一种利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法.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CN107324341A(43)申请公布日2017.11.07(21)申请号201710384575.1(22)申请日2017.05.26(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)发明人伍继君杨鼎马文会魏奎先雷云谢克强秦博李绍元戴永年(51)Int.Cl.C01B33/039(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法(57)摘要本发明涉及一种利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法，属于工业硅技术领域。首先将工业硅块进行破碎，并球磨至硅粉粒度为150～200目；将硅粉中添加金属铝颗粒混合均匀得到混合物料；将得到的混合物料加热到1300～1400℃，从顶部吹入流速为500mL/min的高纯Ar，硅铝熔液合金化20～30min；经硅铝熔液合金化后，保持温度不变，从顶部吹入氩气和氧气的混合气体精炼2～4h后停止通气，完成吹气精炼过程；吹气精炼过程完成后，停止加热，由底部通入1000mL/min的Ar保护气体，待炉内降至室温后取出坩埚，将样品表面的渣层分离后得到硅块；将得到的硅块进行破碎用盐酸清洗硅中的残铝，最后得到精炼后的硅粉。本发明向工业硅中添加铝，通过吹氧精炼，高效去除工业硅中硼杂质。CN107324341ACN107324341A权利要求书1/1页1.一种利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法，其特征在于具体步骤包括如下：（1）首先将工业硅块进行破碎，并球磨至硅粉粒度为150～200目；（2）将步骤（1）中的硅粉中添加金属铝颗粒混合均匀得到混合物料，混合物料中铝含量质量为5～20%；（3）将步骤（2）得到的混合物料加热到1300～1400℃，从顶部吹入流速为200mL/min的高纯Ar，硅铝熔液合金化20～30min；（4）经步骤（3）硅铝熔液合金化后，保持温度不变，从顶部吹入氩气和氧气的混合气体，混合气体中氧气体积含量为5～15%，气体流速为10～100mL/min，精炼2～4h后停止通气，完成吹气精炼过程；（5）吹气精炼过程完成后，停止加热，由底部通入1000mL/min的Ar保护气体，待炉内降至室温后取出坩埚，将样品表面的渣层分离后得到硅块；（6）将步骤（5）得到的硅块进行破碎并球磨至硅粉粒度250～325目，用盐酸清洗硅中的残铝，最后得到精炼后的硅粉。2.根据权利要求1所述的利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法，其特征在于：所述步骤（2）中金属铝颗粒粒度1～3mm，纯度99.99wt%。2CN107324341A说明书1/5页一种利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法技术领域[0001]本发明涉及一种利用铝和氧气去除工业硅中杂质硼的方法，属于工业硅技术领域。背景技术[0002]以改良西门子法为代表的化学法仍然是目前世界上规模最大的多晶硅提纯工艺。化学法能生产高品质的多晶硅产品，一般用于生产超高纯度要求的电子级硅（EG-Si，>9N），而电子级硅及其一些边角料通常应用于太阳能电池硅材料，但化学法工艺流程复杂、环境污染大，核心技术仍然被少数发达国家垄断。太阳能级硅（SoG-Si，>6N）对纯度的要求略低，一般在6N左右，成本也更加低廉。随着工艺和技术的进步，工艺流程更更简单的冶金法也能满足太阳能级硅的规模化生产。因此，成本更低的冶金法太阳能级硅生产工艺和技术备受研究学者和光伏企业的青睐。[0003]在冶金法提纯多晶硅的工艺中，定向凝固技术可以除去绝大多数分凝系数小于1的金属杂质，但杂质硼在硅中的分凝系数为0.83（接近1），采用定向凝固的方法难以分离，且真空条件下硼的蒸气压极低，亦不能用真空蒸馏的方法去除。[0004]目前，硅酸钙渣系是一种被广泛认可的除硼途径，研究学者对硅酸钙渣系除硼做过大量的研究，并取得了一些研究成果。厦门大学罗学涛等人（专利号CN105540593A）通过CaO-SiO2-CaCl2或CaO-SiO2-CaF2渣剂，在真空感应炉中对工业硅进行两次或多次造渣精炼。在第一次造渣完成后，向炉料中投入渣剂活性成分CaCl2或CaF2，通过搅拌使炉料与造渣剂混合均匀。该方法的特点在于只加入渣剂活性成分多次造渣，可将含硼量22ppmw的工业硅硼含量降低至0.17ppmw，降低了废渣量，但加入渣剂活性成分比例不好控制，多次造渣抽真空也不便于生产操作。昆明理工大学伍继君等人（专利号CN105329901A）用硅酸钙中添加锌化合物的方法对工业硅进行过除硼研究，一次造渣可将含硼量为16ppmw的工业硅中的硼含量降低至0.32ppmw，除硼率达98%。该方法简单易操作，工业上应用还可以实现对金属锌的回收利用，但锌化合物的配比对除硼效率影响较大。传统的造渣精