一种低硼低磷冶金硅的生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及涉及一种低硼低磷冶金硅的生产工艺。其技术方案是：选择SiO2＞99％、B＜10ppmw、P＜5ppmw的硅石，破碎粒度至50～120mm，经水洗净，晾干作为原料硅；选择石油焦作为还原剂；复合添加剂按重量百分比为：CaF60～65％∶CaO22～26％∶Na2SiO37～11％，混合均匀；按照复合添加剂∶还原剂∶硅石＝1∶4∶10的重量比分别称重，进行混合，投入矿热炉内，在2000℃～2400℃下熔炼4～5.5小时，中间每隔1.5～2小时停止加热，捣炉3次；将矿热炉中非硅物质与熔融的冶金硅液一同排出，注入硅水包内，进行吹氧操作，缓慢增加气压，使液态硅混合物达到沸腾状态即可，持续35～50分钟；经除渣、定向凝固，得到高品质的冶金硅。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金硅生产
，特别是涉及一种低硼低磷冶金硅的生产工艺。
技术介绍
冶金硅的用途十分广泛，主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料、太阳能电池材料，以及配制有特殊用途的合金等等。目前，冶金硅产品均采用冶炼生产方法制备，即将天然矿产硅石经破碎，混以木炭、烟煤、石油焦等碳质还原剂，按一定配比送入矿热炉内进行熔炼其熔炼化学方程式为 Si02+C = Si+C02丨，将硅石还原成硅，定期出炉，进行炉外精炼后，获得冶金硅产品。随着太阳能光伏产业的蓬勃发展，对冶金硅的生产提出更高的要求，高品质的低硼低磷冶金硅备受人们关注。生产高品质的冶金硅，首先应从原料选材着手，天然硅矿石SiO2择优即可，但还原剂的选择较为困难。上世纪60年代中期以后，我国开始用木炭、烟煤和石油焦混合作还原剂，其中木炭的含磷量高、烟煤的灰分含量大，不适于生产高品质的冶金硅；而石油焦的硼、 磷及其它杂质含量少是最佳选择。但使用全石油焦在冶炼过程中，石油焦的反应能力和透气性较差，易产生比重大的碳化硅，存在自然分选沉积现象，使炉底上涨，严重影响正常生产。如何克服全石油焦作还原剂所带来的炉底上涨，以及在冶炼过程中添加何种辅料、如何进行炉外精炼等诸多问题，在现有技术中，还未得到有效地解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前生产高品质冶金硅的不足之处。提供一种提供一种采用全石油焦作还原剂，配合复合添加剂生产冶金硅的方法，它解决了现有冶金硅杂质含量多，以及炉底上涨的技术问题，并可冶炼出高品质的冶金硅。本专利技术的技术解决方案是该工艺的工序分以下几个步骤进行a.准备原料，选择SiR &gt; 99%,B < 1 Oppmw,P < 5ppmw的硅石，破碎粒度至50 120mm,经水洗净，晾干作为原料硅；选择品质2B的粉末状石油焦作为还原剂；自制复合添加剂，复合添加剂按重量百分比为CaF60 65% Ca022 Na2SiO3 7 11%，混合均勻；b.还原反应，按照复合添加剂还原剂硅石=1 4 10的重量比分别称重， 进行混合，投入矿热炉内，在2000°C M00°C下熔炼4 5. 5小时，中间每隔1. 5 2小时停止加热，捣炉3次；C.吹氧精炼，将矿热炉中非硅物质与熔融的冶金硅液一同排出，注入硅水包内，进行吹氧操作，缓慢增加气压，使液态硅混合物达到沸腾状态即可，持续35 50分钟；d.除渣，停止吹氧，静置硅水包2 5分钟，翻倾硅水包，将硅液表面炉渣清除干净；e.定向凝固将熔融硅液倒入凝固器中，盖好保温上盖，自然降温凝固；f.取出硅锭，破碎、分选出表面质地密实、色泽光亮、无夹渣物的硅块，得到高品质的冶金硅。本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、带入杂质含量少。本专利技术只采用石油焦作为还原剂，硅石经过水洗去除因采矿、 运输、储存、破碎过程中粘附的表面灰尘，复合添加剂也是优选杂质含量少的产品，从而减少了杂质的引入，特别是磷杂质的引入，为生产低硼低磷冶金硅创造优良的条件。2、解决因全石油焦作还原剂炉底上涨问题。本专利技术复合添加剂中采用的氟化钙 CaF可以软化冶金硅冶炼中产生的堆积在炉底的SiC等非硅物质，生产过程中无需停炉清渣，硅液排出矿热炉时，渣液不上浮并一同排出，炉底没有渣液积存现象发生。3、除硼除磷效果好。本专利技术复合添加剂中采用氧化钙CaO、硅酸钠Na2Si03，与硅石SW2形成较佳配比的除硼除磷炉渣，在吹氧精炼过程中，炉渣进一步氧化上浮，硼、磷杂质在炉渣中的分散系数高，并且炉渣具有较强的弥散性，再经过清渣处理，对去除硅中的硼磷效果非常明显。4、熔炼反应速度快，节约能耗。本专利技术熔炼温度2000°C M0(TC，也就是比正常熔炼温度高约200 400°C，同时选择硅石的较佳颗粒度(粒度太大则还原反应差，粒度太小则透气性差)，保证了熔炼反应所需的较快速度，反应更充分，发生石墨化形成SiC条件减少，即可在较短时间内完成反应，降低能耗。5、保温定向凝固利用杂质分凝原理使杂质富集，硅锭破碎后分选时，易从硅块表面质地密实度及色泽区分品质，择优分选，进一步提高产品品质，冶金硅中金属杂质总含量得到有效降低。具体实施例方式本专利技术的具体实施方式如下步骤一准备原料，选择SiA > 99%,B < 1 Oppmw,P < 5ppmw的硅石，破碎粒度至 50 120mm，经水洗净，晾干作为硅源；选择品质2B的粉末状石油焦作为还原剂；按重量百分比为=CaF 65% Ca025% Na2SiO3 10%自制复合添加剂，充分混合均勻；步骤二 还原反应，按照复合添加剂还原剂硅石=1 4 10的重量比分别称重，进行混合，投入矿热炉内，在2000°C M00°C下熔炼5小时，中间每隔1. 5小时停止加热，捣炉3次；步骤三吹氧精炼，将矿热炉中非硅物质与熔融的冶金硅液一同排出，注入硅水包内，进行吹氧操作，缓慢增加气压，使液态硅混合物达到沸腾状态即可，持续50分钟；步骤四除渣，停止吹氧，静置硅水包4分钟，翻倾硅水包，将硅液表面炉渣清除干净；步骤五定向凝固将熔融硅液倒入定向凝固器中，盖好保温上盖，自然降温凝固。步骤六取出硅锭，破碎、分选出表面质地密实、色泽光亮、无夹渣物的硅块，得到高品质的冶金硅。采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-0EQ测试本专利技术生产工艺所生产的冶金硅杂质含量如下B 彡 3ppmw、P 彡 6ppmw。Fe 彡 1200ppmw、Al 彡 350ppmw、Ca 彡 800ppmw、Cu 彡 50ppmw、Mn 彡 60ppmw、 Cr ^ 20ppmwo硅含量Si 彡 99.7%。由上述指标可知，该种低硼低磷冶金硅的生产工艺优良，生产的冶金硅中杂质B、 P、Fe、Al、Ca、Cu、Mn、Cr的含量较一般冶金硅有明显降低，特别是B、P指标极低，为低硼低磷冶金硅。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低硼低磷冶金硅的生产工艺，其特征在于该工艺的工序分以下几个步骤：ａ．准备原料，选择ＳｉＯ２＞９９％、Ｂ＜１０ｐｐｍｗ、Ｐ＜５ｐｐｍｗ的硅石，破碎粒度至５０～１２０ｍｍ，经水洗净，晾干作为原料硅；选择品质２Ｂ的粉末状石油焦作为还原剂；自制复合添加剂，复合添加剂按重量百分比为：ＣａＦ６０～６５％∶ＣａＯ２２～２６％∶Ｎａ２ＳｉＯ３７～１１％，混合均匀；ｂ．还原反应，按照复合添加剂∶还原剂∶硅石＝１∶４∶１０的重量比分别称重，进行混合，投入矿热炉内，在２０００℃～２４００℃下熔炼５小时，中间每隔１．５～２小时停止加热，捣炉３次；ｃ．吹氧精炼，将矿热炉中非硅物质与熔融的冶金硅液一同排出，注入硅水包内，进行吹氧操作，缓慢增加气压，使液态硅混合物达到沸腾状态即可，持续３５～５０分钟；ｄ．除渣，停止吹氧，静置硅水包４～６分钟，翻倾硅水包，将硅液表面炉渣清除干净；ｅ．定向凝固：将熔融硅液倒入定向凝固器中，盖好保温上盖，自然降温凝固；ｆ．取出硅锭，破碎、分选出表面质地密实、色泽光亮、无夹渣物的硅块，得到冶金硅。

【技术特征摘要】
1.一种低硼低磷冶金硅的生产工艺，其特征在于该工艺的工序分以下几个步骤a.准备原料，选择SiR> 99%, B < 1 Oppmw, P < 5ppmw的硅石，破碎粒度至50 120mm,经水洗净，晾干作为原料硅；选择品质2B的粉末状石油焦作为还原剂；自制复合添加剂，复合添加剂按重量百分比为CaF60 65% Ca022 ^% Na2SiOJ 11 %，混合均勻；b.还原反应，按照复合添加剂还原剂硅石=1 4 10的重量比分别称重，进行混合，投入矿热炉内，在2000°C M00°C下熔炼5小时，中间每隔1. 5 2小时停止加热， 捣炉3次；c.吹氧精炼，将矿热炉中非硅物质与熔融的冶金硅液一同排出，注入硅水包内，进行吹氧操作，缓慢增加气压，使液态硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘应宽，盛之林，何怀兴，关宁，王森林，袁小军，范占军，
申请(专利权)人：宁夏银星多晶硅有限责任公司，
类型：发明
国别省市：64