一种硅粉氢化反应活性验证方法及验证系统技术方案

本发明专利技术公开了一种硅粉氢化反应活性验证方法及验证系统，涉及硅粉活性验证技术领域，验证方法包括以下步骤：S1、在验证系统的高温高压反应釜中加入硅粉、四氯化硅和氯化铜，并充入高纯氢气；S2、对高温高压反应釜进行加热并恒温保持，硅粉、四氯化硅和氢气在高温高压下进行氢化反应生成三氯氢硅；S3、对高温高压反应釜进行降温，并检测降温后生成的三氯氢硅含量，并根据三氯氢硅含量得到硅粉转化率；S4、重复S1

【技术实现步骤摘要】
一种硅粉氢化反应活性验证方法及验证系统


[0001]本专利技术涉及硅粉活性验证
，更具体地说涉及一种硅粉氢化反应活性验证方法及验证系统。

技术介绍

[0002]目前市场销售硅块以牌号表示其纯度，如421表示Fe含量≤0.4%,Al含量≤0.2%,Ca含量≤0.1%，其纯度≥99.3%。
[0003]在硅粉验收中，硅粉纯度验收标准≥99.00%，目前市场上无对应牌号硅块，故只能通过购买不同牌号硅块（含高纯单晶锅底料、硅泥重熔料等高纯低活性硅）混合加工配制而成，或者将纯度未达到对应牌号要求的硅块降级加工而成。
[0004]在硅粉生产中，硅片切割硅泥，售卖1000多一吨，2吨硅泥产1吨金属硅（40%水分、60%硅），耗费2000度电，其成本为5000～6000元/吨，加工成硅粉后却售卖13000～14000元/吨，这是硅粉厂掺硅赚钱方法之一，这种硅粉硅含量还很高，和其他低含量硅掺杂，硅含量看似达到要求，但实际其中有部分硅活性不足，影响后续的硅粉使用。
[0005]在多晶硅生产中，经分析硅耗偏高的主要原因为冷氢化外排废硅粉量大且硅含量高。经分析冷氢化外排废硅粉量大且硅含量高可能与硅粉的质量有关。在硅粉验收及生产厂家稽核过程中发现硅粉生产过程中有以下问题：1、在硅粉生产配制过程中添加高纯硅（如单晶锅底料、切割硅泥料）以调节硅含量满足进检要求，而这部分高纯硅为非活性硅或低活性，在氢化炉内未反应并以废硅粉形式排出。
[0006]2、硅粉要求硅含量大于99%，而市场上单一牌号的441硅粉生产量不足，故硅粉生产厂家采用不同牌号（如521、421、531、553）硅粉混合而成，而不同牌号的硅在氢化炉内反应的活性及反应的最佳条件存在差异，这给生产调控带来更多不确定性，如催化剂用量、反应温度、压力、氢循环量等可能会受到杂质的不同而不同，导致外排废硅粉量增大。
[0007]现有技术中，均是通过收集生产数据来鉴别硅粉的好坏，但是生产是一个大系统，受到各种生产条件制约，难以开展不同牌号、不同种类硅粉活性的实验。且开展实验风险极大，容易造成生产系统的不稳定。

技术实现思路

[0008]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开了一种硅粉氢化反应活性验证方法及验证系统，本专利技术的目的是解决现有技术中难以开展不同牌号、不同种类硅粉活性的实验的问题。本专利技术通过模拟生产，采用四氯化硅、氯化铜、硅粉（不同厂家、不同牌号）、氢气在高温高压下反应的程度及转化率等判定硅粉反应活性，开发硅粉反应活性的验证技术，提高进厂硅粉质量好坏的鉴别能力、找到满足生产系统所需硅粉、达到降低硅耗的目标。
[0009]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
第一方面，本专利技术提供了一种硅粉氢化反应活性验证方法，包括以下步骤：S1、在验证系统的高温高压反应釜中加入硅粉、四氯化硅和氯化铜，并充入高纯氢气；上述步骤中，硅粉、四氯化硅和氢气为生成三氯氢硅的氢化反应的原料，氯化铜起到催化作用，加快氢化反应效率。高纯氢气的纯度要求为99.999%。
[0010]优选的，所述S1步骤中，加入的硅粉质量为1.0g，四氯化硅质量为15g，氯化铜比例为0.3%，充入的氢气压力为1.0Mpa。
[0011]优选的，所述高温高压反应釜为使用温度上限为600℃、最大承受压力为20MPa、体积为500mL、材质为800H合金的反应釜。
[0012]S2、对高温高压反应釜进行加热并恒温保持，硅粉、四氯化硅和氢气在高温高压下进行氢化反应生成三氯氢硅；上述步骤中，其主要反应方程式为：本专利技术中，通过在高温高压反应釜中加入硅粉、四氯化硅和氢气，进行上述氢化反应，以模拟实际的生产。
[0013]优选的，所述S2步骤中，在120min内，将高温高压反应釜由常温升至530℃，并在530
±
5℃下恒温保持120min。
[0014]优选的，所述S2步骤中，在高温下，四氯化硅完全汽化变成气态，并与氢气混合后形成混合气体，混合气体与放置在高温高压反应釜的硅粉物料网上的硅粉发生碰撞，在催化剂的作用下生成三氯氢硅。
[0015]S3、对高温高压反应釜进行降温，并检测降温后生成的三氯氢硅含量，并根据三氯氢硅含量得到硅粉转化率；优选的，所述S3步骤中，在600min内，将高温高压反应釜由530℃降温至常温。
[0016]S4、重复S1
‑
S3步骤，加入不同规格的硅粉进行氢化反应，得到不同规格硅粉的转化率；优选的，所述S4步骤中，所述不同规格的硅粉包括不同厂家、不同牌号、不同粒度的硅粉。
[0017]S5、利用不同规格硅粉的转化率，评定不同规格硅粉的活性。
[0018]本专利技术的反应机理为：在530℃下SiCl4完全汽化变成气态，与H2混合形成混合气体，混合气体的分子运动与放置在物料网上的硅粉发生碰撞，在催化剂的作用下，生成三氯氢硅。对于不同规格的硅粉，其四氯化硅、氢气、温度、加热程序相同，氢化反应完成后测定生成三氯氢硅比例，从而表征其硅粉的反应活性。通过硅粉的反应活性提高硅粉质量的鉴别能力，杜绝厂家在硅粉中添加高纯非活性硅等，并降低硅耗。
[0019]优选的， S1步骤中加入不同粒度的硅粉，S3步骤得到的硅粉转化率不同，硅粉粒度越细，其转化率更高，活性更高。
[0020]本专利技术中，可进行上述不同粒度的硅粉的活性验证，从而得到硅粉粒度不同转化率也不相同，硅粉粒度相对细，转化率更高。这是因为硅粉细度更大，接触面积更大，反应更加充分，因此活性更高。从而指导在采购时，应尽可能采购粒度较细的硅粉。
[0021]优选的，S1步骤在加入硅粉前，检测实验硅粉的杂质含量和硅粉纯度；S3步骤在降温后，检测未反应的剩余废弃硅粉中的杂质含量和硅粉纯度，并对比实验硅粉和废弃硅粉中的杂质含量和硅粉纯度。设置该对照的目的是对比实验硅粉和废弃硅粉的差异，从而可以更好的指导实际生产。
[0022]优选的，所述硅粉的杂质包括铁、铝和钙；对于铁杂质，S2步骤的氢化反应铁停留在硅粉表面，废弃硅粉中铁含量上升；对于铝杂质，S2步骤的氢化反应后铝带入氢化液中，废弃硅粉中铝含量下降；对于钙杂质，S2步骤的氢化反应钙停留在硅粉表面，废弃硅粉中钙含量上升。
[0023]本专利技术中，得到上述铁、铝和钙在氢化反应后的含量趋势后，可以得出，原料工业硅粉中铁元素、钙元素极少进入氢化液中，可以随着废硅粉一起排出生产系统，如果工业硅中铁钙含量过高，生产系统为了保持稳定，需要排出更多的废硅粉，从而导致硅耗过高；另外钙、铁过高，会附着在硅粉粒表面，阻碍反应的持续进行，导致硅粒内部无法充分反应，从而降低了硅粉的利用率，加剧了硅耗的增大。铝元素会进入氢化液中，对后端的热交换系统产生影响，甚至到是换热器等出现堵塞情况，从而影响生产的稳定性。所以在工业硅验收标准制定中需要适当的控制铁铝钙含量。
[0024]优选的，S3步骤中，还包括检测降温后生成的氢化液中杂质含量，所述杂质包括铁、铝和钙；其中，S2步骤的氢化反应后铝带入氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅粉氢化反应活性验证方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在验证系统的高温高压反应釜中加入硅粉、四氯化硅和氯化铜，并充入高纯氢气；S2、对高温高压反应釜进行加热并恒温保持，硅粉、四氯化硅和氢气在高温高压下进行氢化反应生成三氯氢硅；S3、对高温高压反应釜进行降温，并检测降温后生成的三氯氢硅含量，并根据三氯氢硅含量得到硅粉转化率；S4、重复S1
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S3步骤，加入不同规格的硅粉进行氢化反应，得到不同规格硅粉的转化率；S5、利用不同规格硅粉的转化率，评定不同规格硅粉的活性。2.如权利要求1所述的硅粉氢化反应活性验证方法，其特征在于，所述S1步骤中，加入的硅粉质量为1.0g，四氯化硅质量为15g，氯化铜比例为0.3%，充入的氢气压力为1.0Mpa；所述高温高压反应釜为使用温度上限为600℃、最大承受压力为20MPa、体积为500mL、材质为800H合金的反应釜。3.如权利要求1所述的硅粉氢化反应活性验证方法，其特征在于，所述S2步骤中，在120min内，将高温高压反应釜由常温升至530℃，并在530
±
5℃下恒温保持120min；所述S3步骤中，在600min内，将高温高压反应釜由530℃降温至常温。4.如权利要求1所述的硅粉氢化反应活性验证方法，其特征在于，所述S2步骤中，在高温下，四氯化硅完全汽化变成气态，并与氢气混合后形成混合气体，混合气体与放置在高温高压反应釜的硅粉物料网上的硅粉发生碰撞，在催化剂的作用下生成三氯氢硅。5.如权利要求1所述的硅粉氢化反应活性验证方法，其特征在于，S1步骤中加入不同粒度的硅粉，S3步骤得到的硅粉转化率不同，硅粉粒度越细，其转化率更高，活性更高。6.如权利要求1所述的硅粉氢化反应活性验证...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，陈雪刚，吴作木，李剑波，蒲勇，胡阳，陈经国，徐顺波，贾琳，曾媛媛，
申请(专利权)人：四川永祥新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：