外碳头料含有石墨，碳含量及表金属杂质含量超过标准要求，因此无法直接使用。本发明可有效去除或减少硅料表面沾污，包括杂质、颗粒、有机物污染，将边皮料、锅底料等循环用；在保证员工安全、设备安全、环境安全的同时，确保硅料对生产过程影响最小；提高拉晶、铸锭成品率，降低生产综合成本。
本发明相比现有技术具有以下优点：
增加清洗前表面处理过程以保证来料的稳定性。循环料清洗应关注表面杂质的去除效果，混酸清洗工艺适合处理多晶硅碳头料，熔体流动的控制可进一步降低晶体杂质含量，改善其分布。清洗碳头料的原理是将碳头部分溶解,再通过牺牲一部分硅料达到去除硅-石墨界面的效果。将碳头及硅料有效、完整的分离,使分离后的硅料能够用于铸锭或拉制单晶,分离后的碳头部分能够回收利用,对多晶硅企业降低生产成本、更加良好的发展也具有深远的意义。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种原生多晶硅料的清洗方法，包括如下步骤：
(1)在冰水浴中装配好反应槽1，反应槽1中配置重量比为4:1:1:1的氢氟酸、硝酸、硫酸、氯化锰、双氧水的混合溶液，搅拌下加入原生多晶硅料和2份硝酸钠的固体混合物，再分次加入10 份高锰酸钾、2份五氧化二磷，搅拌2min，酸液循环，浸泡10min，冷却30min，后送入反应槽2；(2)在纯水介质下25℃经旋转、溢流、鼓泡、快排，清洗2min后送入反应槽3；(3)在反应槽3，氢氟酸介质下，25℃搅拌清洗2~5min后，送入反应槽4；(4)纯水漂洗，旋转、溢流、鼓泡、快排，清洗1~2min，过滤送入反应槽5；(5)经反应槽5，过渡运输，纯水溢流漂洗硅料，水下横移，1~2min浸泡，溢流后送入反应槽6；(6)硅料超声波清洗，旋转、溢流、90℃超声波2min~3min，超声波功率为1800W，频率40KHz，硅料送至反应槽7；(7)90℃纯水漂洗，旋转、溢流、鼓泡、加热清洗60s 后送入反应槽8；(8)在氮气氛围下水切后送入反应槽9；(9)在氮气氛围下，旋转、真空烘干处理10min~15min，重复三次，干燥充分，冷却至室温，即得。
进一步的，步骤(1)所述的硫酸为浓度为98%的电子级硫酸，所述的氯化锰的浓度为25%、所述的双氧水的浓度为25%。
进一步的，步骤(1)所述的硝酸是浓度为75%的电子级硝酸，所述的氢氟酸浓度为51~55%。
进一步的，步骤(1)所述的反应槽1，在-10~40℃温控可调，副槽装有热交换器，用于稳定酸液温度；主槽符合冰水浴控制范围。
本发明能够将原生多晶硅料的上的石墨杂质去除，完全符合太阳能硅业的清洁要求。
以上为本发明较佳的实现方式，需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种原生多晶硅料的清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在冰水浴中装配好反应槽1，反应槽1中配置重量比为4:1:1:1的氢氟酸、硝酸、硫酸、氯化锰、双氧水的混合溶液，搅拌下加入原生多晶硅料和1~2份硝酸钠的固体混合物，再分次加入6~10 份高锰酸钾、1~2份五氧化二磷，搅拌2min，酸液循环，浸泡10min，冷却30min，后送入反应槽2；(2)在纯水介质下25℃经旋转、溢流、鼓泡、快排，清洗2min后送入反应槽3；(3)在反应槽3，氢氟酸介质下，25℃搅拌清洗2~5min后，送入反应槽4；(4)纯水漂洗，旋转、溢流、鼓泡、快排，清洗1~2min，过滤送入反应槽5；(5)经反应槽5，过渡运输，纯水溢流漂洗硅料，水下横移，1~2min浸泡，溢流后送入反应槽6；(6)硅料超声波清洗，旋转、溢流、90℃超声波2min~3min，超声波：功率1800W，频率40KHz，硅料送至反应槽7；(7)90℃纯水漂洗，旋转、溢流、鼓泡、加热清洗40~60s 后送入反应槽8；(8)在氮气氛围下水切后送入反应槽9；(9)在氮气氛围下，旋转、真空烘干处理10min~15min，重复三次，干燥充分，冷却至室温，即得。
2.根据杈利要求1所述的一种原生多晶硅料的清洗方法，其特征在于，步骤(1)所述的硫酸为浓度为97~98%的电子级硫酸，所述的氯化锰的浓度为20~25%、所述的双氧水的浓度为23~25%。
3.根据权利要求1所述的一种原生多晶硅料的清洗方法，其特征在于步骤(1)中所述的硝酸是浓度为70~75%的电子级硝酸，所述的氢氟酸浓度为51~55%。
4.根据权利要求1所述的一种原生多晶硅料的清洗方法，其特征在于，步骤(1)所述的反应槽1，在10~40℃温控可调，副槽装有热交换器，用于稳定酸液温度；主槽符合冰水浴控制范围。
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