一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法技术

本发明专利技术涉及一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法，属于冶金精炼技术领域。将硅铁合金或冶金级硅切割成颗粒状；将得到的颗粒状硅铁合金或冶金级硅置于悬浮设备中，抽真空至0.5~2Pa，通入体积比为1：1~1：3的Ar‑H2的混合气体，控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w预热硅铁合金或冶金级硅至1100~1400℃；继续控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w将硅铁合金或冶金级硅悬浮并完全熔化，完全熔化后继续悬浮10~40min进行硅铁合金或冶金级硅脱硼。本发明专利技术在需要使用精炼剂的前提下，实现高效、深度、环保的脱硼目的。

【技术实现步骤摘要】
一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法
本专利技术涉及一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法，属于冶金精炼

技术介绍
随着经济社会的发展，环境保护日益重要，低碳、环保、节能减排已成为当今社会各界关注的焦点。太阳能因其具有安全、干净、可再生、永不枯竭等特点，已成为人类使用能源的重要组成部分。硅基太阳能电池作为人类利用太阳能的重要工具，在全球光伏产业迅速发展的大背景下也呈现出蓬勃的发展势头。目前，太阳能电池级多晶硅主要采用改良西门子法生产，但该方法存在着工艺复杂、投资大、成本高、产出效率低等缺点，极大地制约了太阳能光伏产业的高速发展。因此，研发一种针对于太阳能电池的多晶硅高效、低成本生产技术是光伏产业未来发展的必然趋势。冶金级硅作为太阳能级多晶硅生产的重要原材料，硼作为冶金级硅制备太阳能级硅过程中一种较难除去的杂质，其含量过高将使硅基太阳能电池电阻率过低，从而影响太阳能电池的光电转化效率。由于硼在硅中分凝为0.9，接近于1，因而无法使用定向凝固和高温真空蒸发等方法有效除去。目前，比较有效的冶金级硅中硼脱除方法为熔渣氧化精炼，但存在着造渣剂使用量大、精炼渣与硅难分离、硼脱除效率低等缺点，因此专利技术一种工艺简单、成本低廉等脱硼方法成为科研人员一直努力追求的高品质太阳能级硅生产技术的重要内容。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法。本专利技术在需要使用精炼剂的前提下，实现高效、深度、环保的脱硼目的。本专利技术通过以下技术方案实现。一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法，其具体步骤如下：步骤1、将硅铁合金或冶金级硅切割成颗粒状；步骤2、将步骤1得到的颗粒状硅铁合金或冶金级硅置于悬浮设备中，抽真空至0.5~2Pa，通入体积比为1：1~1：3的Ar-H2的混合气体，控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w预热硅铁合金或冶金级硅至1100~1400℃；继续控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w将硅铁合金或冶金级硅悬浮并完全熔化，完全熔化后继续悬浮10~40min进行硅铁合金或冶金级硅脱硼。所述步骤1中颗粒状为圆形颗粒，直径为2.7~4mm。所述步骤2中Ar-H2的混合气体流量为0.3~2L/min。上述步骤2中悬浮设备为能通过线圈高频交流电来产生变化的磁场，引起线圈内部磁通量发生变化，从而使处于线圈中的不锈钢产生感应电流，使颗粒状不锈钢能够悬浮和融化的现有设备，包括专利技术人申报的专利申请号为201721813051.1的技术设备。本专利技术的原理：（1）通过线圈高频交流电来产生变化的磁场，从而引起线圈内部磁通量发生变化，使处于线圈中的冶金级硅或硅铁产生感应电流，根据弗莱明左手定则，冶金级硅或硅铁合金则受到线圈的反向作用磁力实现悬浮；根据欧姆定律，冶金级硅或硅铁合金因为内部的感生电流产生焦耳热而实现熔化。（2）当冶金级硅或硅铁合金处于熔化状态时，硼则会在气液表面与净化气体发生挥发反应，反应如下：其中,为定值，表示反应标准吉布斯自由能；R为摩尔气体常数，8.315J/(mol·K)；T为反应温度；表示氢气在气相中分压；表示（BH或者BH2）在气相中分压，表示标准大气压；表示硼在冶金级硅或者硅铁熔体中活度系数；表示B在冶金级硅或者硅铁熔体中的含量，为非标准状态下（一定温度、一定压力条件下）脱硼反应的吉布斯自由能。由于为外部给入的分压，保持在一定水平；当冶金级硅或硅铁熔滴处于真空条件下，则将一直处于一个非常小的状态，因此反应的为负数，则硼在气液表面的反应则会一直进行下去，直到熔体中硼达到一个很低水平。本专利技术的有益效果为：（1）与现有的冶金级硅或硅铁合金脱硼技术相比，本方法不使用精炼剂以及氢氟酸、硝酸等化学物品，避免了放出有害气体、环境污染、危害副产物等不利影响。（2）本方法的冶金级硅或者硅铁合金脱硼过程操作简单，且反应过程中熔体不与坩埚接触，内部还存在电磁搅拌现象，因此能够实现冶金级硅或硅铁的合金的深度、快速脱硼，更不会引入新的杂质对硅或者硅铁造成影响。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1该硅铁合金脱硼的方法，其具体步骤如下：步骤1、将硅铁合金切割成颗粒状；硅铁合金中硼含量为0.0038wt%；颗粒状为圆形颗粒，直径为4mm；步骤2、将步骤1得到的1.23g颗粒状硅铁合金置于悬浮设备中，抽真空至1Pa，通入体积比为1：1的Ar-H2的混合气体（Ar-H2的混合气体流量为2L/min），控制输入电流为85A、频率为350kHz、输入功率为5100w预热硅铁合金至1150℃变为浅红色；继续控制输入电流为85A、频率为350kHz、输入功率为5100w将硅铁合金悬浮并完全熔化，完全熔化后继续悬浮40min进行硅铁合金脱硼。经本方法脱硼后硅铁合金中硼含量为0.0021wt%，脱硼率为44.73%。实施例2该硅铁合金脱硼的方法，其具体步骤如下：步骤1、将硅铁合金切割成颗粒状；硅铁合金中硼含量为0.0038wt%；颗粒状为圆形颗粒，直径为2.7mm；步骤2、将步骤1得到的0.391g颗粒状硅铁合金置于悬浮设备中，抽真空至2Pa，通入体积比为1：3的Ar-H2的混合气体（Ar-H2的混合气体流量为0.3L/min），控制输入电流为50A、频率为180kHz、输入功率为4500w预热硅铁合金至1250℃变为浅红色；继续控制输入电流为50A、频率为180kHz、输入功率为4500w将硅铁合金悬浮并完全熔化，完全熔化后继续悬浮10min进行硅铁合金脱硼。经本方法脱硼后硅铁合金中硼含量为0.0038wt%，脱硼率为18.42%。实施例3该冶金级硅脱硼的方法，其具体步骤如下：步骤1、将冶金级硅切割成颗粒状；冶金级硅中硼含量为0.0017wt%；颗粒状为圆形颗粒，直径为3.4mm；步骤2、将步骤1得到的0.382g颗粒状冶金级硅置于悬浮设备中，抽真空至0.5Pa，通入体积比为1：2的Ar-H2的混合气体（Ar-H2的混合气体流量为1L/min），控制输入电流为200A、频率为400kHz、输入功率为6500w预热冶金级硅至1400℃变为浅红色；继续控制输入电流为200A、频率为400kHz、输入功率为6500w将冶金级硅悬浮并完全熔化，完全熔化后继续悬浮30min进行冶金级硅脱硼。经本方法脱硼后冶金级硅中硼含量为0.0009wt%，脱硼率为47.06%。以上对本专利技术的具体实施方式作了详细说明，但是本专利技术并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、将硅铁合金或冶金级硅切割成颗粒状；步骤2、将步骤1得到的颗粒状硅铁合金或冶金级硅置于悬浮设备中，抽真空至0.5~2Pa，通入体积比为1：1~1：3的Ar‑H2的混合气体，控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w预热硅铁合金或冶金级硅至1100~1400℃；继续控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w将硅铁合金或冶金级硅悬浮并完全熔化，完全熔化后继续悬浮10~40min进行硅铁合金或冶金级硅脱硼。

【技术特征摘要】
1.一种硅铁合金或冶金级硅脱硼的方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、将硅铁合金或冶金级硅切割成颗粒状；步骤2、将步骤1得到的颗粒状硅铁合金或冶金级硅置于悬浮设备中，抽真空至0.5~2Pa，通入体积比为1：1~1：3的Ar-H2的混合气体，控制输入电流为50~200A、频率为180~400kHz、输入功率为4500w~6500w预热硅铁合金或冶金级硅至1100~1400℃；继续控制输入电流为50~200...

【专利技术属性】
技术研发人员：严鹏，张桂芳，高磊，史本慧，姜琪，郑玮，施哲，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53