用于精炼含铝硅的方法技术

提供了一种用于精炼含铝硅的方法且该方法包括加热含铝硅以形成熔融含铝硅，向含铝硅中加入选自由钙、氧化钙和碳酸钙组成的组的钙源和任选的二氧化硅；并将熔融含铝硅暴露于氧以产生精炼硅和副产物渣，使得精炼硅包含比含铝硅中的铝量少的量的铝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及硅的纯化，且更具体涉及通过精炼含铝硅来纯化这种硅以生产具有更高纯度的硅。
技术介绍
用于太阳能应用的硅可通过先将冶金级硅与熔融铝铸成合金以产生最初包含约25-80wt.%的硅、20-75wt.%的铝和其他杂质例如钙和硼的硅-铝合金。该硅-铝合金然后可经历结晶以产生包含约90wt%的硅和10wt%的铝的硅薄片。然后可使用酸处理去除硅薄片中额外的铝以产生包含约1000-3000份每百万份按重量计(ppmw)铝的纯化硅。但是，可能期望从这种硅中去除更多的铝以达到一种纯度水平，其中这种硅可结晶产生适合用于太阳能级应用的硅。通常，6N(即，99.9999质量％)的硅纯度是太阳能应用所期望的。从含铝硅中进一步去除铝的一种选择是定向凝固。但是，该方法需要成本高的重复并且在商业上不可能总是可行的。另外，当硅包含微量的其他杂质例如钙时，因为硅中钙与铝的比影响进一步的铝去除，精炼期间可去除的铝的量可能受到限制。因此，即使仅残存少量的那些杂质，仍存在提供硅的进一步纯化以去除额外量的铝的需要，以使得硅可用于太阳能级的应用。概述在一个实施方式中,用于精炼含招娃的方法包括将选自由Ca、CaO和CaCO3组成的组的钙源且任选地与SiO2 —起加入到含铝硅中。加热含铝硅以使其熔化，并将熔融含铝硅暴露于氧以产生精炼硅和副产物渣，使得精炼硅包含比含铝硅中的铝量少的量的铝。钙源和任选的二氧化硅可在进行加热之前、加热期间或加热之后与含铝硅结合。但是，优选地在加入钙源和任选的二氧化硅之前熔化含铝硅。 附图简述附图中所提供的实施方式本质上是图示性和示例性的且并不意在限制本专利技术，本专利技术的范围是由所附权利要求限定的。当结合下列附图阅读时，图示实施方式的以下详细描述可被理解，其中同样的结构用同样的参考数字表不，且其中:附图说明图1示出了根据本文展现并描述的一个或多个实施方式的用于精炼含铝硅的示例性方法的流程图。详述本公开内容的实施方式提供了精炼含铝硅以产生具有可用于包括但不限于太阳能应用的应用的纯度的精炼硅的方法。特别地，本公开内容的实施方式提供了甚至当硅仅包含微量的其他杂质时，通过加入钙、氧化钙或碳酸钙形式的钙源和氧来去除含铝硅中的铝的方法。任选地，还可加入二氧化硅。如本文所用的，词组“含铝硅”指任何如下所述的硅产品:包含的铝初始量为约1，000至多达约12，000份每百万份按重量计(ppmw)，例如多达10，OOOppmw的招,或1，OOOppmw至3，OOOppmw的招,和仅微量的其他杂质,诸如例如As、B、Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Mg、Mn、Mo、N1、P、K、Na、T1、V、Zn 和 Zr。如本文所用的，“微量”的含义是通过本领域已知的方法例如X-射线荧光或ICP-MS(电感耦合质谱)测量的小于约30ppmw的任一种杂质。术语“熔融硅”和“熔融含铝硅”在本文中互换地使用并且指熔化后的含铝硅材料。本文所用的术语“精炼硅”指处理之后的并且具有比原始含铝硅中的铝量少的铝含量的硅。通过将钙源或钙源和二氧化硅的混合物与氧一起加入到含铝硅中，产生包含至少一部分的初始铝杂质的可分离的副产物渣。如本文所用的，如以下更详细地解释的，术语“副产物渣”指包含在精炼期间从熔融含铝硅中分离出的杂质的副产物。该方法促使产生具有比原始含铝硅中的铝量少的铝量及仅微量的其他杂质的精炼硅。令人惊奇地，在精炼期间向含铝硅中加入钙并未导致精炼硅产品中的钙量明显增加。仅微量的钙出现在精炼硅产品中。另外，精炼方法导致精炼硅产品的硼(B)含量减少多达约12wt%，通常约5-12wt%。通常，精炼娃中包含的招量包括约10至约IOOppmw,且优选地小于约50ppmw的招。参考图1，示例性的精炼方法10提供将含铝硅精炼成精炼硅。精炼方法10通常包括通过例如熔化酸处理的硅铝合金获得熔融含铝硅。含铝硅可通过本领域已知的多种工艺或方法产生或提供。例如，如以上讨论的可将硅和铝铸成合金、结晶并酸处理，通过本领域技术人员理解的任何其他方法产生或可选择地从商业来源购买。在一个特定的实施方式中，含铝硅包含硅薄片，该硅薄片含有多达12，OOOppmw的铝初始量和仅微量的其他杂质。在可选择的实施方式中，只要硅中铝的初始量小于或等于12，OOOppmw且硅仅包含微量的其他杂质，含铝硅可包括其他形式例如但不限于锭、粒或片。硅中铝的初始量将影响整个精炼方法10，诸如例如，精炼方法10是否重复或进行多次以降低精炼硅中铝的量。在一个实施方式中，可直接向感应电炉提供含铝硅。然后在步骤100中加热含铝硅以形成熔融硅。在步骤100期间，可将硅加热至足以使硅成为熔融状态的任何温度。例如，在一个实施方式中，可将硅加热至1400°c至1700°C或1500°C至1600°C或至约1550°C的温度。如本领域技术人员理解的，加热温度可贯穿步骤100而变化。因此，当述及将含铝硅加热至约1550°C的温度时，应当理解实际温度可上下浮动且可能不在所述温度保持恒定。此外，含铝硅被加热到的温度可 取决于精炼方法10中后期步骤期间的期望温度。例如，当处于精炼方法10的随后步骤中时，与较高温度相反，利用较低温度(例如，低于约1500°C的温度)可能是优选的，在步骤100中含铝硅被加热到的温度可考虑到随后步骤的预测热量损失。因此，用于将含铝硅熔化成熔融硅的实际温度可部分地取决于估计的热量损失以及整个精炼方法10的随后步骤期望的温度二者。步骤100中对含铝硅的加热和熔化可以以多种方式实现。例如，在一个实施方式中，可使用感应电炉、电阻炉或本领域用来加热和熔化硅的任何其他技术来熔化硅。在某些实施方式中，可能期望采用具有小于3000的循环频率的感应电炉以允许剧烈搅拌，使得基本上全部的硅在其熔化时分散。在另一个实施方式中，可在煤气炉中加热含铝硅。在又一个实施方式中，可在电炉中加热含铝硅。可选择地，可使用能被操作来熔化含铝硅的任何其他加热装置以使硅被熔化。在步骤100中将含铝硅加热至熔融状态以后，将熔融硅暴露于氧。例如，在一个实施方式中，在步骤200中将熔融含铝硅转移到钢包中。钢包可包括能被操作来减少来自熔融硅的热量损失并允许向熔融材料中注入氧的任何冶金钢包。在一个实施方式中，钢包可包括精炼钢包顶部的可被操作来在熔融硅置于钢包中时促进向熔融硅中注入氧的多孔塞或喷枪(lance)。在另一个实施方式中，可将盖设置到钢包上以进一步减少来自熔融硅的热量损失。在又一个实施方式中，熔融娃可转移到能够允许向熔融娃中注入气体或气体混合物的任何其他容器、储器或其他储存装置中。 一旦在步骤200中将熔融含铝硅转移到钢包，在步骤300中将钙源加入到熔融含铝硅中。任选地，还可加入二氧化硅(SiO2)源。可选择地，可在将熔融物转移到钢包之前将钙源和任选的二氧化硅源置于精炼钢包的底部。不期望被任何一种具体的理论束缚，认为一旦熔融材料被暴露于氧，诸如例如通过向熔融材料中注入氧，那么钙源或任选地钙源与二氧化硅的混合物的加入通过产生副产物渣而促进铝的去除。也就是说，都如本文所述的，通过向熔融硅中加入适量的钙源并将熔融硅加热至期望的温度，认为钙将作为溶解的元素将其自身分布在熔融硅中并作为氧化物分布在副产物渣中。钙源可通过本领域技术人员易于获得的方法产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.01 US 61/309,1321.一种用于精炼含铝硅的方法，包括: 加热含招娃以形成溶融含招娃; 向所述含铝硅中加入钙源，所述钙源选自由钙、氧化钙和碳酸钙组成的组；以及将所述熔融含铝硅暴露于氧以产生精炼硅和副产物渣，所述精炼硅包含比所述含铝硅中的铝量少的量的铝。2.按权利要求1所述的方法，包括向所述熔融含铝硅中加入二氧化硅。3.按权利要求2所述的方法，其中加入约1.0至约10.0wt.%的二氧化硅。4.按权利要求3所述的方法，其中二氧化硅的重量％与铝的重量％的比在约20至约40的范围内。5.根据权利要求1所述的方法，其中在熔化之前，向所述含铝硅中加入所述钙源。6.按权利要求2所述的方法，其中在熔化之前，向所述含铝硅中加入所述二氧化硅。7.按权利要求1所述的方法，其中所述含铝硅中铝的初始量占约1,000至...

【专利技术属性】
技术研发人员：维舒·杜特·多萨，雷纳尔多·罗德里格斯·比塔尔，
申请(专利权)人：道康宁公司，道康宁硅巴西工业贸易有限公司，
类型：
国别省市：