CN116514127A - 一种高温氯化法提纯工业硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温氯化法提纯工业硅的方法，具体包括以下步骤：（1）对工业硅进行破碎处理；（2）对破碎后的工业硅进行酸洗，所用酸为HF，HCl和HNO3混酸；（3）收集酸洗后的工业硅，并进一步破碎成硅粉；（4）对硅粉进行酸洗去除金属杂质，酸洗结束后烘干，其中：所用酸为HCl、H2SO4、柠檬酸中的一种或者几种；（5）步骤（4）酸洗后的硅粉与氯化物混合均匀后置入多晶炉中进行抽真空并加热升温，得到提纯够的工业硅，其中：氯化物为NaCl、ZnCl2、BaCl2、MgCl2中的一种或者多种；该方法能够制备高纯度、高质量的工业硅，并且成本低，易操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种提纯方法，具体涉及一种高温氯化法提纯工业硅的方法，属于工业硅提纯技术领域。
背景技术
工业硅又称准金属硅，是本世纪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Si量99.99%的也列在金属硅内）。因其用途不同而划分为多种规格，按照准金属硅中铁、铝、钙的含量，可把准金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。准金属硅的附加产品包括微硅粉，边皮硅，黑皮硅，金属硅渣等，其中微硅粉也称硅灰，它广泛应用于耐火材料和混凝土行业，工业硅中含有大量的金属杂质,如Fe，Al和Ca等，严重影响了产品的质量和后期的生产加工。
目前专利CN101293654A一种工业硅加压提纯的方法，其将工业硅进行破碎，然后投入到加压提纯反应器进行提纯，然后用酸洗浸泡进行提纯，但是其使用的酸不易分解会污染原料，且对设备要求高；
专利CN103183351B氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法，其用氯化的方法进行提纯，但是其采用的氯化物对环境影响较大，尤其是氯化氢对挥发对设备的腐蚀性特别强，同时这些氯化物的挥发有刺激性气味，对人体伤害较大；
为了克服现有的技术难题，提供了一种通过高温氯化的方法去除工业硅中的金属杂质，提升硅的品质和减低后期的生产加工成本成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高温氯化法提纯工业硅的方法，该方法能够制备高纯度、高质量的工业硅，并且成本低，易操作。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种高温氯化法提纯工业硅的方法，具体包括以下步骤：
（1）对工业硅进行破碎处理；
（2）对破碎后的工业硅进行酸洗，所用酸为HF，HCl和HNO3混酸；
（3）收集酸洗后的工业硅，并进一步破碎成硅粉；
（4）对硅粉进行酸洗去除金属杂质，酸洗结束后烘干，其中：
所用酸为HCl、H2SO4、柠檬酸中的一种或者几种；
（5）步骤（4）酸洗后的硅粉与氯化物混合均匀后置入多晶炉中进行抽真空并加热升温，得到提纯够的工业硅，其中：
氯化物的添加量为硅粉的1%-50%；
氯化物为NaCl、ZnCl2、BaCl2、MgCl2中的一种或者多种。
本发明进一步限定的技术方案为：
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（1）中对工业硅进行破碎，破碎后尺寸不大于10cm。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（2）中酸洗时按质量百分比计HF：HCl：HNO3=0~30%：0~50%：0~50%。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（2）中酸洗时间为0.5-5h。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（3）对工业硅破碎成硅粉时，硅粉的粒度为0.5mm-2mm。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（4）中酸洗时间为2-8h，烘干温度为120℃。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（4）中酸的质量分数为1%-30%。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（4）酸洗时所用酸按质量百分比计，HCl：H2SO4：柠檬酸=0~50%：0~30%：1~100%；。
技术效果，柠檬酸属于有机酸，在高温下分解，不会污染原料，但是其他的酸如果处理不完全则会污染原料，同时对设备的要求也比较高，且其他的酸的后期处理也比较难，尤其是氯离子的处理。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，步骤（5）中置入多晶炉中抽真空真空度不高于0.1Mpa，加热升温时温度控制在1420-1750℃。
前述高温氯化法提纯工业硅的方法中，对步骤（5）处理后得到的工业硅进行纯度检测，硅纯度检测≥5N (99.999%)。
本发明的有益效果是：
本发明多次酸洗，在步骤2进行酸洗主要作用是去除在工业硅冶炼过程中产生的SiO2，并初步酸洗去除工业硅中杂质。
本发明氯化时采用NaCl，ZnCl2，BaCl2，MgCl2中的一种或多种，这一步的主要作用是直接除Fe，工业上除Fe的方法一般是定向凝固，工艺复杂耗能多，本发明采用氯化的方法搭配氯化物直接除Fe，工艺简单耗能少，且本专利添加的氯化物在硅中的溶解度不大，且对多晶硅片的少子寿命影响较小，同时在后期的定向凝固过程中能够有效的被去除。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种高温氯化法提纯工业硅的方法，具体包括以下步骤：
（1）对工业硅进行破碎处理，破碎后尺寸不大于10cm；
（2）对破碎后的工业硅进行酸洗，酸洗时间为1h，所用酸为HF，HCl和HNO3混酸，酸洗时按质量比计HF：HCl：HNO3=5%：45%：50%；
（3）收集酸洗后的工业硅，并进一步破碎成硅粉，硅粉的粒度为0.5mm；
（4）对硅粉进行酸洗去除金属杂质，酸洗时间为8h，酸洗结束后烘干，烘干温度为120℃，其中：
所用酸为柠檬酸；酸的质量分数为30%；
（5）步骤（4）酸洗后的硅粉与氯化物混合均匀后置入多晶炉中进行抽真空并加热升温，温度控制在1500℃，真空度不高于0.1Mpa，得到提纯够的工业硅，其中：
氯化物为NaCl、ZnCl2，质量比为80%：20%，氯化物的添加量为硅粉的20%；
在本实施例中，对步骤（5）处理后得到的工业硅进行纯度检测，硅纯度检测≥5N(99.999%)。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
实施例2
本实施例提供一种高温氯化法提纯工业硅的方法，具体包括以下步骤：
（1）对工业硅进行破碎处理，破碎后尺寸不大于10cm；
（2）对破碎后的工业硅进行酸洗，酸洗时间为1h，所用酸为HF，HCl和HNO3混酸，酸洗时按质量比计HF：HCl：HNO3=15%：35%：50%；
（3）收集酸洗后的工业硅，并进一步破碎成硅粉，硅粉的粒度为2mm；
（4）对硅粉进行酸洗去除金属杂质，酸洗时间为5h，酸洗结束后烘干，烘干温度为120℃，其中：
所用酸为柠檬酸和HCl；混酸占溶液质量比为20%，柠檬酸和HCl的质量分数为15%：85%；
（5）步骤（4）酸洗后的硅粉与氯化物混合均匀后置入多晶炉中进行抽真空并加热升温，温度控制在1600℃，真空度不高于0.1Mpa，得到提纯够的工业硅，其中：
氯化物为NaCl，NaCl添加量为硅粉的15%；
在本实施例中，对步骤（5）处理后得到的工业硅进行纯度检测，硅纯度检测≥5N(99.999%)。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）对工业硅进行破碎处理；
（2）对破碎后的工业硅进行酸洗，所用酸为HF，HCl和HNO3混酸；
（3）收集酸洗后的工业硅，并进一步破碎成硅粉；
（4）对硅粉进行酸洗去除金属杂质，酸洗结束后烘干，其中：
所用酸为HCl、H2SO4、柠檬酸中的一种或者几种；
（5）步骤（4）酸洗后的硅粉与氯化物混合均匀后置入多晶炉中进行抽真空并加热升温，得到提纯够的工业硅，其中：
所述氯化物的添加量为硅粉的1%-50%；
所述氯化物为NaCl、ZnCl2、BaCl2、MgCl2中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（1）中对工业硅进行破碎，破碎后尺寸不大于10cm。
3.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（2）中酸洗时按质量百分比计HF：HCl：HNO3=1~30%：0~50%：0~50%。
4.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（2）中酸洗时间为0.5-5h。
5.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（3）对工业硅破碎成硅粉时，硅粉的粒度为0.5mm-2mm。
6.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（4）中酸洗时间为2-8h，烘干温度为120℃。
7.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（4）中酸的质量分数为1%-30%。
8.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（4）酸洗时所用酸按质量百分比计，HCl：H2SO4：柠檬酸=0~50%：0~30%：1~100%。
9.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：所述步骤（5）中置入多晶炉中抽真空真空度不高于0.1Mpa，加热升温时温度控制在1420-1750℃。
10.根据权利要求1所述的高温氯化法提纯工业硅的方法，其特征在于：对步骤（5）处理后得到的工业硅进行纯度检测，硅纯度检测≥5N (99.999%)。
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