CN115784236A - 工业硅杂质去除装置及其去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业硅杂质去除装置及其去除方法，涉及工业硅技术领域。本发明包括硅杂质除杂炉，硅杂质除杂炉上侧开设有进料口，硅杂质除杂炉内装设有粉碎装置，粉碎装置下侧装设有融化装置，融化装置下侧装设有与融化装置相对应的冷却炉和废料储存箱，冷却炉内装设有冷却模具，冷却模具内开设有多个硅锭槽，多个硅锭槽内均装设有顶板。本发明通过设置融化装置和冷却炉，能够使用融化装置先将低于硅融化点的杂质进行去除，再将硅融化，使得高于硅融化点的杂质残留在融化装置内，然后再将液体硅冷却成为固体，从而实现对硅进行提纯，通过设置冷却模具，能够对硅进行定型，减少对空间资源的浪费，方便对提纯后的固体硅进行运输。
Description
技术领域
本发明属于工业硅技术领域，特别是涉及一种工业硅杂质去除装置及其去除方法。
背景技术
工业硅又称准金属硅，是二十六十年代中期出现的一个商品名称，金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98％左右，近年来，含硅量99.99％的也列在金属硅内，其余杂质为铁、铝、钙等；因此，需要对工业硅中杂质进行去除。
现有的对于太阳能级硅的纯度要求：一是杂质总含量，杂质总量应越少越好，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。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有Elkem工艺、ARTIST工艺、Carbothermicmeth工艺、HEM工艺、Kawasaki-Steel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。
如公开号为CN104495853B的申请专利，公开了一种工业硅精炼提纯方法，包括：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。
如公开号为CN101787563B的申请专利，公开了感应和电子束熔炼去除多晶硅中杂质磷和硼的方法及装置，包括：用电子束熔炼方式去除硅中的杂质磷获得低磷多晶硅的步骤，再用感应线圈对低磷多晶硅进行熔炼，通过蒸发的方式去除多晶硅中的杂质硼从而获得低磷低硼多晶硅的步骤。它应用电子束和感应加热的方式去除多晶硅中杂质磷和硼，产量大，实现连续熔炼，磷硼杂质去除效果良好，去除效率高，同时有效应用了感应线圈加热温度高的特点，方法简单易行，集成了除磷和除硼的双重效果，提纯效果稳定，适合大规模生产工业生产。
现有的提纯工业硅的方法大多都需要先将固体硅融化成为含硅溶液，然后再对硅溶液进行除杂，所以现有的提纯工业硅的方法大多又有一个对硅溶液冷却定型的步骤，现有的对溶液硅冷却定型大多都是通过水冷坩埚进行冷却，但是直接通过水冷坩埚进行冷却的硅形状不规则从而不容易运输，造成对空间资源的浪费，如果使用模具定型，固体工业硅可能和模具粘连在一起。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业硅杂质去除装置及其去除方法，解决了现有的对硅溶液的冷却容易导致较纯的固体硅形状不规则造成空间资源的浪费的技术问题。
为达上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种工业硅杂质去除装置，包括硅杂质除杂炉，硅杂质除杂炉上侧开设有进料口，硅杂质除杂炉内装设有粉碎装置，粉碎装置下侧装设有融化装置，融化装置下侧装设有与融化装置相对应的冷却炉和废料储存箱，冷却炉内装设有冷却模具；
冷却模具内开设有多个硅锭槽，多个硅锭槽内均装设有顶板、滑动配合有多个T形块，且T形块位于顶板的两侧，T形块下侧转动配合有与T形块相对应的转杆，T形块一侧装设有与转杆相对应的翘板，且冷却模具一侧装设有与T形块相对应的压板。
可选的，冷却模具内开设有凹槽，且转杆转动配合于凹槽内，转杆与T形块之间装设有第一连接杆，转杆与翘板之间装设有第二连接杆。
可选的，T形块与硅锭槽的槽壁之间和翘板与凹槽的槽壁之间均弹性配合有弹性杆。
可选的，多个T形块之间装设有连接块，且连接块的一端与压板固定。
可选的，粉碎装置包括转动配合于硅杂质除杂炉内的多个粉碎轮，粉碎轮下侧装设有导料板。
可选的，导料板为漏斗结构，且漏斗结构与融化装置相对应。
可选的，融化装置包括装设于硅杂质除杂炉内的熔化炉，熔化炉内装设有过滤板，熔化炉的外侧装设有保温层和加热器。
可选的，熔化炉下侧开设有第一出料口和第二出料口，且第一出料口与冷却炉相对应，第二出料口与废料储存箱相对应。
可选的，硅杂质除杂炉一侧装设有气泵和气体冷却器，且气泵的进气口位于硅杂质除杂炉内，气泵的出气口位于熔化炉内，硅杂质除杂炉内充满惰性气体，气体冷却器位于气泵的进气口处。
一种工业硅杂质去除方法，包括：
S1：对含杂质的固体硅进行粉碎；
S2：将含杂质的固体硅投放至熔化炉内，然后对融化炉进行加热；
S3：将熔化炉的加热温度设置为1300℃-1400℃之间，此时低于融化点低于硅融化点的杂质被融化，融化后的液体被过滤板过滤，从而流至废料储存箱内；
S4：将熔化炉的温度调高至1410℃，此时硅开始融化，融化点高于硅的融化点的温度的杂质还为固体，被过滤板过滤后，硅液体流至冷却炉内；
S5：纯度较高的液体硅流至冷却炉内，进一步流至冷却模具内，然后对温度较高的液体硅进行冷却定型，从而形成形状较为规则的高纯度硅锭。
本发明的实施例具有以下有益效果：
本发明的一个实施例通过在设置融化装置和冷却炉，能够使用融化装置先将低于硅融化点的杂质进行去除，再将硅融化，使得高于硅融化点的杂质残留在融化装置内，然后再将液体硅冷却成为固体，从而实现对硅进行提纯，通过设置冷却模具，能够对硅进行定型，减少对空间资源的浪费，方便对提纯后的固体硅进行运输，通过设置顶板和T形块，控制T形块移动能够将硅锭顶起来，方便对成型后的硅锭进行脱模，提高工作效率。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明硅杂质除杂炉的装配立体结构示意图；
图2为本发明硅杂质除杂炉的装配剖面结构示意图；
图3为本发明冷却模具的装配立体结构示意图；
图4为本发明冷却模具的装配剖面结构示意图；
图5为图4中A处的结构示意图；
图6为本发明T形块和连接块的装配剖面结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
硅杂质除杂炉1，进料口2，粉碎装置3，粉碎轮301，导料板302，融化装置4，熔化炉401，过滤板402，保温层403，加热器404，第一出料口405，第二出料口406，气泵5，气体冷却器6，废料储存箱7，电动开关门8，冷却炉9，冷却模具11，硅锭槽12，连通槽道13，压板14，顶板15，T形块16，转杆17，第一连接杆18，第二连接杆19，翘板20，凹槽21，弹性杆22，连接块23。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
请参阅图1-6所示，在本实施例中提供了一种工业硅杂质去除装置，包括：硅杂质除杂炉1，为了便于对硅杂质进行融化，在硅杂质除杂炉1上方开设一个进料口2，在硅杂质除杂炉1内安装粉碎装置3。
其中，粉碎装置3包括多个粉碎轮301，这样就可以将含杂质的固体硅粉碎成为便于融化的较小的颗粒，为了将较小硅投放至融化装置4内，可以在粉碎轮301下侧安装导料板302。
更进一步的，可以将导料板302设置成为漏斗结构，这样方便被粉碎成为颗粒的固体硅进入融化装置4内。
其中，融化装置4包括熔化炉401，这样就可以将颗粒硅投放至熔化炉401内，只要对熔化炉401进行加热，就可以对颗粒硅进行融化。
更进一步的，为了对熔化炉401进行加热，可以在熔化炉401的外侧加一层保温层403，然后在熔化炉401的一侧安装加热器404，这样只需要启动加热器404就可以对熔化炉401进行加热。
更进一步的，为了能够充分的除杂，可以先将熔化炉401的温度升至低于硅融化点的温度，及1410℃，此时低于硅融化点的杂质会被融化掉，然后进行过滤，然后将熔化炉401的温度提高至1410℃，此时硅将会被融化掉，高于硅融化点的杂质还继续保持固体形态，此时只需要收集液体硅溶液就可以得到纯度较高的硅。
为了达到以上技术效果，可以在熔化炉401内安装过滤板402，这样就可以将液体固体进行分离。
更进一步的，还需要在熔化炉401的下方安装废料储存箱7和冷却炉9，然后在熔化炉401下方开设第一出料口405和第二出料口406，将第二出料口406与废料储存箱7连通，然后在第一出料口405和第二出料口406内安装电动开关门8，这样在融化低于硅融化点的杂质的时候打开第二出料口406内的电动开关门8，即可将被融化掉的杂质收集到废料储存箱7内，在融化硅的时候打开第一出料口405内的电动开关门8，就可以将纯度较高的硅溶液收集到冷却炉9内，从而对纯度较高的硅溶液进行冷却定型。
更进一步的，为了方便定型，还可以在冷却炉9内安装冷却模具11，冷却模具11可以在硅溶液冷却定型的时候控制硅溶液按照固定的形状定型。
更进一步的，为了能够对硅溶液的定型，可以在冷却模具11内开设多个硅锭槽12，然后在多个硅锭槽12之间开设连通槽道13，从而可以控制硅溶液进入硅锭槽12内。
更进一步的，为了能够便于脱模，可以在多个硅锭槽12内均安装顶板15、和T形块16，将T形块16放置在顶板15的两侧，这样只需要控制T形块16向下移动，就会出现一个小的空隙，只需要通过空隙向上顶动T形块16，就可以控制固体硅脱模。
更进一步的，还可以在冷却模具11内开设凹槽21，然后在凹槽21内即T形块16下侧安装转杆17，然后在T形块16一侧安装翘板20，然后在T形块16与硅锭槽12的槽壁之间和翘板20与凹槽21的槽壁之间均安装弹性杆22，在转杆17与T形块16之间安装第一连接杆18，在转杆17与翘板20之间安装第二连接杆19，这样只需要向下压动T形块16，就可以带动翘板20插入硅锭与T形块16的缝隙内，然后带动翘板20向上转动，从而翘起硅锭。
更进一步的，为了能够控制T形块16向下移动，可以在且冷却模具11一侧安装压板14，然后在多个T形块16之间安装连接块23，将连接块23的一端与压板14连接，这样就能够通过按压压板14，从而带动所有的T形块16向下移动。
特别的，为了防止硅在融化的过程中发生化学反应，需要在硅杂质除杂炉1内充入惰性气体，惰性气体可以反复利用，因此，可以在硅杂质除杂炉1一侧安装气泵5和气体冷却器6，然后将气泵5的进气口放置在硅杂质除杂炉1内，将气泵5的出气口放置在熔化炉401内，然后将气体冷却器6与气泵5的进气口连接，这样就可以对抽出硅杂质除杂炉1的气体进行冷却，然后再冲入硅杂质除杂炉1内。
一种工业硅杂质去除方法，包括：
S1：对含杂质的固体硅进行粉碎；
S2：将含杂质的固体硅投放至熔化炉401内，然后对融化炉进行加热；
S3：将熔化炉的加热温度设置为1300℃-1400℃之间，此时低于融化点低于硅融化点的杂质被融化，融化后的液体被过滤板402过滤，从而流至废料储存箱7内；
S4：将熔化炉的温度调高至1410℃，此时硅开始融化，融化点高于硅的融化点的温度的杂质还为固体，被过滤板402过滤后，硅液体流至冷却炉9内；
S5：纯度较高的液体硅流至冷却炉9内，进一步流至冷却模具11内，然后对温度较高的液体硅进行冷却定型，从而形成形状较为规则的高纯度硅锭。
上述实施例可以相互结合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
Claims (10)
1.一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，包括：硅杂质除杂炉(1)，硅杂质除杂炉(1)上侧开设有进料口(2)，硅杂质除杂炉(1)内装设有粉碎装置(3)，粉碎装置(3)下侧装设有融化装置(4)，融化装置(4)下侧装设有与融化装置(4)相对应的冷却炉(9)和废料储存箱(7)，冷却炉(9)内装设有冷却模具(11)；
冷却模具(11)内开设有多个硅锭槽(12)，多个硅锭槽(12)内均装设有顶板(15)、滑动配合有多个T形块(16)，且T形块(16)位于顶板(15)的两侧，T形块(16)下侧转动配合有与T形块(16)相对应的转杆(17)，T形块(16)一侧装设有与转杆(17)相对应的翘板(20)，且冷却模具(11)一侧装设有与T形块(16)相对应的压板(14)；
转杆(17)与T形块(16)之间装设有第一连接杆(18)，转杆(17)与翘板(20)之间装设有第二连接杆(19)；
T形块(16)和翘板(20)的一端和冷却模具(11)之间均弹性配合有弹性杆(22)
硅杂质除杂炉(1)一侧装设有气泵(5)和与气泵(5)相对应的气体冷却器(6)。
2.如权利要求1所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，冷却模具(11)内开设有凹槽(21)，且转杆(17)转动配合于凹槽(21)内。
3.如权利要求2所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，弹性杆(22)位于T形块(16)与硅锭槽(12)的槽壁之间和翘板(20)与凹槽(21)的槽壁之间。
4.如权利要求1所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，多个T形块(16)之间装设有连接块(23)，且连接块(23)的一端与压板(14)固定。
5.如权利要求1所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，粉碎装置(3)包括转动配合于硅杂质除杂炉(1)内的多个粉碎轮(301)，粉碎轮(301)下侧装设有导料板(302)。
6.如权利要求5所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，导料板(302)为漏斗结构，且漏斗结构与融化装置(4)相对应。
7.如权利要求1所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，融化装置(4)包括装设于硅杂质除杂炉(1)内的熔化炉(401)，熔化炉(401)内装设有过滤板(402)，熔化炉(401)的外侧装设有保温层(403)和加热器(404)。
8.如权利要求7所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，熔化炉(401)下侧开设有第一出料口(405)和第二出料口(406)，且第一出料口(405)与冷却炉(9)相对应，第二出料口(406)与废料储存箱(7)相对应。
9.如权利要求7所述的一种工业硅杂质去除装置，其特征在于，气泵(5)的进气口位于硅杂质除杂炉(1)内，气泵(5)的出气口位于熔化炉(401)内，硅杂质除杂炉(1)内充满惰性气体，气体冷却器(6)位于气泵(5)的进气口处。
10.一种工业硅杂质去除方法，其特征在于，包括：
S1：对含杂质的固体硅进行粉碎；
S2：将含杂质的固体硅投放至熔化炉(401)内，然后对融化炉进行加热；
S3：将熔化炉的加热温度设置为1300℃-1400℃之间，此时低于融化点低于硅融化点的杂质被融化，融化后的液体被过滤板(402)过滤，从而流至废料储存箱(7)内；
S4：将熔化炉的温度调高至1410℃，此时硅开始融化，融化点高于硅的融化点的温度的杂质还为固体，被过滤板(402)过滤后，硅液体流至冷却炉(9)内；
S5：纯度较高的液体硅流至冷却炉(9)内，进一步流至冷却模具(11)内，然后对温度较高的液体硅进行冷却定型，从而形成形状较为规则的高纯度硅锭。
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| CN103122482A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-29 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 制备高纯度多晶硅的方法与装置 |
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