一种高效节能提纯工业硅的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110304634A(43)申请公布日2019.10.08(21)申请号201910605441.7(22)申请日2019.07.05(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人马文会何云飞吕国强于洁谢克强魏奎先伍继君李绍元陈正杰雷云万小涵杨斌戴永年(51)Int.Cl.C01B33/037(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22C21/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图10页(54)发明名称一种高效节能提纯工业硅的方法(57)摘要一种高效节能提纯工业硅的方法。本发明公开一种高效分离精炼硅的方法，属于硅提纯分离技术领域。本发明所述方法为将工业硅块与工业铝混合后制成过共晶铝硅母合金；将得到的混合过共晶铝硅母合金用中频电磁感应炉进行加热待铝硅合金母体全部熔化保温后，以远高于常规速率的下拉速度对该过共晶铝硅熔体进行定向凝固，定向凝固完成后停炉。待样品冷却后将硅相富集区域和铝硅合金剥离分开，取出硅相富集区域。由于铝硅溶剂精炼可以有效提纯工业硅，通过强化硅相从过共晶铝硅熔体的分离，可以将被提纯后的初晶硅形成富集；经过常规的酸洗可以将初晶硅富集区域中夹杂的铝硅合金及富集在合金中的杂质进行去除。CN110304634ACN110304634A权利要求书1/1页1.一种高效节能提纯工业硅的方法，其特征在于，具体步骤包括如下：（1）将工业铝及工业硅混合均匀，熔炼后制成过共晶铝硅母合金，其中硅含量低于45wt.%；（2）将步骤（1）得到的母合金放入电磁感应炉中加热，向炉内导入保护气氛，以30~35℃/min升温速率升温至800~1000℃，保温0.5h~10h，保温结束后，以高于常规速率的下拉速度2.4~60mm/min对熔体进行定向凝固，定向凝固结束后，合金熔体随炉一起自然降温至室温，降温过程中有保护气氛保护，直至降温过程结束后得到共晶铝硅合金和精炼后的多晶硅；（3）将步骤（2）得到的定向凝固样品进行剥离处理，收集精炼后的多晶硅及共晶铝硅合金。2.根据权利要求1所述提纯工业硅的方法，其特征在于：步骤（2）中所使用到的电磁感应炉频率为中频或低频频率，频率为1~10kHz。3.根据权利要求1所述提纯工业硅的方法，其特征在于：步骤（2）中保护气氛为氩气或5者氮气，喷吹气氛压力为10Pa，保护气体的流量为30~500ml/min。2CN110304634A说明书1/5页一种高效节能提纯工业硅的方法技术领域[0001]本发明涉及一种高效节能提纯工业硅的方法，属于硅提纯分离技术领域。背景技术[0002]当前人口爆炸，众多的人口使得资源逐渐走向贫瘠。同时，地球上存在众多的可再生资源，如何利用好这些可再生资源成为了人类的共识。在所有可再生资源中，由于太阳能具有分布及其广泛，无储量上限，可运用于外太空，能量收集便利等等优点备受青睐。当前使用的太阳能电池主要以硅基为主，而作为原材料的多晶硅的纯度又极大的影响着太阳能电池的转化效率。因此，要出高性能的太阳能电池，必然需要将多晶硅硅中的杂质去除使得其纯度不低于99.9999%从而能被用于太阳能电池。[0003]目前，太阳能电池使用的材料主要为多晶硅，其主要来源于被广泛运用的改良西门子法。该法属于化学法，其优点主要是工艺成熟，所得到的硅的提纯较高。缺点是产率较低，其生产中间过程中产生大量的有毒废液和废气，具有高能耗，高污染等缺点。另一种生产多晶硅的方法俗称物理法，其特征为以硅主体性质不变为前提，采用酸洗，定向凝固，真空精炼等特点进行提纯。其优点主要是产率高，环境友好等优点。[0004]冶金法中的铝硅溶剂精炼具有材料来源丰富，硅相提纯温度较低，且铝作为良好的杂质元素吸附剂，显示出巨大的潜力。该法是一种能在较低温度（低于1000℃）下就可以实现强化工业硅除杂的方法，该方法具有设备要求简单、操作容易、适合规模化工业生产等优点。中国专利申请（CN103343384A）在铝硅精炼基础上提出先通过外加交变磁场，同时在上端给料从而实现了初晶硅提纯生产的连铸过程，随后再结合酸浸处理的方法来实现工业硅中杂质的脱除。尽管该方法对精炼后的铝硅合金和初晶硅的分离作用显著，比传统的普通定向凝固分离效果好，但根据已有研究，其分离并不彻底，硅相富集区域包含着大量的铝相夹杂，这在后续的酸洗过程中将造成大量的酸液浪费，同时，该发明专利使用的下拉速度较低，极大的限制了节能指标。因此，研究者仍需改善该技术以达到高效分离精炼硅的目的。发明内容[0005]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种高效分离精炼业硅的方法。本方法使用中低频的外加交变电磁场，结合快速定向凝固技术，对过共晶铝硅熔体实现提纯后硅