一種抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法技術

本發明專利技術涉及一種抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法。其步驟為：1）將造渣劑裝入中頻爐石墨坩堝中加熱熔化，得到渣夜，保溫；2）在礦熱爐出硅液過程中，向抬包底部持續通入空氣和氧氣的混合氣體；3）待出硅液完成后，將中頻爐石墨坩堝中的渣液倒入抬包中，同時往抬包里通入氧化性混合氣體進行精煉；4）抬包精煉后，將硅渣一起倒入結晶器實現渣硅分離，得到提純后的低磷硼多晶硅原料。本發明專利技術具備充分利用和節約能源、除磷硼效果好，環境無污染等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種多晶硅提純
，特別是涉及。
技術介紹
光伏能源是21世紀最重要的新能源之一。近年來，全球光伏產業高速發展，世界各國為了滿足光伏產業的迅速發展，都致力于開發低成本、低能耗的太陽能多晶硅新制備技術和工藝，例如改良西門子法、新硅烷法、硫化床法、冶金法等。其中，冶金法提純多晶硅工藝相對簡單，成本低廉，且對環境造成的污染相對較小，已成為太陽能級多晶硅的主要發展方向。正常的中頻爐造渣，原料是固體工業硅(抬包接硅液凝固后)，其原理是將硼氧化成氧化硼進入SiO2渣里，工藝流程為:加熱化硅一投造渣劑、熔化一倒出硅和渣、凝固。針對冶金法多晶硅中的P、B，由于分凝系數大，難以去除的難題，國內大部分廠家普遍采用等離子或造渣除硼技術，對礦熱爐冶煉出來凝固后的固態金屬硅進行重新熔化精煉，能耗大，成本高。因此，如何充分利用礦熱爐出硅液體的熱量，在抬包中采用通氣和造渣的方式進一步去除娃中難除雜質P、B、Al、Ca,避免重新化娃的熱量損耗,節省電能進一步降低成本，以及抬包沒有供熱而造成的造渣劑用量高，易粘包，不能完全熔化等問題，是冶金法多晶硅提純工藝中的一個難題。專利CN102344142A公開了一種去除硼的硅提純方法，通過將硅加熱重新熔化成硅液，采用通氣和造渣的方法去除硅中硼雜質。專利CN101671023A公開了一種多晶硅除硼提純方法，通過采用中頻爐感應加熱將硅熔化成硅液，通過二次造渣去除硅中硼雜質。上述專利均采用將硅重新熔化的方法，進一步提純多晶硅，耗能大，成本高。`專利CN102583389A公開了一種爐外精煉提純工業硅的方法，通過在自帶加熱系統的抬包中吹混合精煉氣體和以SiO2-CaO為基礎渣的復合渣系的氣固混合物，實現爐外精練。由于自帶加熱系統的抬包，設計困難、易損壞、成本高且SiO2-CaO復合渣系除硼效果差，用量多，不適合工業上推廣。CN102001662A公開了一種去除工業硅中硼、磷及其它雜質的綜合利用方法，該方法為采用濕法冶金、氧化造渣和電子束熔煉去除多晶硅中硼、磷及其它雜質。包括:用濕法冶金酸洗方式去除硅中的雜質獲得低雜質多晶硅，再用中頻感應加熱對低雜質多晶硅進行氧化造渣熔煉，通過造渣劑的氧化方式去除多晶硅中的雜質硼，從而獲得低硼多晶硅，再次用電子束熔煉去除低硼多晶硅中的磷雜質獲得低金屬低硼低磷多晶硅。該法中應用的造渣劑為Na2CO3-SiO2-Ca體系。應用該法可將B含量5 lOppm、P含量40 70PPM、金屬雜質含量2000 3000ppm的2 3N工業硅，通過濕法冶金、氧化造渣、電子束熔煉等一系列綜合工藝流程生產出B < 0.3ppm、P < 0.5PPM、金屬雜質< Ippm的高純多晶硅，進而達到太陽能級多晶硅的鑄錠入爐料使用要求。該方法操作步驟繁瑣，而且將造渣劑直接投入硅液中，損失大。CN102583386A公開了一種摻雜氯化物的渣系去除工業硅中硼磷雜質的方法，涉及工業硅的提純方法。將工業硅加入石墨坩堝中；啟動中頻感應電源加熱，按功率增加依次添加造渣劑到石墨坩堝中；待物料熔化后，維持功率不變，反應溫度控制在1600 1800°C，使硅液和造渣劑混合反應；造渣充分后，降低中頻頻率，將渣系倒入應接水箱中，水冷后硅與渣基本分離，取樣經等離子電感耦合質譜儀分析測量硅中B，P雜質含量。所述造渣劑組分主要為Na2CO3-SiO2-RCl (CaCl2、MgCl2、AlCl3),通過所添加的氯化物組分的特殊作用，并且結合新的工藝流程，最低能將多晶硅中雜質B的含量降到0.2ppm, P的含量降到lppm。但是由于氯化物的特點是易揮發，采用固體氯化物造渣劑直接投入工業硅中，損失大。綜上所述，對于如何充分利用礦熱爐出硅液的熱量，在抬包中采用通氣和造渣的方式進一步去除娃中難除非金屬雜質雜質P、B和金屬雜質Al、Ca,避免重新化娃的熱量損耗，節省電能進一步降低成本，以及抬包無法供熱而造成的造渣劑用量高、化渣量少、易粘包、不能完全熔化等問題并沒有提出很好的改進措施，有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
為避免重新化硅的能源損耗、成本高、造渣劑除硼效果差和用量多，本專利技術的目的在于提供。該方法采用將混合渣系投入由石墨坩堝和氧化鋁磚組成的復合坩堝中，通過中頻爐感應熔化，保溫，避免化渣過程中分解產生的CO2對上部石墨樹禍的腐蝕；礦熱爐出娃完成后，在抬包中通過利用抬包中娃液余熱、用喊性碳酸鹽、堿金屬氯化物和二氧化硅的混合渣系和氧化性氣體對硅液進行精煉，大幅度地去除硅中P、B及金屬雜質。為實現本專利技術的目的，本專利技術采用如下技術方案:，其中，所述的方法包括以下步驟:1)將造渣劑裝入中頻爐石墨坩堝中加熱熔化，得到渣夜，保溫；2)在礦熱爐出硅液過程中，向抬包底部持續通入空氣和氧氣的混合氣體；3)待出娃液完成后，將中頻爐石墨樹禍中的潘液倒入抬包中，冋時往抬包里通入氧化性混合氣體進行精煉；4)抬包精煉后，將硅渣一起倒入結晶器實現渣硅分離，得到提純后的低磷硼多晶硅原料。針對抬包無法供熱、化渣量少的缺點，本專利技術首先采用在中頻爐石墨坩堝中預先熔化造渣劑，不僅解決了抬包無法供熱、化渣量少的缺點，而且解決了造渣劑用量大、易粘包、不能完全熔化等問題，使抬包精煉更充分，除磷硼效果更好；緊接著，本專利技術在礦熱爐出硅液過程中，向抬包底部通入空氣和氧氣的混合氣體，待出硅液完成后，將渣夜倒入抬包中，在抬包中直接對硅液進行造渣，節省化硅過程的能耗，并且由于抬包是由耐火磚制成的，成本低；而在造渣的同時，本專利技術結合往抬包里通入氯氣等氧化性氣體，去除效果更好，同時在抬包中硅液一直翻滾，對硅和渣的接觸更充分，產生了硼磷低沸點化合物，如氯化硼等，易揮發除去。本專利技術所提供的抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法中，其中，步驟I)中所述的造渣劑為堿金屬碳酸鹽、堿金屬氯化物和二氧化硅的組合物，其組成按質量百分比為:堿金屬氯化物為5% 10%，余量為堿金屬碳酸鹽和SiO2，其中堿金屬碳酸鹽和SiO2的質量比為1:1CN102583386A 公開了一種摻雜氯化物的渣系 Na2CO3-SiO2-RCl (CaCl2, MgCl2,AlCl3)去除工業硅中硼磷雜質的方法，該方法是直接將固態氯化物造渣劑投入工業硅中，但是由于氯化物的特點是易揮發，采用固體氯化物造渣劑直接投入工業硅中，損失很大。針對此，本專利技術采用預熔造渣劑，再倒渣，減少了損失。同時，本專利技術采用堿金屬碳酸鹽氧化物、堿金屬氯化物及SiO2渣系混合物和氧化性氣體同時精煉，將硅中的硼氧化成氧化硼進入渣系，同時生成的氯化硼(沸點12.5°C)易揮發，渣系成本低，污染少，有利于大規模產業化推廣；且摻雜的氯化物為堿金屬氯化物，對氯離子電離能力更強。進一步的，所述的堿性碳酸鹽為Na2CO3或K2CO3中的一種或兩種的組合；所述的堿金屬氯化物為NaCl或KCl中的一種或兩種的組合。盡管氯化鈉、氯化鉀沸點更低，更易揮發，更易造成損失大的問題，但本專利技術通過預熔造渣劑的方法，很好地解決了該問題。本專利技術中，步驟I)中所述的保溫為保持渣液溫度在1450 1600°C范圍內。步驟2)中在出硅液過程中，控制硅液與步驟I)的渣液的質量比為1:0.5 2，優選1:0.5 1.5，更優選1:0.5 I。步驟2)中所述的空氣和氧氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟：1）將造渣劑裝入中頻爐石墨坩堝中加熱熔化，得到渣夜，保溫；2）在礦熱爐出硅液過程中，向抬包底部持續通入空氣和氧氣的混合氣體；3）待出硅液完成后，將中頻爐石墨坩堝中的渣液倒入抬包中，同時往抬包里通入氧化性混合氣體進行精煉；4）抬包精煉后，將硅渣一起倒入結晶器實現渣硅分離，得到提純后的低磷硼多晶硅原料。

【技術特征摘要】
1.一種抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: 1)將造渣劑裝入中頻爐石墨坩堝中加熱熔化，得到渣夜，保溫； 2)在礦熱爐出硅液過程中，向抬包底部持續通入空氣和氧氣的混合氣體； 3)待出硅液完成后，將中頻爐石墨坩堝中的渣液倒入抬包中，同時往抬包里通入氧化性混合氣體進行精煉； 4)抬包精煉后，將硅渣一起倒入結晶器實現渣硅分離，得到提純后的低磷硼多晶硅原料。2.根據權利要求1所述的抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法，其特征在于，步驟I)中所述的造渣劑為堿金屬碳酸鹽、堿金屬氯化物和二氧化硅的組合物，其組成按質量百分比為:堿金屬氯化物為5% 10%，余量為堿金屬碳酸鹽和SiO2，其中堿金屬碳酸鹽和SiO2的質量比為1:1。3.根據權利要求2所述的抬 包精煉制備低磷硼多晶硅的方法，其特征在于，所述的堿金屬碳酸鹽為Na2CO3或K2CO3中的一種或兩種的組合，所述的堿金屬氯化物為NaCl或KCl中的一種或兩種的組合。4.根據權利要求1所述的抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法，其特征在于，步驟I)中所述的保溫為保持渣液溫度在1450 1600°C范圍內。5.根據權利要求1所述的抬包精煉制備低磷硼多晶硅的方法，其特征在于，步驟2)中在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李偉生，龔炳生，劉文富，
申請(專利權)人：福建興朝陽硅材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：