一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，属于硅资源再生利用技术领域。本发明专利技术将切割硅废料与金属还原剂按比例混合均匀后进行压片或造粒成团处理得到含硅物料；将含硅物料置于高压真空炉内进行加压金属热还原处理得到热还原硅料；将热还原硅料粉碎得到硅粉，置于酸液中搅拌浸出，过滤、洗涤、干燥得到5N高纯硅粉；5N高纯硅粉熔融后进行真空定向凝固提纯得到6N高纯硅。本发明专利技术利用加压金属热还原对切割硅废料表面的氧化层进行原位还原并同时引入多孔结构，使切割硅废料内部残留的杂质充分暴露，便于强化酸洗除杂，并严格控制真空定向凝固除杂来实现6N高纯硅的目的。真空定向凝固除杂来实现6N高纯硅的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，属于硅资源再生利用


技术介绍

[0002]目前的针对硅片切割废料的综合回收研究大部分聚焦在低温湿法处理技术的研发上，硅片切割废料经过产生到湿法提纯处理后，废料粉末中金属杂质Fe、Al、Ca、Ni以及非金属杂质O、C、B、P等得到一定程度的去除，经过湿法分离处理后的硅废料粉末纯度通常会在4
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5N，但仍达不到太阳能级多晶硅铸锭的要求。
[0003]高温火法精炼提纯技术是最终能否实现硅片切割废料纯度达到6N并循环利用的关键，现有硅片切割废料回收制备高纯硅的工艺主要为直接入炉熔炼和造渣精炼。直接入炉熔炼虽然具有易操作的优势，但在熔炼过程中不仅二次氧化严重、除杂效率低，而且还会有大量的粉尘产生污染生产环境。造渣精炼相比于直接入炉熔炼虽然有效的降低了二次氧化，但杂质的去除效率仍然较低，并且产生的渣量较大。

技术实现思路

[0004]针对目前硅片切割废料回收制备高纯硅的问题，本专利技术提供一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，即利用加压金属热还原对切割硅废料表面的氧化层进行原位还原并同时引入多孔结构，使切割硅废料内部残留的杂质充分暴露，便于酸洗强化除杂，并严格控制真空定向凝固除杂达到6N高纯硅的制备；解决光伏产业切割硅废料除杂难、回收率低、环保差的问题。
[0005]一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，具体步骤如下：
[0006](1)将切割硅废料与金属还原剂按比例混合均匀后进行压片或造粒成团处理得到含硅物料；
[0007](2)将含硅物料置于高压真空炉内进行加压金属热还原处理得到热还原硅料；
[0008](3)将热还原硅料粉碎得到硅粉，置于酸液中搅拌浸出，过滤、洗涤、干燥得到5N高纯硅粉；
[0009](4)5N高纯硅粉熔融后进行真空定向凝固提纯得到6N高纯硅。
[0010]所述步骤(1)切割硅废料的含水量小于6％，还原剂为金属镁、金属钠或金属铝等活性金属。
[0011]优选的，所述切割硅废料与金属还原剂的质量比为1:5～20:1。
[0012]所述步骤(2)加压金属热还原处理的温度为600～1800℃，压力为0.1～20MPa，时间为0.5～48h。
[0013]所述步骤(2)加压的方法为高压惰性气体加压。
[0014]所述步骤(3)酸液为氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸中的一种或多种，酸液中氢离子的浓度为0.1～20mol/L，酸液与硅粉的液固比mL:g为3～20:1。
[0015]所述步骤(4)真空定向凝固温度为1400～1800℃，时间为0.5
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80h，真空度为10～1000Pa。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术通过加压金属热还原法原位还原切割硅废料表面的氧化层并同时在硅料引入多孔结构，加压金属热还原法可有效加快反应并解决亚微米级超细切割硅废料表面氧化层的去除难题；
[0018](2)引入的多孔结构可使切割硅废料内部的残留杂质充分暴露，便于酸洗强化除杂，进一步严格控制真空定向凝固除杂可以实现6N高纯硅的制备；
[0019](3)本专利技术方法高效快捷净化切割硅废料中杂质，并克服熔炼过程中硅料二次氧化问题，有效提高硅的回收率；
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0021]实施例1：一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，具体步骤如下：
[0022](1)将含水量为5％的光伏产业切割硅废料与金属还原剂Na混合均匀后进行压片处理得到含硅物料；其中切割硅废料中单质硅质量含量为80％，切割硅废料与金属还原剂的质量比为1:5；
[0023](2)将压片所得的片状含硅物料置于高压真空炉内，通过高压氮气加压至20MPa，在温度600℃下进行加压金属热还原处理48h得到热还原硅料；
[0024](3)将热还原硅料粉碎得到硅粉，置于浓度为4mol/L的HF酸液中搅拌浸出120min，过滤、洗涤、干燥得到5N高纯硅粉；其中HF酸液与硅粉的液固比mL:g为20:1，搅拌浸出温度为40℃；高纯硅粉的残留杂质含量见表1，
[0025]表1高纯硅粉的残留杂质含量
[0026]杂质元素AlFeNiTiPCa含量(ppmw)80.1000.81
[0027]从表1可知，除部分残留的杂质外高纯硅粉的纯度达到了5N；
[0028](4)5N高纯硅粉熔融后进行真空定向凝固提纯得到6N高纯硅；其中真空定向凝固温度为1400℃，时间为0.5h，真空度为10Pa；
[0029]本实施例6N高纯硅的残留杂质含量见表2，
[0030]表2 6N高纯硅的残留杂质含量
[0031]杂质元素AlFeNiTiPCa含量(ppmw)00000.10
[0032]从表2可知，残留的杂质基本得到了有效去除，高纯硅纯度达到了6N；
[0033]本实施例通过加压金属热还原法原位还原切割硅废料表面的氧化层，引入多孔结构，使切割硅废料内部的杂质充分暴露，便于酸洗强化除杂，并严格控制真空定向凝固除杂达到6N硅粉的纯度。
[0034]实施例2：一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，具体步骤如下：
[0035](1)将含水量为6％的光伏产业切割硅废料与金属还原剂Al混合均匀后进行造粒
成球团处理得到含硅物料球团；其中切割硅废料中单质硅质量含量为75％，切割硅废料与金属还原剂的质量比为1:1；
[0036](2)将含硅物料球团置于高压真空炉内，通过高压氮气加压至10MPa，在温度1800℃下进行加压金属热还原处理5h得到热还原硅料；
[0037](3)将热还原硅料粉碎得到硅粉，置于浓度为10mol/L的HF酸液中搅拌浸出500min，过滤、洗涤、干燥得到5N高纯硅粉；其中HF酸液与硅粉的液固比mL:g为10:1，搅拌浸出温度为80℃；
[0038](4)5N高纯硅粉熔融后进行真空定向凝固提纯得到6N高纯硅；其中真空定向凝固温度为1800℃，时间为5h，真空度为1000Pa；
[0039]本实施例6N高纯硅的残留杂质含量见表3，
[0040]表3 6N高纯硅的残留杂质含量
[0041]杂质元素AlFeNiTiPCa含量(ppmw)0.050000.050
[0042]从表3可知，残留的杂质基本得到了有效去除，高纯硅纯度达到了6N。
[0043]实施例3：一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，具体步骤如下：
[0044](1)将含水量为1％的光伏产业切割硅废料与金属还原剂Mg混合均匀后进行造粒成球团处理得到含硅物料球团；其中切割硅废料中单质硅质量含量为85％，切割硅废料与金属还原剂的质量比为10:1；
[0045](2)将含硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)将切割硅废料与金属还原剂按比例混合均匀后进行压片或造粒成团处理得到含硅物料；(2)将含硅物料置于高压真空炉内进行加压金属热还原处理得到热还原硅料；(3)将热还原硅料粉碎得到硅粉，置于酸液中搅拌浸出，过滤、洗涤、干燥得到5N高纯硅粉；(4)5N高纯硅粉熔融后进行真空定向凝固提纯得到6N高纯硅。2.根据权利要求1所述利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，其特征在于：步骤(1)切割硅废料的含水量小于6％，还原剂为金属镁、金属钠或金属铝等活性金属。3.根据权利要求2所述利用切割硅废料制备6N高纯硅的方法，其特征在于：切割硅废料与金属还原剂的质量比为1:5～20:1。4.根据权利要求1所述利用切割硅废...

【专利技术属性】
技术研发人员：席风硕，李祖宇，马文会，李绍元，伍继君，魏奎先，陈正杰，谢克强，赵丽萍，马恒达，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：