本發(fā)明專利技術公開了一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，包括以下步驟：1）將工業(yè)硅塊置于真空環(huán)境中加熱至其熔化，并保持該溫度40-80min以精煉硅塊；2）在上步的真空環(huán)境中導入含氧氣、水蒸氣的保護氣氛以使得保護氣氛中的氧氣、水蒸氣與硅塊中的雜質充分反應，保護氣氛的導入流量為50-100ml/min；此步中，工業(yè)硅塊依然處于熔化狀態(tài)；3）將上步得到的硅液驟冷，形成碎晶；4）將碎晶破碎、球磨，再用酸浸泡、水洗滌、干燥即可。本工藝流程簡單，能耗低，同時無需引入任何金屬氧化物造渣劑，避免了造渣劑帶來的二次污染；并可將工業(yè)硅純化至太陽能級多晶硅。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術的目的是提供一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝。
技術介紹
隨著世界能源日趨短缺及環(huán)保意識提高，對太陽能光伏轉換電池及其主要材料的需求日趨增加，作為生產太陽能光伏材料的高純多晶硅(太陽能級硅6N)的純化技術也引起世界關注。多晶硅成本占據太陽能電池成本的60%。近年來研究者們試圖用冶金法制備多晶硅。由于預期其具有能耗低(25-30 kWh/kg)、產出率高、建設周期短、投資門檻低(僅為改良西門子法的1/5-1/4)的特點，呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。目前冶金法提純多晶硅的專利有很多。如造渣酸洗相結合；專利 200810105851. 7多晶硅的冶金提純方法報道了利用Na2O+石英+石灰+SiO2作為造渣劑除硼和磷，結合稀酸浸出造渣劑并用強氧化性酸溶解過渡金屬化合物雜質，利用HF加絡合劑除硼雜質。該工藝涉及到多步酸處理，較繁瑣，且對磷的去除效果不明顯；真空熔煉法，如專利200610124525. I物理冶金法提煉太陽能級硅的方法報道了真空感應熔煉，伴有利用強氧化性氣體Cl2與雜質的反應，最后結合定向凝固結晶得到5N多晶硅，該工藝很難避免強氧化性氣體氯氣與硅的反應，容易造成硅的產率降低。也有專利報道了造渣或真空精煉與定向凝固結合的方法如專利200910098370. 2-太陽能級硅晶體的制備及提純方法報道了真空蒸法除雜和定向凝固制備硅晶體的工藝。此種工藝因某些雜質既沒有高的蒸汽壓也沒有相對小的分凝系數(shù)，所以總的除雜效果很難保證達到太陽能級。最近報道了 Si-Al合金作為金屬溶劑將硅中雜質溶入Si-Al合金的新冶金方法，專利200810121943公開了一種金屬硅的物理提純方法、專利201010040053. 8公開了一種鋁熔體提純金屬硅方法，包括如下步驟首先將金屬硅去油、洗凈得到洗凈后的金屬硅；再將鋁熔體倒入洗凈后的金屬硅中，讓洗凈后的金屬硅表面附著一層鋁熔體，冷卻凝固；將冷卻凝固的產物在惰性氣氛中加熱、保溫，冷卻至室溫后用鹽酸和氫氟酸混合溶液浸泡數(shù)小時，用去離子水清洗干凈，最終可得到4N-5N的硅。另外還有若干報道利用多種冶金精煉工藝的串聯(lián)，實現(xiàn)多晶硅的提純，如專利200810068852. 9公開了一種超純冶金硅的制備方法，報道了一種從原料的酸洗、造渣精煉、微真空下吹氣精煉、再次造渣，最后定向凝固的長線工藝。此種工藝雖然效果好，但工藝繁瑣，成本較高。鑒于此，探索一種工藝簡單、低能耗、低污染的提純多晶硅的工藝，無疑具有很好的發(fā)展前景。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝。本專利技術所采取的技術方案是 一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，包括以下步驟 I)將工業(yè)硅塊置于真空環(huán)境中加熱至其熔化，并保持該溫度40-80min以精煉硅塊；2)在上步的真空環(huán)境中導入含氧氣、水蒸氣的保護氣氛以使得保護氣氛中的氧氣、水蒸氣與硅塊中的雜質充分反應，保護氣氛的導入流量為50-100ml/min ;此步中，工業(yè)硅塊依然處于熔化狀態(tài)； 3)將上步得到的硅液驟冷，形成碎晶； 4)將碎晶破碎、球磨，再用酸浸泡、水洗滌、干燥即可。步驟I)中，真空環(huán)境的真空度為(O. 1-1) X10_2Pa。步驟2)中，充分反應的時間為2_4h。步驟2)中，所述的保護氣氛為氬氣、氮氣中的一種。步驟2)中，在所述的含氧氣、水蒸氣的保護氣氛中，氧氣的含量在O. 2_lvol%。 步驟2)中，在所述的含氧氣、水蒸氣的保護氣氛中，水蒸氣的含量在O. 2_lvol%。步驟3)中，驟冷速率為100_150°C /min。步驟4)中，所述的酸為l_4mol/L的硝酸或l_4mol/L的鹽酸。本專利技術的有益效果是本工藝流程簡單，能耗低，同時無需引入任何金屬氧化物造渣劑，避免了造渣劑帶來的二次污染；并可將工業(yè)硅純化至太陽能級多晶硅，純度高，雜質含量少。具體實施例方式一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，包括以下步驟 1)將工業(yè)硅塊置于真空度為(O.1-1) X10_2Pa的環(huán)境中加熱至1550-1650°c以使其熔化，并保持該溫度40-80min以精煉硅塊； 2)在上步的真空環(huán)境中導入氧氣含量為O.2-lvol%、水蒸氣含量為O. 2-lvol%的保護氣氛(氮氣或氬氣的一種)以使得保護氣氛中的氧氣、水蒸氣與硅塊中的雜質充分反應2_4h，保護氣氛的導入流量為50-100ml/min ;此步中，溫度保持在1550_1650°C，環(huán)境壓力為 1000-1500Pa ； 3)將上步的硅液以100-150°C/min的降溫速率驟冷，形成碎晶； 4)將碎晶破碎、球磨至100-300目，再用l-4mol/L的硝酸或l-4mol/L的鹽酸浸泡2_6h、水洗滌、干燥即可。下面結合具體實施例對本專利技術做進一步的說明 實施例I: 所處理的冶金硅標號為3303#，經檢測，各雜質含量分別為B (14 ppmw)、P (61ppmw)、As (7.5 ppmw)、Sb (9 ppmw)、Fe (2640 ppmw)、Al (1640 ppmw)、Ca (290 ppmw)、Ti (711 ppmw)、Cr (11. 75 ppmw) > Mn (271.5 ppmw)、Ni (254 ppmw)。冶金法提純工業(yè)硅的工藝，包括以下步驟 1)稱取IOOOg上述硅塊破碎成10-50mm小塊，用蒸餾水、乙醇或丙酮洗去表面油污，100°C真空干燥12 h后置于真空的電磁感應爐中，爐膛內壓力(O. 1-1) X10_2Pa，感應爐升溫至1550°C使硅完全熔化，在該溫度以及壓力下熔煉60 min ； 2)在上述真空環(huán)境中導入含有O.75vol%的H2O (g)和O. 75vol%的O2的工業(yè)氬氣，氬氣流量為60 mL/min，爐內壓力為1000 Pa，氬氣中的氧氣、水蒸氣與硅塊中的雜質充分反應，反應時間為4h ；3)將上步得到的硅液以100-150°C/min的降溫速率驟冷，形成碎晶； 4)將碎晶破碎、球磨至200目，再用2mol/L的硝酸酸浸泡6h，水洗，干燥即可。經過電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-AES)分析測得硅中各雜質含量如下B (O. 18 ppmw)、P O. I ppmw)、As O. 5 ppmw)、Sb O. 5 ppmw)、Fe (I. 2 ppmw)、Al (I. 0 ppmw) > Ca (0. 5 ppmw ) >Ti (I. 3 ppmw) > Cr (I. 2 ppmw)、Mn (I. 5 ppmw) >Ni (0. 4ppmw)o即得滿足太陽能級多晶硅要求的產品。實施例2 所處理的冶金娃標號為441#,經檢測,各雜質含量分別為B (71ppmw)、P (84ppmw)、As(11. 5 ppmw)、Sb (14 ppmw)、Fe (4333 ppmw)、Al (3853 ppmw)、Ca (601 ppmw)、Ti (375ppmw)、Cr (25 ppmw)> Mn (426 ppmw)、Ni (121 ppmw)。冶金法提純工業(yè)硅的工藝，包括以下步驟 1)稱取IOOOg上述硅塊破碎成10-50mm小塊，用蒸餾水、乙醇或丙酮洗去表面油污，100°C真空干燥12 h后置于真空的電磁感應爐中，爐本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，其特征在于：包括以下步驟：1）將工業(yè)硅塊置于真空環(huán)境中加熱至其熔化，并保持該溫度40？80min以精煉硅塊；2）在上步的真空環(huán)境中導入含氧氣、水蒸氣的保護氣氛以使得保護氣氛中的氧氣、水蒸氣與硅塊中的雜質充分反應，保護氣氛的導入流量為50？100ml/min；此步中，工業(yè)硅塊依然處于熔化狀態(tài)；3）將上步得到的硅液驟冷，形成碎晶；4）將碎晶破碎、球磨，再用酸浸泡、水洗滌、干燥即可。
【技術特征摘要】
1.一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，其特征在于包括以下步驟 1)將工業(yè)硅塊置于真空環(huán)境中加熱至其熔化，并保持該溫度40-80min以精煉硅塊； 2)在上步的真空環(huán)境中導入含氧氣、水蒸氣的保護氣氛以使得保護氣氛中的氧氣、水蒸氣與硅塊中的雜質充分反應，保護氣氛的導入流量為50-100ml/min ;此步中，工業(yè)硅塊依然處于熔化狀態(tài)； 3)將上步得到的硅液驟冷，形成碎晶； 4)將碎晶破碎、球磨，再用酸浸泡、水洗滌、干燥即可。2.根據權利要求I所述的一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，其特征在于步驟I)中，真空環(huán)境的真空度為(O. 1-1) X10_2Pa。3.根據權利要求I所述的一種冶金法提純工業(yè)硅的工藝，其特征在于步驟2)中，充分反應的時間為2-4h...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫艷輝，陳紅雨，王博，
申請(專利權)人：華南師范大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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