一种工业硅加压提纯的方法技术

本发明专利技术涉及一种工业硅加压提纯的方法。将纯度大于９８％的块状工业硅经过预处理后得到粒度为５０～１０００目的粉状工业硅；粉状工业硅与浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ～１０ｍｏｌ／Ｌ的硫酸或浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ～９ｍｏｌ／Ｌ的盐酸或浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ～９ｍｏｌ／Ｌ的硝酸按照液固比为０．５∶１～２０∶１混和后进行加压提纯，加压提纯过程的温度为７０℃～３５０℃、压力为０．１ＭＰａ～２５ＭＰａ、搅拌速度为２５０ｒ／ｍｉｎ～１２００ｒ／ｍｉｎ、处理时间为０．２ｈ～２４ｈ；加压提纯后的硅物料最后采用浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ～８ｍｏｌ／Ｌ的氢氟酸进行进一步的处理，得到９９．９９％以上的高纯硅。处理后的浸出液经过萃取系统处理后得以循环利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备高纯硅的方法，属于真空冶炼提纯方法。二
技术介绍
由于高稳定效率、低环境负荷以及性能持久等优点，晶体硅一直作为基本的 太阳能电池材料而占据着统治地位。传统的西门子法生产出来的太阳能电池用多 晶硅，已经出现了原料供应短缺等问题，同时由于该技术路线投资大、生产成本 高、安全性能差，国内外己开始研究太阳能级多晶硅的新方法。我国的闻瑞梅等人申请的专利用三氯氢硅和四氯化硅混合源生产多晶硅的 方法(专利号为02137592.5，公告日期为2003年03月19日)，该专利技术涉及一种 全新的氢还原生产多晶硅的工艺。该专利技术在多晶硅生产过程中，充分利用生产过 程产生的SiCU、 HC1，达到既保证高质量、高产率。又降低原材料工业硅、氢气 及氯气的消耗，降低了成本。日本开发了一种新方法来提纯粗硅用于太阳能电池。这种技术所用的原料为 纯度为95 %左右的粗硅。首先，在150(TC和真空条件下，将其熔化，并用750 kW电子束将粗硅中的磷气化掉。采用定向凝固技术，使硅晶体在一个方向上排 列，将铁、铝等金属杂质分离出来，而硼和碳则用等离子熔化和氧化工艺去掉。 然后采用第二次定向凝固技术，去掉痕量金属。最后把高纯度的硅熔化并通过电 磁浇铸技术固化成锭，这样就避免硅与熔化锅壁相接触。马文会等人申请的专利一种制备太阳能级多晶硅的方法中(专利号为 200610010654.8，公告时间为2006年07月19日)，该专利技术涉及一种制备太阳能 级多晶硅的方法，采用冶金级硅作为原料，经过初步的酸浸处理后，再在真空炉 内进行真空精炼处理，真空精炼分两个阶段，即真空氧化精炼阶段、真空蒸馏精 炼和真空脱气阶段，最后经定向凝固及切头处理，获得太阳能级多晶硅产品。其 硅的纯度为99.9999 %以上，满足太阳能电池行业所需硅原料的要求。马文会等人申请的专利一种制备超冶金级硅的方法(专利申请号为 200710066017.7，公告日期为2008年1月30日)，该专利技术设计一种制备超冶金 级硅的方法，采用冶金级硅作为原料，经粉碎、筛分后得到硅粉物料，硅粉物料经过初步除杂、盐酸溶液的微波和超声波处理后，先后采用常压酸浸、高温高压 酸浸、氢氟酸处理等工序后，获得纯度为99.99 %以上的超冶金级硅粉。该硅产 品满足太阳能电池行业对超冶金级硅的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工业硅加压提纯方法，将块状工业硅经过初步处理 过程得到粉状工业硅。粉状工业硅与硫酸、盐酸或硝酸混和后进行加压提纯。加 压提纯后的物料最后采用氢氟酸进行进一步的处理，得到99.99%以上的高纯硅。按以下步骤完成-1) 、予处理过程以市售纯度大于98 %的块状工业硅为原料，经过清洗、 粉碎、筛分、初步除杂等工序后，得到了粒度大小为50~1000目的粉末硅。破碎、 球磨等过程带入的铁和氧化铁含量得以有效的降低。2) 、加压提纯处理粉末硅与浓度为0.1 mol/L 10 mol/L的硫酸、浓度为 0.1 mol/L 9 mol/L的盐酸或浓度为0.1 mol/L 9 mol/L的硝酸按照重量液固比 为0.5 20: 1混和后投入到加压提纯反应器中，用热媒加热，控制反应温度为 70 350 。C，反应压力为0.1MPa 25 MPa，搅拌速度为250 r/min 1200 r/min 的条件下反应0.2 h 24 h。然后液固相进行分离,得到硅粉和浸出溶液。所述的 热媒是电、蒸汽、热水或导热油。3) 、分离后的硅粉最后用浓度为0.5 mol/L 8 mol/L的氢氟酸，在温度为 20 90'C下浸泡0.1 16h，去除硅物料表面的二氧化硅及一些杂质，然后用水 清洗4 6次后真空抽滤，干燥，得产品。加压提纯反应器的内衬材料为哈氏合 金、金属钽、金属锆、金属钛或者树脂。4) 、浸出剂的循环利用萃取分离后的浸出液经过去除其中金属杂质后，重 新投入到加压提纯处理过程中，实现了浸出溶液的循环利用。萃取分离后的金属 杂质元素无毒无害。可作为废弃物进行处理。本专利技术的有效效果是(1) 生产效率高。采用加压提纯处理技术较好解决了工业硅提纯难的问题， 使得杂质的提纯效果和99.99 %的高纯硅产品生产效率有了很大的提高；(2) 工艺流程短。采用加压提纯处理技术能够将纯度大于98%的工业硅一 步提纯到纯度大于99.99%的高纯硅，其他不需要添加其他工艺。(3) 能耗低，生产成本低。生产过程中其电耗可减少65%以上，生产成本 可降低52%;(4) 环境污染小。由于此过程的浸出溶液得以很好的循环利用，生产过程 中不需要排放大量的浸出溶液，因此该新技术对环境压力小，达到了清洁生产的 要求，属于"绿色冶金"的范畴。三附图说明图1为本专利技术的工艺流程示意图。四具体实施例方式实施例一以硅含量为99.0 wt。/。的工业硅为原料，其中主要杂质成分Fe含 量1300 ppmw, Al含量740 ppmw， Ca含量360 ppmw, Ti含量150 ppmw。块状工业硅经过初步处理后得到粒度为50~250目的粉状工业硅。粉状工业 硅与浓度为2mol/L的硫酸溶液按照液固比为15: 1混和后投入到加压提纯反应 器中，保持反应温度为70 °C~120 °C，反应压力为0.1 MPa 1.5 MPa，搅拌速度 为250 r/min 500 r/min的条件下反应10-16 h。反应后的物料采用真空抽滤分离 方法实现液固分离。分离后的硅粉最后采用浓度为2mol/L的氢氟酸，温度为20 'C，浸泡3h,去除硅物料表面的二氧化硅及一些杂质，然后用三级去离子水清 洗4 6次后真空抽滤，干燥。实施结果工业硅经过上述处理后，其纯度为99.995 %，其中Fe杂质的含 量为10 ppmw， Al杂质的含量为8 ppmw， Ca杂质的含量为10 ppmw， Ti杂质 含量为9ppmw,其他金属的杂质含量小于12ppmw。实施例二:以硅含量为98.2wt。/。的工业硅为原料，其中主要杂质成分Fe含量 1900 ppmw, AI含量1240 ppmw， Ca含量560 ppmw， Ti含量140 ppmw。块状工业硅经过初步处理后得到粒度为500~1000目的粉状工业硅。粉状工 业硅与浓度为5 mol/L的盐酸溶液按照液固比为5: 1混和后投入到加压提纯反 应器中，保持反应温度为200'C 35(TC，反应压力为20MPa 25MPa，搅拌速 度为800 r/min 1200 r/min的条件下反应18 h 24 h。反应后的物料采用真空抽 滤等分离方法实现液固分离。分离后的硅粉最后采用浓度为6mol/L的氢氟酸， 温度为80'C，浸泡4 5h，去除硅物料表面的二氧化硅及一些杂质，然后用三 级去离子水清洗4 6次后真空抽滤，干燥。实施结果工业硅经过上述处理后，其纯度为99.996 %，其中Fe杂质的含 量为9 ppmw, Al杂质的含量为8 ppmw， Ca杂质的含量为6 ppmw， Ti杂质含 量为3 ppmw,其他金属的杂质含量小于5 ppmw。实施例三以硅含量为98.5 wtQ/。的工业硅为原料，其中主要杂质成分Fe含 量2900 ppmw， Al含量1300 ppmw， Ca含量580 ppmw, Ti含量145 ppmw本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业硅加压提纯方法，其特征在于：按以下步骤完成，１）、将纯度大于９８％块状工业硅原料经予处理后得到粒度为５０～１０００目的粉末硅；２）、粉末硅与浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ～１０ｍｏｌ／Ｌ的硫酸、浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ～９ｍｏｌ／Ｌ的盐酸或浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ～９ｍｏｌ／Ｌ的硝酸按照重量液固比为０．５～２０∶１混和后投入到加压提纯反应器中，用热媒加热，在反应温度为７０～３５０℃，反应压力为０．１ＭＰａ～２５ＭＰａ，搅拌速度为２５０ｒ／ｍｉｎ～１２００ｒ／ｍｉｎ的条件下反应０．２ｈ～２４ｈ，然后液固相进行分离，得到硅粉和浸出溶液；３）、分离后的硅粉用浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ～８ｍｏｌ／Ｌ的氢氟酸，在温度为２０～９０℃下浸泡０．１～１６ｈ，去除硅物料表面的二氧化硅及一些杂质，然后用水清洗４～６次后抽滤，干燥，得产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马文会，杨斌，刘大春，戴永年，谢克强，于站良，魏奎先，伍继君，徐宝强，郁青春，曲涛，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[]