一种基于超细氮化物转化-净化冶金硅中杂质硼的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超细氮化物转化

【技术实现步骤摘要】
一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法


[0001]本专利技术涉及冶金、材料
，更具体地说，涉及一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法。

技术介绍

[0002]我国是名副其实的硅生产大国，但目前国内硅材料供需却面临着严重的结构性失衡，一方面中低端硅材料供给严重过剩，价格持续下滑；另一方面，高品质硅供给不足，高度依赖进口。在此背景下，优化产品结构、提高产品质量是硅产业实现可持续发展的必由之路。
[0003]太阳能级多晶硅是最具应用前景的高附加值硅制品之一，其纯度为5～7N，主要应用于太阳能电池器件制备。1865年美国杜邦公司专利技术了锌还原法，由此拉开了高纯多晶硅制备的序幕，随后相继产生了四氯化硅氢还原法、三氯氢硅热分解法、硅烷热分解法与改良西门子法，其中改良西门子法成为多晶硅的主流制备工艺。自20世纪70年代起，光伏产业发展迅猛，由此激发了行业对太阳能级多晶硅材料巨大需求，而改良西门子法已经无法满足多晶硅的大规模生产，以此为契机，研发出了诸如冶金法、金属还原法、熔盐电解等一批新型高纯多晶硅制备技术。对于太阳能级多晶硅材料，B杂质是关键杂质，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。但B杂质与硅的性质相似，是新技术制备太阳能级多晶硅过程中最难除去的杂质，针对B杂质的去除，现有技术还都面临着“降低生产成本”和“提高产品质量”的共性问题。
[0004]目前去除硅中B杂质主要方法为造渣
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吹气精炼法，在造渣精炼过程中向硅
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渣熔体通入惰性或惰性
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活性混合气体，利用惰性气体搅拌熔体，以促进元素传输、加快化学反应；利用活性气体与硅熔体之间的杂质发生反应，是一种除杂效率高、可操作性强、成本低的多晶硅提纯方法。经检索，专利技术创造名称为：一种低硼磷高纯硅的制备工艺(申请号：201811088653.4，申请日：2018
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09
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18)，该申请案公开了一种低硼磷高纯硅的制备工艺，包括以下步骤：制备原料、酸洗除金属杂质、氧化精炼除磷、改进型热交换法除硼、还原提纯。该申请案采用酸洗的方式除去工业硅内的金属杂质，再通过氧化精炼和改进型热交换法除去工业硅内的磷和硼，使得磷和硼均被氧化形成易挥发物质，虽然可使得硅的纯度达到99.9％以上，但是其在除B过程中通入H2和水蒸气且需要抵押环境，造成了渣剂和硅的大量损失；同时上述过程使用了大量渣剂，不可避免的造成硅熔体的二次污染，还需要进一步通过渣金分离、酸洗等精炼方法获得低B多晶硅材料，因此成本高、流程长、除硼效率低。

技术实现思路

[0005]1.专利技术要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术中去除硅中硼杂质成本高、流程长、效率低等问题，提供了一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法，该方法通过向硅熔体中喷吹超细氮化物颗粒方式，促使B杂质在氮化物颗粒表面吸附、氮化，形成含B的氮化物颗
粒，继而再利用电磁净化手段高效去除氮化物，从而达到除硼目的。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0009]本专利技术的一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法，将粒度为纳米级的氮化物粉末加入硅熔体中，纳米级氮化物粉末对硅中杂质硼进行吸附、氮化处理，之后将反应后的上述硅熔体进行电磁净化处理，进而将电磁净化后得到的周围富含氮化物的多晶硅进行分离处理。
[0010]优选地，具体步骤如下：
[0011]第一步：纳米级氮化物粉末制备
[0012]将氯化铵与金属粉M进行混合，在流动性氮气下进行氮化反应，制备金属氮化物M
x
N
y
；之后将金属氮化物M
x
N
y
进行破碎筛分，最终获得纳米级氮化物粉末；
[0013]第二步：氮化熔体
[0014]将冶金硅加热至熔融状态，并将第一步得到的纳米级氮化物粉末以气体为载体喷入熔融状态的冶金硅中，纳米级氮化物对硼进行吸附、氮化，进而转化为含硼的氮化物；
[0015]第三步：电磁净化
[0016]经第二步处理的氮化熔体在电磁力的作用下进行净化处理，处理结束时对氮化熔体进行强制冷却得到周围包含富硼杂质的多晶硅；
[0017]第四步：分离多晶硅
[0018]将第三步得到的周围包含富硼杂质的多晶硅进行机械分离，分别得到富硼杂质的多晶硅和中心低含硼杂质的多晶硅。
[0019]优选地，第一步的具体步骤为：将氯化铵与金属粉M按一定质量配比下均匀混合，氯化铵加入量为金属粉M质量的20～100％，氯化铵颗粒粒径范围为10～50μm；在该金属粉M的氮化温度下，且在流动性氮气环境下进行氮化反应，制备金属氮化物M
x
N
y
；之后将金属氮化物M
x
N
y
进行破碎筛分至纳米级粒度，最终获得纳米级氮化物粉末。
[0020]优选地，第二步的纳米级氮化物粉末以气体为载体喷入熔融状态的冶金硅中具体方式是：采用氩气或/和氮气为载气将纳米级粉末弥散喷吹入熔融状态的冶金硅中，喷吹时间为5～180s。
[0021]优选地，第三步的具体步骤为：对氮化熔体施加电磁力，氮化物在电磁力的作用下向氮化熔体周围富集，当电磁净化处理结束时立即断开电磁力，并向氮化熔体外侧喷吹氮气进行强制冷却，以得到周围富含氮化物颗粒的多晶硅。
[0022]优选地，所述电磁净化的电磁参数为：电流强度10～50A，电压：200～550V，频率：50～100kHz，功率：4～25kW，电磁净化时间：10～180s。
[0023]优选地，第四步中机械分离富含氮化物颗粒的多晶硅和中心低硼杂质含量的多晶硅的界面为第三步得到的多晶硅表面至内部5～15mm处。
[0024]优选地，金属粉M纯度为高于99.9％，金属粉M为Al、Ti、Si中的一种或多种，其粒径为1～30μm。
[0025]优选地，纳米级氮化物粉末粒径10nm～1μm。
[0026]3.有益效果
[0027]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0028](1)本专利技术的一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法，将粒度为纳米级的氮化物粉末加入硅熔体中，纳米级氮化物粉末对硅中杂质硼进行吸附、氮化处理，之后将反应后的上述硅熔体进行电磁净化处理，进而将电磁净化后得到的周围富含氮化物颗粒的多晶硅进行分离处理；使用的氮化物为纳米级粉末，具有比较面积大的优异特性，可以有效吸附B杂质并实现B杂质的氮化，形成氮化物颗粒；电磁净化可将氮化物颗粒富集到硅熔体周围，从而实现氮化物和硅熔体的有效分离，即实现硅中去除硼杂质。
[0029](2)本专利技术的一种基于超细氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法，其特征在于，其步骤为：将粒度为纳米级的氮化物粉末加入硅熔体中，纳米级氮化物粉末对硅中杂质硼进行吸附、氮化处理，之后将反应后的上述硅熔体进行电磁净化处理，进而将电磁净化后得到的周围包含氮化物颗粒的多晶硅进行分离处理。2.根据权利要求1所述的一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：纳米级氮化物粉末制备将氯化铵与金属粉M进行混合，在流动性氮气下进行氮化反应，制备金属氮化物M
x
N
y
；之后将金属氮化物M
x
N
y
进行破碎筛分，最终获得纳米级氮化物粉末；第二步：氮化熔体将冶金硅加热至熔融状态，并将第一步得到的纳米级氮化物粉末以气体为载体喷入熔融状态的冶金硅中，纳米级氮化物对硅中杂质硼进行吸附、氮化，进而转化为含硼的氮化物；第三步：电磁净化经第二步处理的氮化熔体在电磁力的作用下进行净化处理，处理结束时对氮化熔体进行强制冷却得到周围包含富硼杂质的多晶硅；第四步：分离多晶硅将第三步得到的周围包含氮化物颗粒的多晶硅进行机械分离，分别得到富含氮化物颗粒的多晶硅和中心低硼杂质的多晶硅。3.根据权利要求2所述的一种基于超细氮化物转化
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净化冶金硅中杂质硼的方法，其特征在于，第一步的具体步骤为：将氯化铵与金属粉M按一定质量配比下均匀混合，氯化铵加入量为金属粉M质量的20～100％，氯化铵颗粒粒径范围为10～50μm；在该金属粉M的氮化反应温度下，且在流动性氮气环境下进行氮化反应，制备金属氮化物M
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N
y
；之后将金属氮化物M
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚琼，张立峰，姜东滨，王祎，段豪剑，罗艳，音正元，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：