工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法技术

本发明专利技术公开了工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法：(a)选取两个同批次同型号的坩埚A、坩埚B，测定其质量为mA1、mB1；(b)称取M克真空熔炼产物，置于坩埚A中，加水润湿，依次加入1～3ml密度为1.84g/ml的硫酸、8ml密度为1.15g/ml的氢氟酸、5ml密度为1.42g/ml的硝酸，对坩埚A低温加热蒸发直至内部干燥；(c)将坩埚A、坩埚B共同置于高温炉内，在850～1000℃的高温下灼烧30～40min，将坩埚A、坩埚B共同冷却至室温，称取此时重量分别记为mA2、mB2；(d)计算真空熔炼产物中硅的百分含量：Si(％)＝[M‑(mA2‑mA1)×S‑(mB2‑mB1)]÷M×100％。本发明专利技术用以解决现有技术中不便直接对工业硅的硅纯度进行测定的问题，实现简单、快速的对冶金行业中工业硅纯度进行检测的目的。

【技术实现步骤摘要】
工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法
本专利技术涉及工业硅领域，具体涉及工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法。
技术介绍
工业硅又称金属硅，是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98％左右(近年来，含Si量99.99％的也列在金属硅内)，其余杂质为铁、铝、钙等。因其用途不同而划分为多种规格，按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。金属硅的附加产品包括微硅粉，边皮硅，黑皮硅，金属硅渣等，其中微硅粉也称硅灰，它广泛应用于耐火材料和混凝土行业。现有技术中，对于工业硅中硅含量的测定还没有成熟的检验方法，只有国家商检标准中对于金属硅中铁、铝、钙含量的容量检测方法，对于经过真空熔炼炉所生产出的工业硅而言，其中硅含量的准确测定一直是业内难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，以解决现有技术中不便直接对真空熔炼炉所生产出的工业硅的硅纯度进行测定的问题，实现简单、快速的对冶金行业中工业硅纯度进行检测的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，包括以下步骤：(a)选取两个同批次同型号的铂坩埚，分别标记为坩埚A、坩埚B，分别测定其质量为mA1、mB1；(b)称取M克真空熔炼产物，置于坩埚A中，加水润湿，之后依次加入1～3ml密度为1.84g/ml的硫酸、8ml密度为1.15g/ml的氢氟酸、5ml密度为1.42g/ml的硝酸，待坩埚A内反应停止后，对坩埚A低温加热蒸发直至内部干燥；(c)再将坩埚A、坩埚B共同置于高温炉内，在850～1000℃的高温下灼烧30～40min，取出坩埚A、坩埚B，将坩埚A、坩埚B共同置于干燥器中冷却至室温，称取此时坩埚A、坩埚B的重量分别记为mA2、mB2；(d)计算真空熔炼产物中硅的百分含量：Si(％)＝[M-(mA2-mA1)×S-(mB2-mB1)]÷M×100％，其中S为氧化系数。针对现有技术中不便直接对真空熔炼炉所生产出的工业硅的硅纯度进行测定的问题，本专利技术提出工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，本方法首先选取两个同批次同型号的铂坩埚，分别标记为坩埚A、坩埚B，分别测定其质量为mA1、mB1；之后以坩埚A为检测容器，称取M克真空熔炼产物，置于坩埚A中，加水润湿，之后依次加入1～3ml密度为1.84g/ml的硫酸、8ml密度为1.15g/ml的氢氟酸、5ml密度为1.42g/ml的硝酸，待坩埚A内反应停止后，对坩埚A低温加热蒸发直至内部干燥，此过程中首先利用密度为1.84g/ml的浓硫酸对杂质进行清除，营造酸性环境，之后由氢氟酸法对除硅元素以外的其余金属元素进行还原，通过氢氟酸逐渐生成氟化盐，最后补充的密度为1.42g/ml的浓硝酸补充氢离子，确保反应在酸性环境下结束，不会有未被还原的铁铝钙等金属元素，同时生成的氟化硅会自然挥发。再以坩埚B为参照系，将坩埚A、坩埚B共同置于高温炉内，在850～1000℃的高温下灼烧30～40min，取出坩埚A、坩埚B，将坩埚A、坩埚B共同置于干燥器中冷却至室温，称取此时坩埚A、坩埚B的重量分别记为mA2、mB2；从而将被还原的金属元素重新氧化得到金属氧化物，通过高温烧结使得金属氧化物彻底固化、氟化硅彻底挥发，混合物中不再有水分干扰总体质量，在干燥室中进行冷却也是为了防止冷却过程中水蒸气的混入。此过程中引入坩埚B作为参照物，将坩埚B自身进行同样的加热、冷却与干燥，由于坩埚B与坩埚A同批次同型号，因此两者的成分一致，通过对比坩埚B在烧结前后自身的质量变化，从而为坩埚A提供参照数据，避免坩埚A自身变化导致的检测质量误差。通过公式Si(％)＝[M-(mA2-mA1)×S-(mB2-mB1)]÷M×100％，得到的Si(％)即是工业硅中的硅纯度。上述公式中，(mA2-mA1)为最终残留在坩埚A内的金属氧化物的质量，(mB2-mB1)是以坩埚B为参照的坩埚A自身质量变化，S为氧化系数，即是将金属氧化物的质量转换成对应的金属单质的质量，从而得到总量为M的真空熔炼产物中金属单质的质量。通过总质量M减去金属单质的质量、再减去坩埚A自身可能存在的质量变化，再除以总质量M，即能够得到硅单质在真空熔炼产物中的纯度。本方法操作简单，设备要求低，唯一需要的高温炉也可使用化学实验室中常见的高温电阻炉等实现，无需高级昂贵的设备，对工业硅的纯度检测不仅易于上手、效率极高，还有利于成本控制。进一步的，氧化系数S的获取方法为：获取步骤(c)完成后坩埚A中剩余残留物中三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙各自的重量分别为a、b、c，计算三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙分别的重量占比为x＝a/(a+b+c)，y＝b/(a+b+c)，z＝c/(a+b+c)，则S＝0.7x+0.529y+0.714z。本方案中对于氧化系数S给出了更加精确细致的计算方法，目的在于更加提高S的精度，从而提高最终获取的Si(％)的精度。具体的，针对真空熔炼所生产的工业硅中杂质主要是三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙、其余杂质可忽略不计的特点，特将高温烧结冷却后的残留物中的三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙的重量进行分别获取，获取方法本领域技术人员采用现有的物理或化学方式都能够将这三种氧化物进行区分，因此在此不做赘述，如根据它们各自不同的相对分子质量，利用不同密度的不溶解其中的溶液进行分层的物理方法即可实现；或利用它们各自的氧化性的不同，利用与不同还原剂进行化学反应来得以区分。三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙各自的重量分别为a、b、c，因此求得的a、b、c即为各自的重量占比，而S＝0.7x+0.529y+0.714z中，0.7、0.529、0.714分别为三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙根据相对分子质量换算成对应的铁、铝、钙单质的系数，因此本方案中的S是通过对三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙各自的换算系数取加权平均值得到的，其精度和准度都有显著的提升，对于提高本方法的检测精度有非常积极的效果。优选的，步骤(b)中氢氟酸沿坩埚A内壁加入，硫酸和硝酸均由刻度吸管滴入在真空熔炼产物上。优选的，步骤(b)中低温加热的温度范围为80～90℃。确保在水的沸点以下加热排水，避免水分在反应产物表面与内部沸腾导致产生溅出坩埚。优选的，步骤(b)中依次加入硫酸、氢氟酸、硝酸后，对坩埚A加盖，直至反应停止。避免浓硫酸、浓硝酸的挥发影响反应速率。优选的，选取的坩埚A、坩埚B需满足|mA1-mB1|＜20g。本方案中选取的坩埚A、坩埚B质量差在20g以内，使得坩埚B能够为坩埚A提供更加有参考价值的重量变化数据，避免坩埚A和坩埚B之间因初始质量相差太大、材料差距过多而导致的自身重量变化差异过大的情况，进一步提高本方法的准确性。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，通过公式Si(％)＝[M-(mA2-mA1)×S-(mB2-mB1)]÷M×100％，得到的Si(％)即是工业硅中的硅纯度。上述公式中，(mA2-mA1)为最终残留在坩埚A内的金属氧化物的质量，(mB2-mB1)是以坩埚B为参照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)选取两个同批次同型号的铂坩埚，分别标记为坩埚A、坩埚B，分别测定其质量为mA1、mB1；(b)称取M克真空熔炼产物，置于坩埚A中，加水润湿，之后依次加入1～3ml密度为1.84g/ml的硫酸、8ml密度为1.15g/ml的氢氟酸、5ml密度为1.42g/ml的硝酸，待坩埚A内反应停止后，对坩埚A低温加热蒸发直至内部干燥；(c)再将坩埚A、坩埚B共同置于高温炉内，在850～1000℃的高温下灼烧30～40min，取出坩埚A、坩埚B，将坩埚A、坩埚B共同置于干燥器中冷却至室温，称取此时坩埚A、坩埚B的重量分别记为mA2、mB2；(d)计算真空熔炼产物中硅的百分含量：Si(％)＝[M‑(mA2‑mA1)×S‑(mB2‑mB1)]÷M×100％，其中S为氧化系数。

【技术特征摘要】
1.工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)选取两个同批次同型号的铂坩埚，分别标记为坩埚A、坩埚B，分别测定其质量为mA1、mB1；(b)称取M克真空熔炼产物，置于坩埚A中，加水润湿，之后依次加入1～3ml密度为1.84g/ml的硫酸、8ml密度为1.15g/ml的氢氟酸、5ml密度为1.42g/ml的硝酸，待坩埚A内反应停止后，对坩埚A低温加热蒸发直至内部干燥；(c)再将坩埚A、坩埚B共同置于高温炉内，在850～1000℃的高温下灼烧30～40min，取出坩埚A、坩埚B，将坩埚A、坩埚B共同置于干燥器中冷却至室温，称取此时坩埚A、坩埚B的重量分别记为mA2、mB2；(d)计算真空熔炼产物中硅的百分含量：Si(％)＝[M-(mA2-mA1)×S-(mB2-mB1)]÷M×100％，其中S为氧化系数。2.根据权利要求1所述的工业硅真空熔炼产物的纯度检测方法，其特征在于，氧化系...

【专利技术属性】
技术研发人员：羊实，周旭，
申请(专利权)人：永平县泰达废渣开发利用有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53