本發(fā)明專利技術公開一種濕氧爐外精煉提純工業(yè)硅熔體的方法，將硅熔體傾倒入工業(yè)硅感應抬包中，利用感應方式對硅熔體進行加熱與保溫；將濕氧混合氣體吹入工業(yè)硅熔體中進行精煉，將精煉后的硅熔體倒入結晶器中并扒除表面的氧化物和廢渣，凝固后即可得到高純的工業(yè)硅產品，本發(fā)明專利技術所述方法可使工業(yè)硅純度達到99.9%以上，純度高于工業(yè)硅1101牌號的標準，金屬雜質Fe、Al和Ca分別低于0.08%、0.03%和0.005%，本方法對非金屬雜質B、P的去除尤其有效，可使B、P含量降低至0.005%和0.01%以下。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于工業(yè)硅
。
技術介紹
工業(yè)硅中雜質元素主要有Fe、Al、Ca、B、P等，其純度一般為98.5%以上，按照金屬硅中鐵、鋁、鈣的含量，通常把工業(yè)硅分為553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同品質的牌號，中國是工業(yè)硅生產大國，但不是生產強國，工業(yè)硅生產企業(yè)存在規(guī)模小、布局分散、技術裝備落后、產品質量較差等問題，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2012年12月底，中國工業(yè)硅已建產能為360萬噸，另外還有60萬噸的在建產能，預計到2013年，中國工業(yè)硅產能將在400萬噸左右。近幾年來，隨著光伏產業(yè)的迅速發(fā)展，冶金法低成本制備太陽能級多晶硅受到越來越多的重視，對工業(yè)硅產品質量的要求也越來越苛刻，現(xiàn)有的工業(yè)硅生產技術和氧氣爐外精煉已經不能滿足市場要求。為了進一步降低多晶硅的生產成本，低成本制備太陽能級多晶硅新工藝逐步向上游延伸，工業(yè)硅的爐外精煉已經成為冶金法低成本制備太陽能級多晶硅新工藝的不可缺少的工序之一。采用傳統(tǒng)的氧氣爐外精煉難以控制工業(yè)硅中非金屬雜質B、P，品質高、牌號低的工業(yè)硅產品仍然是工業(yè)硅領域術瓶頸。陳永良等人(專利號97108101)通過向工業(yè)硅熔體中吹入氧氣同時添加一定量的SiO2粉末進行精煉，可使工業(yè)硅中Fe、Al`、Ca含量分別降低至0.4%、0.2%和0.1%，工業(yè)硅純度僅為99.3%。張安福等人(專利號:201110127717)通入壓縮空氣和氧氣以及附加精煉脫雜劑鈣石，有效去除工業(yè)硅中的雜質Al含量，同時提高了產品質量。陳德勝在《鐵合金》上發(fā)表論文“利用純氧精煉工業(yè)硅的生產實踐”(2001，5(1-4):26-27)，通過自制的噴嘴系統(tǒng)，向抬包底部噴吹氧氣精煉工業(yè)硅，可降低工業(yè)硅中雜質含量，F(xiàn)e、Al、Ca等含量控制在0.17%、0.058%和0.016%，工業(yè)硅純度達到99.7%，但這些方法沒有提及對非金屬雜質B、P的去除。日本川崎制鐵株式會社(專利號98105942.2)向熔融硅液面上噴吹添加了水蒸氣的氬氣等離子流，同時在等離子流中進一步添加還原氣體，適當調整水蒸氣/還原氣體的混合比率、氣體噴吹角度和加熱方式，采用10%水蒸氣的氬氣在1620-1630°c下進行精煉，可將娃中的雜質硼含量降低至0.lppm,Alemany等人在《Sol.Energy Mater.Sol.Cells))上發(fā)表論文“Refining of metallurgical-grade silicon by inductive plasma，，(2002，72(1-4):41-48)，采用等離子焰進行吹氣精煉，對Al、Ca、Fe、B等雜質的去除效果非常明顯，但對元素P的去除效果較差，以上方法雖然對雜質硼的去除效率非常高，但采用等離子體裝置成本極高，也難以實現(xiàn)工業(yè)化應用。氧氣爐外精煉難以滿足太陽能級多晶硅原料對Fe、Al、Ca、B、P等雜質含量的要求，牌號為2202、1101等高品質工業(yè)硅尤其是低B、P含量工業(yè)硅的生產是企業(yè)在生產過程中面臨的技術難題，為了提高冶金法太陽能級多晶硅原料品質，本專利技術提出了一種濕氧爐外精煉去除工業(yè)硅熔體中的Fe、Al、Ca、B、P等雜質的精煉技術，該技術對非金屬雜質的去除效果非常明顯，B、P含量可分別降至0.005%和0.01%以下，而且生產成本低廉。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供，具體包括如下步驟: Cl)將電爐中純度98.5%以上的工業(yè)硅熔體倒入感應抬包中，控制溫度在1450~1700 0C ； (2)將含有水蒸氣的工業(yè)氧吹入步驟(1)中得到的工業(yè)硅熔體進行精煉，同時利用電磁和氣流的方式充分攪拌，水蒸氣體積含量為2~20%，精煉4~8h后停止吹氣，完成精煉過程; (3)將精煉后的硅熔體倒入結晶器中，同時扒除表面的氧化物和渣層，待凝固后即可得到高純的工業(yè)硅產品。步驟(2)所述的含有水蒸氣的工業(yè)氧制備過程如下:將高壓工業(yè)氧與水蒸氣發(fā)生器相連，通過調節(jié)氧氣與水蒸氣的流量獲得不同組成的濕氧混合氣體，混合氣中水蒸氣體積含量為2~20%，其中，工業(yè)氧可以用氧氣瓶提供，水蒸氣發(fā)生器壓力為0.4~0.7MPa。所述步驟(1)的感應抬包 外部包覆石棉板,并由抬包架支撐,可旋轉傾倒熔體,包體內部是由耐火材料砌筑。利用Z射線熒光光譜法測定工業(yè)硅產品中Fe、Al、Ca等金屬雜質含量，B、P等非金屬雜質采用離子電感耦合質譜儀(ICP-MS)測定。本專利技術利用了濕氧中的氧氣將工業(yè)硅中Fe、Al、Ca等雜質氧化成金屬氧化物去除，而單獨的氧氣對于難去除的B、P等非金屬雜質作用非常有限，當向氧氣中添加水蒸氣后，不僅使金屬雜質的反應活性提高，而且易與B、P等非金屬雜質結合成易揮發(fā)的氧化物和氫氧化物，從而大大提高了吹氣精煉對雜質的去除效率，水蒸氣對非金屬雜質B、P的去除可表示為反應式(I) - (5): [B] +02+Η20=ΗΒ02(I) [B]+02+H20=B3H306(2) [B] +02+H20=HB0(3) [P] +H20=PH+02(4) [P] +02+H20=HP0(5) 傳統(tǒng)的氧氣爐外精煉方式對雜質尤其是非金屬雜質B、P的去除十分有限，很難達到高品質工業(yè)硅2202、1101等牌號標準，而等離子體精煉和電子束精煉對B、P的去除效果很好，但從經濟上考慮，應用在工業(yè)硅的生產上成本過高。本專利技術的有益效果: (1)本專利技術所述方法在感應抬包中利用濕氧爐外精煉的方式即可完成，操作方法簡單，實用性強，設備簡單，生產成本低，可以很好的去除硼、磷； (2)本專利技術所述方法在吹氣精煉過程中使用高壓水蒸氣，不僅使金屬雜質的反應活性增強，對非金屬雜質B、P的去除起到了很好的效果，精煉后可使工業(yè)硅純度達到99.9%以上，純度高于工業(yè)硅1101牌號的標準，尤其B、P含量降低至0.005%和0.01%以下。【附圖說明】圖1是本專利技術方法的工藝流程示意圖。【具體實施方式】以下結合附圖和實施例對本專利技術作進一步詳細說明，但本專利技術保護范圍不限于所述內容。實施例1 本實施例所述濕氧爐外精煉提純工業(yè)硅熔體的方法，具體包括如下步驟:(1)將電爐中純度98.5%以上的工業(yè)硅熔體倒入感應抬包中，將溫度控制在1500°C ； (2)將高壓工業(yè)氧與水蒸氣發(fā)生器相連獲得含有水蒸氣的工業(yè)氧，其中水蒸氣發(fā)生器壓力為0.4MPa，混合氣中水蒸氣體積含量為2% ； (3)將步驟(2)中得到的含有水蒸氣的工業(yè)氧吹入工業(yè)硅熔體中進行精煉，同時利用電磁感應的方式充分攪拌,使精煉過程更加充分,精煉4h后停止吹氣，精煉過程完成； (4)將精煉后的硅熔體倒入結晶器中，同時扒除表面的氧化物和渣層，待凝固后即可得到高純的工業(yè)硅產品。本實施例所述方法精煉提純后的工業(yè)硅純度達到99.86%以上，金屬雜質Fe、Al和Ca分別低于0.12%、0.05%和0.008%,非金屬雜質B和P分別低于0.008%和0.02%。實施例2 本實施例所述濕氧爐外精煉提純工業(yè)硅熔體的方法，具體包括如下步驟: (1)將電爐中純度98.5%以上的工業(yè)硅熔體倒入感應抬包中，利用感應方式對硅熔體進行加熱與保溫，溫度控制在1600°C ； (2)將高壓工業(yè)氧與水蒸氣發(fā)生器相連獲得含有水蒸氣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種濕氧爐外精煉提純工業(yè)硅熔體的方法，其特征在于包括如下步驟：（1）將電爐中純度98.5%以上的工業(yè)硅熔體倒入感應抬包中，控制溫度在1450～1700℃；（2）將含有水蒸氣的工業(yè)氧吹入步驟（1）中得到的工業(yè)硅熔體進行精煉，水蒸氣體積含量為2～20%，同時充分攪拌，精煉4～8h后停止吹氣，完成精煉過程；（3）將精煉后的硅熔體倒入結晶器中，扒除表面的氧化物和渣層，待凝固后即可得到高純的工業(yè)硅產品。
【技術特征摘要】
1.一種濕氧爐外精煉提純工業(yè)硅熔體的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將電爐中純度98.5%以上的工業(yè)硅熔體倒入感應抬包中，控制溫度在1450~.1700 0C ； (2)將含有水蒸氣的工業(yè)氧吹入步驟(...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：伍繼君，劉凱，馬文會，謝克強，魏奎先，周陽，劉大春，楊斌，戴永年，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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