冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置，炉体内设隔热板，隔板下方设驱动机构，驱动机构输出端的转轴贯穿隔热板伸入隔热板上方、端部设第一定位板，坩埚底部置于第一定位板的定位槽内；炉体盖板上的从动套管贯穿盖板伸入炉体内，端部设有第二定位板，第二定位板下板面的定位槽与坩埚顶部适配；通气管经从动套管、贯穿第二定位板伸入坩埚内。基于上述装置的除杂方法，先将工业硅块和造渣剂混合制混合后置于坩埚中加热，并通入压缩氮气搅拌，旋转坩埚；向坩埚中通入精炼气体；停止通气、加热，加速旋转坩埚直至杂质在坩埚内壁上凝固。本发明专利技术提供的基于除杂装置的除杂提纯方法，工业硅和造渣剂混合均匀，硅回收率高，提纯效果好。

Device and method for preparing solar-grade silicon ingot by metallurgical impurity removal

The invention discloses a device for preparing solar-grade silicon ingots by metallurgical impurity removal, in which a heat insulation plate is arranged in the furnace body and a driving mechanism is arranged below the partition plate. The rotating axle of the output end of the driving mechanism penetrates the heat insulation plate, and a first positioning plate is arranged at the top, and the bottom of the crucible is placed in the positioning groove of the first positioning plate; the driven sleeve of the furnace cover plate penetrates into the furnace body, and a second one is arranged at the end. The positioning plate, the positioning groove of the lower plate surface of the second positioning plate, is adapted to the top of the crucible; the ventilation tube is extended into the crucible through the driven sleeve and through the second positioning plate. Based on the impurity removal method of the device, the industrial silicon block and slagging agent are mixed, then heated in the crucible, and then stirred with compressed nitrogen to rotate the crucible; refining gas is introduced into the crucible; ventilation and heating are stopped, and the crucible is accelerated until the impurities solidify on the crucible wall. The impurity removal and purification method based on the impurity removal device provided by the invention has the advantages of uniform mixing of industrial silicon and slagging agent, high silicon recovery rate and good purification effect.

【技术实现步骤摘要】
冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法
本专利技术涉及光伏
，具体涉及一种冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法。
技术介绍
随着世界能源日趋短缺及环保意识提高，对太阳能光伏转换电池及其主要材料的需求日趋增加，作为生产太阳能光伏材料的高纯多晶硅(太阳能级硅6N)的纯化技术也引起世界关注。多晶硅成本占据太阳能电池成本的60％。西门子法虽然产品纯度高(11N)，但生产设备复杂，效率较低，而且投资巨大、能耗高，并释放含氯气体危及环境。为了克服西门子法的缺陷，研究者们试图用冶金法制备多晶硅。由于预期其具有能耗低、产出率高、建设周期短、投资门槛低(仅为改良西门子法的1/5-1/4)的特点，呈现良好的发展前景。相比西门子法，冶金法的缺点是硅锭中金属杂质和硼(B)、磷(P)、碳(C)等非金属杂质的含量都较高。但现有的一些冶金提纯工业硅操作过程中，存在加工时间长、成本高、硅税回收率低的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有的一些冶金提纯工业硅操作过程中，存在加工时间长、成本高、硅税回收率低的问题，本专利技术提供了解决上述问题的冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法。本专利技术通过下述技术方案实现：冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置，包括炉体，所述炉体内设有坩埚，其特征在于，所述炉体内靠近底部设有隔热板，炉体内位于隔热板下方的腔室内设有驱动机构，驱动机构的输出端设有转轴；所述转轴的自由端贯穿隔热板伸入隔热板上方的腔室内、且转轴的自由端设有第一定位板，所述第一定位板的上板面开设有定位槽，坩埚的底部置于定位槽内固定；炉体的盖板上设有从动套管，所述从动套管的轴向一端贯穿盖板伸入炉体内，且从动套管伸入炉体的端部设有第二定位板，所述第二定位板的下板面上开设有与坩埚顶部适配的定位槽；还包括通气管，所述通气管经从动套管、贯穿第二定位板伸入坩埚内；所述通气管伸入坩埚底部，且通气管伸入坩埚的端部侧壁上开设有若干通气孔；通气管位于炉体外的端部与预混器的输出端连通，所述预混器上设有至少两个输入管路；第二定位板上还设有第一排气管，盖板上还设有第二排气管；炉体内围绕坩埚设有感应线圈和石墨加热体。本专利技术提供的新型工业硅分离除杂的装置的工作原理为：先将坩埚置于炉体内的第一定位板上，然后向炉体内加入物料，将第二定位板覆盖在坩埚顶部敞口端、盖板覆盖在炉体顶部敞口端，通过磁感应圈和石墨加热板对坩埚内的物料进行加热；可通过通气管对坩埚内熔融物料进行通气处理，还可通过驱动机构驱动转轴转动、从而带动坩埚旋转，对坩埚内盛放的物料进行搅动、或产生较大的离心力作用。第一定位板和第二定位板起到对坩埚的稳固固定作用，保障旋转过程中结构的稳定性。此外，将气体从坩埚底部通入，且在通气管端部设置多个通气孔，优选多个通气孔沿通气管内壁等间距均匀分布，这样气体以一定速度通入工业硅液中起到气流搅拌作用，同时旋转坩埚，利于增加气流和工业硅液之间相互扰动作用，提高传质效率，对坩埚内的工业硅液起到均匀、平稳的搅动作用，大大提高了对工业硅和造渣剂的混合均匀效果。优选地，所述转轴与从动套管分别通过轴承与隔热板和盖板连接。且盖板上也可设置隔热板，通过轴承保障转轴和从动套管正常、高速转动的同时，也防止驱动机构及轴承受高温影响使用寿命。优选地，所述盖板与炉体的顶部敞口端通过石墨螺栓可拆卸连接。方便对盖板、第二定位板及从动套管的拆装操作。优选地，所述坩埚的轴向两端侧壁上均凸设有若干定位块，若干定位块沿坩埚的周向等间距均匀分布；所述定位槽内壁上凹设有与所述定位块适配的卡槽。通过坩埚轴向两端的定位块与两个定位板上的卡槽适配，实现两者的稳固连接，保障坩埚旋转运动过程中的平稳性和安全性。基于上述的冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置的除杂方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，先将工业硅块和造渣剂混合制成混合物料，工业硅块和造渣剂的粒度均为20～30目；步骤2，将混合物料置于坩埚中进行加热至工业硅块和造渣剂熔点之间，然后依次经其中一个输入管路、预混器、通气管通入压缩氮气，同时启动驱动机构，通过转轴带动坩埚旋转运动，并保持一定时间；步骤3，向另一个输入管路通入精炼气体，在预混器中与压缩氮气混合，最后经通气管输入坩埚中，通过转轴带动坩埚旋转运动；步骤4，停止通入气体，停止加热操作，加速旋转坩埚直至杂质在坩埚内壁上凝固；步骤5，冷却至室温，获得提纯后的硅锭。优选地，所述步骤1中，所述造渣剂采用Al2O3-BaO-Li2O混合物，且三种组分的配比依次为1:5:2；所述工业硅块和造渣剂的质量配比为9:1。优选地，所述步骤2中，加热温度为1450～1500℃，保持20～30min。优选地，所述步骤2中，压缩氮气的压力大小为2.0～2.6MPa，气体流量为50～65L/h，坩埚转速为500～800r/min；并保持10～20min。优选地，所述步骤3中，通入精炼气体为空气-氧气-水蒸气的混合气体，且三种组分气体的配比依次为1:5:8，精炼气体总量与压缩氮气的配比为10:1；炉体内压力为0.05～0.16MPa，经预混器混合后通入坩埚的气体流量为30～35L/h，通入精炼气体时间为0.5～1.5h，坩埚转速为80～100r/min。优选地，所述步骤4中，坩埚转速为5000～6000r/min。本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术提供的新型工业硅分离除杂的装置的工作原理为：先将坩埚置于炉体内的第一定位板上，然后向炉体内加入物料，将第二定位板覆盖在坩埚顶部敞口端、盖板覆盖在炉体顶部敞口端，通过磁感应圈和石墨加热板对坩埚内的物料进行加热；可通过通气管对坩埚内熔融物料进行通气处理，还可通过驱动机构驱动转轴转动、从而带动坩埚旋转，对坩埚内盛放的物料进行搅动、或产生较大的离心力作用。第一定位板和第二定位板起到对坩埚的稳固固定作用，保障旋转过程中结构的稳定性；将气体从坩埚底部通入，且在通气管端部设置多个通气孔，优选多个通气孔沿通气管内壁等间距均匀分布，这样部分气体与工业硅液中杂质发生反应，其余气体上浮穿出坩埚，对坩埚内的工业硅液起到均匀、平稳的搅动作用，提高传质及反应效率；2、本专利技术提供的基于除杂装置的除杂提纯方法，加工周期短，硅回收率高，可有效除去造渣剂引入新杂质，提纯过程无污染，提纯效果好，获得的B、P及一些碱金属杂质均符合太阳能级硅的要求；3、本专利技术提供的基于除杂装置的除杂提纯方法，将气体从坩埚底部通入，且在通气管端部设置多个通气孔，优选多个通气孔沿通气管内壁等间距均匀分布，这样气体以一定速度通入工业硅液中起到气流搅拌作用，同时旋转坩埚，利于增加气流和工业硅液之间相互扰动作用，提高传质效率，对坩埚内的工业硅液起到均匀、平稳的搅动作用，大大提高了对工业硅和造渣剂的混合均匀效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术的结构示意图。附图中标记及对应的零部件名称：1-炉体，2-坩埚，3-隔热板，4-驱动机构，5-转轴，6-第一定位板，7-盖板，8-从动套管，9-第二定位板，10-通气管，11-第一排气管，12-第二排气管，13-感应线圈，14-石墨加热体，15-通气孔，16-轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置，其特征在于，包括炉体(1)，所述炉体(1)内设有坩埚(2)，其特征在于，所述炉体(1)内靠近底部设有隔热板(3)，炉体(1)内位于隔热板(3)下方的腔室内设有驱动机构(4)，驱动机构(4)的输出端设有转轴(5)；所述转轴(5)的自由端贯穿隔热板(3)伸入隔热板(3)上方的腔室内、且转轴(5)的自由端设有第一定位板(6)，所述第一定位板(6)的上板面开设有定位槽，坩埚(2)的底部置于定位槽内固定；炉体(1)的盖板(7)上设有从动套管(8)，所述从动套管(8)的轴向一端贯穿盖板(7)伸入炉体(1)内，且从动套管(8)伸入炉体(1)的端部设有第二定位板(9)，所述第二定位板(9)的下板面上开设有与坩埚(2)顶部适配的定位槽；还包括通气管(10)，所述通气管(10)经从动套管(8)、贯穿第二定位板(9)伸入坩埚(2)内；所述通气管(10)伸入坩埚(2)底部，且通气管(10)伸入坩埚(2)的端部侧壁上开设有若干通气孔(15)；通气管(10)位于炉体(1)外的端部与预混器(19)的输出端连通，所述预混器(19)上设有至少两个输入管路(20)；第二定位板(9)上还设有第一排气管(11)，盖板(7)上还设有第二排气管(12)；炉体(1)内围绕坩埚(2)设有感应线圈(13)和石墨加热体(14)。...

【技术特征摘要】
1.冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置，其特征在于，包括炉体(1)，所述炉体(1)内设有坩埚(2)，其特征在于，所述炉体(1)内靠近底部设有隔热板(3)，炉体(1)内位于隔热板(3)下方的腔室内设有驱动机构(4)，驱动机构(4)的输出端设有转轴(5)；所述转轴(5)的自由端贯穿隔热板(3)伸入隔热板(3)上方的腔室内、且转轴(5)的自由端设有第一定位板(6)，所述第一定位板(6)的上板面开设有定位槽，坩埚(2)的底部置于定位槽内固定；炉体(1)的盖板(7)上设有从动套管(8)，所述从动套管(8)的轴向一端贯穿盖板(7)伸入炉体(1)内，且从动套管(8)伸入炉体(1)的端部设有第二定位板(9)，所述第二定位板(9)的下板面上开设有与坩埚(2)顶部适配的定位槽；还包括通气管(10)，所述通气管(10)经从动套管(8)、贯穿第二定位板(9)伸入坩埚(2)内；所述通气管(10)伸入坩埚(2)底部，且通气管(10)伸入坩埚(2)的端部侧壁上开设有若干通气孔(15)；通气管(10)位于炉体(1)外的端部与预混器(19)的输出端连通，所述预混器(19)上设有至少两个输入管路(20)；第二定位板(9)上还设有第一排气管(11)，盖板(7)上还设有第二排气管(12)；炉体(1)内围绕坩埚(2)设有感应线圈(13)和石墨加热体(14)。2.根据权利要求1所述的冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法，其特征在于，所述转轴(5)与从动套管(8)分别通过轴承(16)与隔热板(3)和盖板(7)连接。3.根据权利要求1所述的冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法，其特征在于，所述盖板(7)与炉体(1)的顶部敞口端通过石墨螺栓可拆卸连接。4.根据权利要求1所述的冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法，其特征在于，所述坩埚(2)的轴向两端侧壁上均凸设有若干定位块(17)，若干定位块(17)沿坩埚(2)的周向等间距均匀分布；所述定位槽内壁上凹设有与所述定位块(17)适配的卡槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：羊实，庹开正，
申请(专利权)人：成都斯力康科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51