一种组合熔析精炼提纯工业硅的方法技术

一种组合熔析精炼提纯工业硅的方法，属于一种制备太阳能级高纯硅技术。该方法将工业硅与锡基合金加热至完全共熔，冷却使硅重结晶析出，结晶硅酸洗后与铝基合金加热至完全共熔，冷却使硅析出，结晶硅酸洗后进行定向凝固，铸锭、切块得到高纯多晶硅。该方法操作温度在1400℃以下，能使硼、磷杂质的含量降低到太阳能级硅的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备太阳能级多晶硅技术，特别涉及。
技术介绍
随着光伏产业的快速发展，对太阳能级多晶硅的需求急剧增大，由于西门子法等化学法生产太阳能多晶硅工艺存在能耗高、成本高和污染严重等问题，冶金法制备多晶硅技术成为关注的焦点。冶金法是在不改变主体硅性质的前提下，通过酸洗、定向凝固、气化-造渣精炼、真空冶炼、高能束(电子、离子)法、合金熔析精炼等一系列组合方法脱除冶金硅中的杂质，是一种对杂质操作的逐级净化工艺，整个过程目标产物硅都处于凝聚态。由于硅的熔点高(1410°C )，冶金法提纯过程需使其始终处于高温凝聚态。在凝聚态下，硅中的金属杂质与非金属杂质的分凝系数、氧化还原性和饱和蒸汽压等可利用的分离属性差异巨大。因此，不能采用一种分离手段完成所有杂质与硅的分离，所以冶金法多采用多种分离方法进行顺序组合除杂。但由于杂质分离系数小，提纯过程传递与反应推动力小，造成单元操作过程杂质的分离效率低。冶金法目前仅通过片面提高精炼处理温度、延长提纯时间、增加提纯步骤与次数等方式来满足硅纯度所需指标，使得冶金法工艺大多速率慢、效率低、耗能高、产品不稳定。这些缺点导致冶金法很难成为太阳级多晶硅的专有生产技术。赵立新、王志等人申请的专利:一种低温去除硅中硼磷的方法(专利号为2010100620791.X，公告日期为2011年6月29日)，该专利技术涉及一种低温去除硅中硼磷的方法，该方法将工业硅经过破碎酸洗预处理，与锡基合金加热完全共熔，冷却使硅重新结晶析出，结晶硅快速铸锭，破碎酸洗可得硼、磷含量低的高纯硅。但该方法得到的高纯硅中硼磷以及典型金属杂质的含量仍然较高，达不到太阳级多晶硅的要求，由于锡在硅中的固溶度较大，最大固溶度可达5335ppmw，所以该方法得到的高纯硅中锡的含量也较高，不利于铸锭对锡的去除。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，克服冶金法工艺大多效率低、耗能高、产品不稳定等缺点，有效去除硼、磷以及金属杂质。本专利技术的组合熔析精炼提炼工业硅的生产方法是:将锡基合金加热至完全共熔，冷却使硅重新结晶，结晶硅经酸洗后与铝基合金加热至完全共熔，冷却使硅结晶，结晶硅酸洗后再进行定向凝固生长，铸锭切块，得到高纯硅。该方法包括下列各步骤:(I)工业硅破碎为粒度小于500微米颗粒，筛分得到150~500微米硅粉，用去离子水清洗4~8次,烘干；·(2)将步骤(1)中得到的工业硅粉与锡基合金混合加热，直至完全熔化为液体，将液相熔融物冷却，使硅熔析结晶析出，经过固液相分离，并破碎为粒度小于500微米颗粒，然后酸洗、漂洗和烘干，得到重结晶硅。其中硅粉与锡基合金的重量比为1:1~1:100，加热熔化温度为300~1500°C，熔析过程的冷却速率为0.1~10°C /min ；(3)将步骤(2)得到的重结晶硅与铝基合金混合加热，直至完全熔化为液体，将液相熔融物冷却，使硅熔析结晶析出，经过固液相分离，并破碎为粒度小于500微米颗粒，然后酸洗、漂洗和烘干，得到重结晶硅。其中硅粉与铝基合金的重量比为1: 0.1~1:100，加热熔化温度为600~1500°C，熔析过程的冷却速率为0.1~10°C /min。(4)将步骤(3)得到的重结晶硅进行定向凝固生长，铸锭切块，得到太阳能级高纯硅。步骤(2)所述的锡基合金为锡、铝、铜、镍、铁和镓，或它们之间两种或两种以上的混合物，纯度为99%~99.999%。步骤(2)和步骤(3)所述的酸为盐酸、硫酸、硝酸、王水、氢氟酸、醋酸，或它们之间两种及两种以上的混合物。步骤(2)和步骤(3)所述的固液相分离方式为离心分离、压滤或抽滤。步骤(2)所述的固液分离的锡基合金可循环用于熔化步骤(1)得到的硅粉。步骤(3)所述的铝基合金为铝、锡、铜、镍、铁和镓，或它们之间两种或两种以上的混合物，纯度为99%~99.999%。步骤(3)所述的固液分离的铝基合金可循环用于熔化步骤(2)得到的硅粉。步骤(4)所述的铸锭速度为I~200mm/h。本专利技术与现有技术相比的`优点在于:(I)本专利技术方法是基于化工领域的重结晶净化方法，可以使冶金硅在低温下熔化，实现硅中微量杂质在硅熔点以下的快速去除。(2)本专利技术与传统冶金法相比，能够有效降低能耗。与一次熔析精炼相比，大大提高了净化效率，并有效减少熔析介质在硅中的夹带，有利于定向凝固对于熔析介质的去除。【具体实施方式】实施例1:将IOkg工业硅块(牌号1101，产地湖南)经破碎研磨成粒径小于500微米颗粒，筛分得到150~500微米的硅粉。取100g硅粉进行水洗、烘干，得到预处理硅粉。将预处理的硅粉与金属锡(纯度为99.99%)混合，加热至1300°C完全熔化，以3°C /min冷却至室温。离心分离硅晶体，将硅晶体为粒度小于500微米颗粒，用5wt%氢氟酸在70°C酸洗6h，反应固液比为1:10，酸洗后将硅粉漂洗、烘干。然后用20wt%王水在70°C酸洗6h，反应固液比为1:10，酸洗后将硅粉漂洗、烘干。得到的硅粉与金属铝(纯度为99.99wt%)混合，加热至1300°C完全熔化，以3°C /min冷却至室温。离心分离硅晶体，将硅晶体为粒度小于500微米颗粒，用5wt%氢氟酸在70°C酸洗6h,反应固液比为1:10,酸洗后将娃粉漂洗、烘干。然后用20被％王水在701:酸洗611，反应固液比为1:10，酸洗后将硅粉漂洗、烘干。得到的硅粉进行定向凝固生长，铸锭切块得到高纯硅。提纯结果见表1。表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合熔析精炼提纯工业硅的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）工业硅破碎为粒度小于500微米颗粒，筛分得到150～500微米硅粉，用去离子水清洗4～8次，烘干；（2）将步骤（1）得到的工业硅粉与锡基合金混合加热，直至完全熔化为液体，将液相熔融物冷却，使硅结晶析出，经过固液相分离、破碎、酸洗、漂洗和烘干，得到重结晶硅，其中硅粉与锡基合金的重量比为1:1～1:100，加热熔化温度为300～1400℃，熔析过程的冷却速率为0.1～10℃/min；（3）将步骤（2）得到的重结晶硅与铝基合金混合加热，直至完全熔化为液体，将液相熔融物冷却，使硅结晶析出，经过固液相分离、破碎、酸洗、漂洗和烘干，得到重结晶硅，其中硅粉与铝基合金的重量比为1:0.1～1:100，加热熔化温度为600～1400℃，熔析过程的冷却速率为0.1～10℃/min；（4）将步骤（3）得到的重结晶硅进行定向凝固生长，铸锭切块，得到太阳能级多晶硅。

【技术特征摘要】
1.一种组合熔析精炼提纯工业硅的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)工业硅破碎为粒度小于500微米颗粒，筛分得到150~500微米硅粉，用去离子水清洗4~8次，烘干； (2)将步骤(1)得到的工业硅粉与锡基合金混合加热，直至完全熔化为液体，将液相熔融物冷却，使硅结晶析出，经过固液相分离、破碎、酸洗、漂洗和烘干，得到重结晶硅，其中硅粉与锡基合金的重量比为1:1~1:100，加热熔化温度为300~1400°C，熔析过程的冷却速率为 0.1 ~IO0C /min ； (3)将步骤(2)得到的重结晶硅与铝基合金混合加热，直至完全熔化为液体，将液相熔融物冷却，使硅结晶析出，经过固液相分离、破碎、酸洗、漂洗和烘干，得到重结晶硅，其中硅粉与铝基合金的重量比为1:0.1~1:100，加热熔化温度为600~1400°C，熔析过程的冷却速率为0.1~IO0C /min ； (4)将步骤(3)得到的重结晶硅进行定向凝固生长，铸锭切块，得到太阳能级多晶硅。2.根据权利要求1所述的组合熔析精炼提纯工业硅的方法，其特征在于:步骤(2)所述的锡基合金为锡、铝、铜、镍、铁和镓，或它们之间两种或两种以上的混合物，纯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志，胡磊，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：