一种湿氧炉外精炼提纯工业硅熔体的方法.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(10)申请公布号CNCN103641120103641120A(43)申请公布日2014.03.19(21)申请号201310626562.2(22)申请日2013.12.02(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)发明人伍继君刘凯马文会谢克强魏奎先周阳刘大春杨斌戴永年(51)Int.Cl.C01B33/037(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图1页附图1页(54)发明名称一种湿氧炉外精炼提纯工业硅熔体的方法(57)摘要本发明公开一种湿氧炉外精炼提纯工业硅熔体的方法，将硅熔体倾倒入工业硅感应抬包中，利用感应方式对硅熔体进行加热与保温；将湿氧混合气体吹入工业硅熔体中进行精炼，将精炼后的硅熔体倒入结晶器中并扒除表面的氧化物和废渣，凝固后即可得到高纯的工业硅产品，本发明所述方法可使工业硅纯度达到99.9%以上，纯度高于工业硅1101牌号的标准，金属杂质Fe、Al和Ca分别低于0.08%、0.03%和0.005%，本方法对非金属杂质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。CN103641120ACN103642ACN103641120A权利要求书1/1页1.一种湿氧炉外精炼提纯工业硅熔体的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将电炉中纯度98.5%以上的工业硅熔体倒入感应抬包中，控制温度在1450～1700℃；（2）将含有水蒸气的工业氧吹入步骤（1）中得到的工业硅熔体进行精炼，水蒸气体积含量为2～20%，同时充分搅拌，精炼4～8h后停止吹气，完成精炼过程；（3）将精炼后的硅熔体倒入结晶器中，扒除表面的氧化物和渣层，待凝固后即可得到高纯的工业硅产品。2CN103641120A说明书1/4页一种湿氧炉外精炼提纯工业硅熔体的方法技术领域[0001]本发明涉及一种湿氧炉外精炼提纯工业硅熔体的方法，属于工业硅技术领域。背景技术[0002]工业硅中杂质元素主要有Fe、Al、Ca、B、P等，其纯度一般为98.5%以上，按照金属硅中铁、铝、钙的含量，通常把工业硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同品质的牌号，中国是工业硅生产大国，但不是生产强国，工业硅生产企业存在规模小、布局分散、技术装备落后、产品质量较差等问题，据不完全统计，截止到2012年12月底，中国工业硅已建产能为360万吨，另外还有60万吨的在建产能，预计到2013年，中国工业硅产能将在400万吨左右。[0003]近几年来，随着光伏产业的迅速发展，冶金法低成本制备太阳能级多晶硅受到越来越多的重视，对工业硅产品质量的要求也越来越苛刻，现有的工业硅生产技术和氧气炉外精炼已经不能满足市场要求。为了进一步降低多晶硅的生产成本，低成本制备太阳能级多晶硅新工艺逐步向上游延伸，工业硅的炉外精炼已经成为冶金法低成本制备太阳能级多晶硅新工艺的不可缺少的工序之一。采用传统的氧气炉外精炼难以控制工业硅中非金属杂质B、P，品质高、牌号低的工业硅产品仍然是工业硅领域术瓶颈。[0004]陈永良等人（专利号97108101）通过向工业硅熔体中吹入氧气同时添加一定量的SiO2粉末进行精炼，可使工业硅中Fe、Al、Ca含量分别降低至0.4%、0.2%和0.1%，工业硅纯度仅为99.3%。张安福等人（专利号：201110127717）通入压缩空气和氧气以及附加精炼脱杂剂钙石，有效去除工业硅中的杂质Al含量，同时提高了产品质量。陈德胜在《铁合金》上发表论文“利用纯氧精炼工业硅的生产实践”（2001,5(1-4):26-27），通过自制的喷嘴系统，向抬包底部喷吹氧气精炼工业硅，可降低工业硅中杂质含量，Fe、Al、Ca等含量控制在0.17%、0.058%和0.016%，工业硅纯度达到99.7%，但这些方法没有提及对非金属杂质B、P的去除。[0005]日本川崎制铁株式会社（专利号98105942.2）向熔融硅液面上喷吹添加了水蒸气的氩气等离子流，同时在等离子流中进一步添加还原气体，适当调整水蒸气/还原气体的混合比率、气体喷吹角度和加热方式，采用10%水蒸气的氩气在1620-1630℃下进行精炼，可将硅中的杂质硼含量降低至0.1ppm，Alemany等人在《Sol.EnergyMater.Sol.Cells》上发表论文“Refiningofmetallurgical-gradesiliconbyinductiveplasma”（2002,72(1-4):41-48），采用等离子焰进行吹气精炼，对Al、Ca、Fe、B等杂质的去除效果非常明显，但对元素P的去除效果较差，以上方法虽然对杂质硼的去除效