CN109231216A - 工业硅炉外提纯精炼工艺 - Google Patents

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    • C01B33/037—Purification

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Abstract

本发明公开了工业硅炉外提纯精炼工艺，包括以下步骤：先将工业硅和造渣剂进行粉碎后混合均匀；将混合粉末置于坩埚中进行升温加热至1500～1650℃，并保持0.5～1.5h；在1480～1650℃温度条件下通入精炼气体进行精炼1～5h；冷却至室温，进行渣硅分离获得精炼硅；造渣剂的组分按质量百分比计为：CaCO3为8～23％，BaO为42～60％，氧化剂为26～35％，其中氧化剂采用BeO、NaO和SiO2的混合物。本发明通过优化各组分及配比提供复合造渣剂、以及基于上述复合造渣剂的造渣精炼提纯工艺，除杂效果显著，可以将工业硅中的硼、铝、钙等杂质显著降低，且有效避免引入新的杂质，获得纯度较高的高品质的工业硅；且对于低含量的硼杂质去除效率较高；操作工艺简单，成本较低。

Description

工业硅炉外提纯精炼工艺
技术领域
本发明涉及工业硅提纯技术领域，具体涉及一种工业硅炉外提纯精炼工艺。
背景技术
多晶硅按纯度可以分为冶金级(95～99.8％)、太阳能级(一般认为99.99～99.9999％)和电子级(一般认为高于99.9999％)。目前制备多晶硅的方法主要有化学法和冶金法。化学法以改良西门子法为代表，其通过三氯氢硅氢还原得到电子级多晶硅，其纯度远高于太阳能级多晶硅，并需要在制作电池的过程中通过掺杂的方法调整电子率。但随着光伏产业的快速发展，对太阳能级多晶硅的需求急剧增大，由于西门子法等化学法生产太阳能多晶硅工艺存在能耗高、成本高和污染严重等问题，冶金法制备多晶硅技术成为关注的焦点，其主要利用金属硅和杂质的物料性质差异来分离提纯硅，具有能耗低、污染小等特点，因此，在制备太阳能级多晶硅的过程中具有更大的优势。
其中，造渣精炼是一种相对耗时少，能耗低的冶金级硅提纯技术，对新能源时代太阳能的发展具有重要影响。日本东京大学的L.A.V.Teixeira等人在论文“Behavior andState of Boron in CaO-SiO2 Slags during Refining of Solar Grade Silicon”(ISIJInt.2009,49:777-782)中提出，CaO-SiO2二元渣混合冶金级硅放，在1823K下通氩气保护的感应炉中氧化精炼，得杂质硼元素的分配系数(LB)最大为和5.5，精炼后硅中最低硼含量为1.9ppmw。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有技术中采用造渣精炼提纯工业硅过程中，精炼后对硼杂质的除去效率较低，本发明提供了解决上述问题的工业硅炉外提纯精炼工艺。
本发明通过下述技术方案实现：
工业硅炉外提纯精炼工艺，所述提纯精炼工艺包括以下步骤：
步骤A，先将工业硅和造渣剂进行粉碎后混合均匀；
步骤B，将混合粉末置于坩埚中进行升温加热至1500～1650℃，并保持0.5～1.5h；
步骤C，在1480～1650℃温度条件下通入精炼气体进行精炼1～5h；冷却至室温，进行渣硅分离获得精炼硅；
所述造渣剂的组分按质量百分比计为：CaCO3为8～23％，BaO为42～60％，氧化剂为26～35％，其中氧化剂采用BeO、NaO和SiO2的混合物。
优选地，所述步骤A中，粉碎后工业硅和造渣剂的粒径均为80～120目。
优选地，所述步骤B中，先以升温速率为200℃/min升温至1430℃；然后以10℃/min升温至1500～1650℃。
优选地，所述步骤C中，通入的精炼气体为空气和氩气的混合物，且空气和氩气的配比为10:1。
优选地，所述步骤C中，通入精炼气的流量为30～35L/min，坩埚内液态工业硅上方气压为0.8～1.2MPa。
优选地，所述BeO、NaO和SiO2的混合物的配比依次为：2.5:1:6。
优选地，所述造渣剂的组分按质量百分比计为：CaCO3为19％，BaO为51％，氧化剂为30％。
优选地，所述步骤A中，造渣剂与工业硅按1:9～1:4配比混合。
优选地，所述工业硅中杂质硼的含量为1～1000ppmw。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明通过优化各组分及配比提供复合造渣剂、以及基于上述复合造渣剂的造渣精炼提纯工艺，除杂效果显著，可以将工业硅中的硼、铝、钙等杂质显著降低，且有效避免引入新的杂质，获得纯度较高的高品质的工业硅；且对于低含量的硼杂质去除效率较高；操作工艺简单，对设备要求低，成本较低，能耗低，污染小，对环境友好。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种工业硅炉外提纯精炼工艺，所述提纯精炼工艺具体步骤为：
步骤A，先将工业硅和造渣剂进行粉碎后混合均匀，粉碎后工业硅和造渣剂的粒径均为80～120目；造渣剂与工业硅按1:9～1:4配比混合；
步骤B，将混合粉末置于坩埚中，先以升温速率为200℃/min升温至1430℃；然后以10℃/min升温至1500～1650℃，并保持0.5～1.5h；
步骤C，在1480～1650℃温度条件下通入精炼气体进行精炼1～5h，通入的精炼气体为空气和氩气的混合物，且空气和氩气的配比为10:1；通入精炼气的流量为30～35L/min，坩埚内液态工业硅上方气压为0.8～1.2MPa；冷却至室温，进行渣硅分离获得精炼硅；
所述造渣剂的组分配比为：：CaCO3为6.9g，BaO为12.6g，氧化剂为10.5g，其中氧化剂采用BeO、NaO和SiO2的混合物，且BeO、NaO和SiO2的混合物的配比依次为：2.5:1:6。
实施例2
本实施例提供了一种工业硅炉外提纯精炼工艺，所述提纯精炼工艺具体步骤为：
步骤A，先将工业硅和造渣剂进行粉碎后混合均匀，粉碎后工业硅和造渣剂的粒径均为80～120目；造渣剂与工业硅按1:9～1:4配比混合；
步骤B，将混合粉末置于坩埚中，先以升温速率为200℃/min升温至1430℃；然后以10℃/min升温至1500～1650℃，并保持0.5～1.5h；
步骤C，在1480～1650℃温度条件下通入精炼气体进行精炼1～5h，通入的精炼气体为空气和氩气的混合物，且空气和氩气的配比为10:1；通入精炼气的流量为30～35L/min，坩埚内液态工业硅上方气压为0.8～1.2MPa；冷却至室温，进行渣硅分离获得精炼硅；
所述造渣剂的组分配比为：CaCO3为2.4g，BaO为18g，氧化剂为9.6g，其中氧化剂采用BeO、NaO和SiO2的混合物，且BeO、NaO和SiO2的混合物的配比依次为：2.5:1:6。
实施例3
本实施例提供了一种工业硅炉外提纯精炼工艺，所述提纯精炼工艺具体步骤为：
步骤A，先将工业硅和造渣剂进行粉碎后混合均匀，粉碎后工业硅和造渣剂的粒径均为80～120目；造渣剂与工业硅按1:9～1:4配比混合；
步骤B，将混合粉末置于坩埚中，先以升温速率为200℃/min升温至1430℃；然后以10℃/min升温至1500～1650℃，并保持0.5～1.5h；
步骤C，在1480～1650℃温度条件下通入精炼气体进行精炼1～5h，通入的精炼气体为空气和氩气的混合物，且空气和氩气的配比为10:1；通入精炼气的流量为30～35L/min，坩埚内液态工业硅上方气压为0.8～1.2MPa；冷却至室温，进行渣硅分离获得精炼硅；
所述造渣剂的组配比为：CaCO3为5.7g，BaO为17.1g，氧化剂为9.0g，其中氧化剂采用BeO、NaO和SiO2的混合物，且BeO、NaO和SiO2的混合物的配比依次为：2.5:1:6。
性能测试：如表1所示。
表1实施例1～3提纯工业硅测试结果
试例 B含量(前) B含量(后) B的去除率 Al含量 Ca含量 硅含量
实施例1 1ppmw 0.011ppmw 98.9％ <0.002％ <0.001％ 99.99
实施例2 600ppmw 4.8ppmw 99.2％ <0.002％ <0.001％ 99.96
实施例3 1000ppmw 17ppmw 98.3％ <0.002％ <0.001％ 99.92
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述提纯精炼工艺包括以下步骤：
步骤A，先将工业硅和造渣剂进行粉碎后混合均匀；
步骤B，将混合粉末置于坩埚中进行升温加热至1500～1650℃，并保持0.5～1.5h；
步骤C，在1480～1650℃温度条件下通入精炼气体进行精炼1～5h；冷却至室温，进行渣硅分离获得精炼硅；
所述造渣剂的组分按质量百分比计为：CaCO3为8～23％，BaO为42～60％，氧化剂为26～35％，其中氧化剂采用BeO、NaO和SiO2的混合物。
2.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述步骤A中，粉碎后工业硅和造渣剂的粒径均为80～120目。
3.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述步骤B中，先以升温速率为200℃/min升温至1430℃；然后以10℃/min升温至1500～1650℃。
4.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述步骤C中，通入的精炼气体为空气和氩气的混合物，且空气和氩气的配比为10:1。
5.根据权利要求4所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述步骤C中，通入精炼气的流量为30～35L/min，坩埚内液态工业硅上方气压为0.8～1.2MPa。
6.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述BeO、NaO和SiO2的混合物的配比依次为：2.5:1:6。
7.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述造渣剂的组分按质量百分比计为：CaCO3为19％，BaO为51％，氧化剂为30％。
8.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述步骤A中，造渣剂与工业硅按1:9～1:4配比混合。
9.根据权利要求1所述的工业硅炉外提纯精炼工艺，其特征在于，所述工业硅中杂质硼的含量为1～1000ppmw。
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