本发明专利技术涉及一种磷含量低于３ｐｐｍｗ的以硅酸钙为基的熔渣，本发明专利技术进一步涉及一种生产磷含量低的以硅酸钙为基的熔渣的方法，其中用容器中的熔融铁硅合金处理熔融的以硅酸钙为基的熔渣，从而以硅酸钙为基的熔渣中的磷转移到铁硅合金中，并从容器中将低磷的以硅酸钙为基的熔渣移出。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
用于熔融硅处理的以硅酸钙为基的熔渣
本专利技术涉及一种磷含量非常低的以硅酸钙为基的熔渣，一种生产这种磷含量非常低的以硅酸钙为基的熔渣的方法，和该以硅酸钙为基的熔渣来从熔融硅中去除硼和磷的应用。
技术介绍
在精炼冶金级硅以得到用于生产太阳能电池(太阳能级硅)的纯硅的方法中，已知的方法是通过利用该以硅酸钙为基的熔渣处理熔融硅的方式去除硼。这种方法已在美国专利US 5,788,945中被公开。为了将硅中硼去除到可接受的低含量，需要使用硼含量低的熔渣。对于太阳能级硅的磷含量也有着严格的要求。从而太阳能级硅的磷含量应该少于3ppmw。为去除硼而进行的硅的熔渣处理也影响着硅中的磷含量。从而熔渣中的磷和硅中的磷之间的分布系数十分低，并在0.1到0.3的范围内。假如用于从硅中去除硼的以硅酸钙为基的熔渣含有很多磷时，硅中的磷含量会因此在熔渣处理时增加。因此使用磷含量低的以硅酸钙为基的熔渣来从硅中去除硼是重要的。当由CaO和SiO2制备含磷低的以硅酸钙为基的熔渣时很难找到磷含量足够低的CaO源。为了在以硅酸钙为基的熔渣的熔渣处理时不增加硅中的磷含量，以硅酸钙为基的熔渣的磷含量应尽可能低并优选低于3ppmw。专利技术概述本专利技术目的在于提供一种磷含量非常低的以硅酸钙为基的熔渣和一种从以硅酸钙为基的熔渣中去除磷的方法，其中利用低成本的CaO和SiO2源来生产熔渣。因此，首先本专利技术涉及一种用于熔融硅处理的以硅酸钙为基的熔渣，该熔渣具有低于3ppmw的磷含量。在一优选实施方式中该以硅酸钙为基的熔渣的磷含量低于1ppmw。-->在一优选实施方式中该以硅酸钙为基的熔渣的CaF2和/或MgO含量总共不超过30重量％，以降低熔渣的粘性和增加硅中磷和硼的去除。在另一优选实施方式中该以硅酸钙为基的熔渣含有BaF2、BaO、LiF和Li2O的一种或多种，总量不超过10重量％以调整该熔渣的密度，使得在熔渣处理之后方便从硅中去除熔渣。在另一优选实施方式中该以硅酸钙为基的熔渣含有Al2O3，以能够调整用熔渣处理的硅中铝含量。其次本专利技术涉及了一种磷含量低的以硅酸钙为基的熔渣的生产方法，该方法的特征在于在容器中用熔融的铁硅合金处理熔融的以硅酸钙为基的熔渣，从而使得在以硅酸钙为基的熔渣中的磷转移到铁硅合金中，并将熔融低磷的以硅酸钙为基的熔渣同熔融的铁硅合金分离。在一优选实施方式中在容器中提供铁硅合金的熔融层，随后将SiO2源、CaO源供应到铁硅合金层的顶部以形成熔融的以硅酸钙为基的熔渣层，从而将以硅酸钙为基的熔渣中的磷转移到铁硅合金中，并将低磷的以硅酸钙为基的熔渣从容器中移出。优选该铁硅合金含有至多30重量％的硅，余量除正常含量的杂质外为铁。更优选该铁硅合金含有10-20重量％的硅。铁硅合金中硅含量应当平衡以硅酸钙为基的液态熔渣中的SiO2的量，以防止熔渣的硅进入铁硅合金并因此改变熔渣的组成。在另一实施方式中，通过和熔渣形成化合物SiO2和CaO一起添加Fe2O3和Si，可原位生成熔融铁硅合金。加热时通过添加一些Si将Fe2O3还原成Fe并形成铁硅合金。在该实施方式中应调整供给的SiO2量以补偿当Si还原Fe2O3时产生的SiO2量，以得到合适的以硅酸钙为基的熔渣最终组成物。为了提高熔融的以硅酸钙为基的熔渣和熔融铁硅合金之间的反应速度，往容器中添加还原性和/或惰性气体或这些气体的混合物以搅动以硅酸钙为基的液态熔渣和熔融铁硅合金层。通常，将一氧化碳和氢气当作还原性气体添加，将氮气及氩气当作惰性气体添加。通过本专利技术的方法我们惊喜地发现以硅酸钙为基的熔渣中几乎100％的磷转移到铁硅合金中。而且，只有少量的铁从铁硅合金中转移到以硅酸钙为基的熔渣中。-->通过本专利技术的方法我们可以从初始含至少30ppmw磷的硅酸钙熔渣中得到磷含量在1ppmw以下的以硅酸钙为基的熔渣。可利用便宜的石灰和石英源生成高质量的以硅酸钙为基的熔渣，该熔渣从熔融硅中去除硼和磷的性能优良。在一实施方式中经处理被用于去除磷的以硅酸钙为基的熔渣是用于熔融硅的熔渣处理的熔渣，并因此具有增加的磷含量。这样可将源于熔融硅处理的以硅酸钙为基的熔渣再生和再利用，从而大大减少熔融硅的熔渣处理的成本并避免了处理大量使用过的以硅酸钙为基的熔渣。本专利技术的方法可在传统的高温炉如感应炉和电弧炉中进行。在一优选的实施方式中使用了电弧炉，该电弧炉有着垂直的电极并配有底部附近的下部出渣口和较高处的上部出渣口。该方法开始是在炉底部设置熔融的铁硅合金层，而该铁硅层的顶部正好在上部出渣口之下。之后添加熔渣形成化合物或用于再生的已使用的熔渣直至熔融渣层超过上部出渣口一段距离。当结束添加熔渣形成化合物时，将熔渣的熔融层放置在炉中一段预定的时间以确保熔渣中的磷转移到铁硅合金中。然后打开上部出渣口并将高于该出渣口的熔渣排出炉外。排渣之后，关闭上部出渣口并进一步向炉中添加熔渣形成化合物。当铁硅合金中的磷含量增加到预设值时，将铁硅合金由下部出渣口排渣并重复进行上述步骤。这样就得到一种半连续的，低成本生产低磷含量的以硅酸钙为基的熔渣的方法。本专利技术也涉及利用本专利技术方法生产的熔渣从熔融硅中去除硼和磷。专利技术的详细说明实施例1在感应炉的底部放置由85重量％的Fe和15重量％Si组成的熔融铁硅合金层。往感应炉中添加120克磷含量为4ppmw的石英和130克磷含量为35ppmw的石灰并在熔融铁硅层的顶部熔化它们。液态熔渣中初始磷含量基于石英和石灰中磷含量计算达到20ppmw。利用不同气体组合物搅动该熔融物来做三个测试。通过石墨管加入搅动气体。熔渣在处理后被排出感应炉并分析其磷、硼、CaO、SiO2和Fe2O3。表1中显示该分析结果。-->表1 化学分析测试号 搅动气体 P* [ppmw] B [ppmw] CaO [重量％] SiO2 [重量％] Fe2O3 [重量％] A Ar-5％H2 ＜2.5 8.1 53.44 46.48 0.12 B Ar-25％CO ＜2.5 8.4 53.36 46.55 ＜0.12 C Ar ＜2.5 8.1 53.01 47.60 0.12*熔渣中P的检测限值：2.5ppmw(ICP)该表1的结果显示对三种熔渣来说生成的熔渣中的磷含量都低于检测限值2.5ppm。基于在熔融硅熔渣处理中使用的已生成熔渣的物料平衡计算，可发现实际上生成的三种熔渣的磷含量约0.1ppmw。而且，表1显示三种熔渣中的Fe2O3含量非常低，意味着只有微量的铁从铁硅合金中转移到熔渣相中。实施例2利用实施例1中生成的三种熔渣A，B和C来从熔融硅中去除硼和磷。熔融的冶金级硅含有47ppmw的硼，9ppmw的磷和0.25重量％的铁，使用实施例1中生成的熔渣A，B和C处理该熔融的冶金级硅。所有试验的熔渣对硅的比例都是2.6。分析已用的熔渣和处理过的硅中磷、硼和铁含量。结果示于表2。表2 Pppmw Bppmw Fe重量％ 熔渣 熔渣中 硅中 熔渣中 硅中 硅中 A 2.5* 3 25.5 8.6 0.4 B 2.5* 4 25.1 8.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于熔融硅处理的以硅酸钙为基的熔渣，其特征在于该熔渣具有低于３ｐｐｍｗ的磷含量。
【技术特征摘要】
NO 2002-5-22 200224091.一种用于熔融硅处理的以硅酸钙为基的熔渣，其特征在于该熔渣具有低于3ppmw的磷含量。2.如权利要求1的以硅酸钙为基的熔渣，其特征在于该熔渣的磷含量低于1ppmw。3.如权利要求1的以硅酸钙为基的熔渣，其特征在于该熔渣进一步包含不超过30重量％的CaF2和/或MgO，以降低熔渣的粘性。4.如权利要求1的以硅酸钙为基的熔渣，其特征在于该熔渣进一步含有BaF2、BaO、LiF和Li2O的一种或多种，并且含量不超过10重量％以调节该熔渣的密度。5.如权利要求1的以硅酸钙为基的熔渣，其特征在于该熔渣含有Al2O3，以控制用熔渣处理的硅中的铝含量。6.一种低磷的以硅酸钙为基的熔渣的生产方法，其特征在于在容器中用熔融的铁硅合金处理熔融的以硅酸钙为基的熔渣，从而使得在以硅酸钙为基的熔渣中的磷转移到铁硅合金中，并将低磷的以硅酸钙为基的熔渣从容器中移出。7.如权利要求6的方法，其特征在于在容器中提供铁硅合金的熔融层，之后再...
【专利技术属性】
技术研发人员：E埃内巴克，GM特拉内尔，R特龙斯塔，
申请(专利权)人：埃尔凯姆公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]
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