一种炉外精炼去除工业硅中金属和非金属杂质的方法技术

本发明专利技术提供一种炉外精炼去除工业硅中金属和非金属杂质的方法，包括：步骤

【技术实现步骤摘要】
一种炉外精炼去除工业硅中金属和非金属杂质的方法


[0001]本专利技术涉及工业硅提纯
，特别涉及一种炉外精炼去除工业硅中金属和非金属杂质的方法
。

技术介绍

[0002]随着下游化工工业和电子工业对工业硅产品质量要求的逐渐提高，工业硅生产企业普遍采用炉外精炼技术提高工业硅产品的质量
。
同时，随着光伏产业的迅速发展，冶金法低成本制备太阳能级多晶硅受到越来越多的重视，对作为原料的工业硅产品质量的要求也越来越苛刻，现有的工业硅生产技术已经不能满足要求
。
为了进一步降低太阳能级多晶硅的生产成本，冶金法低成本制备太阳能级多晶硅新工艺逐步向上游延伸至工业硅冶炼与精炼过程，尤其是工业硅的炉外精炼过程已经成为冶金法低成本制备太阳能级多晶硅新工艺的重要的
、
不可缺少的工序
。
[0003]工业硅的炉外精炼方式主要分为两类，吹气精炼和造渣精炼
。
吹气精炼常通过向工业硅熔体中吹入氢气
、
氧气
、
氮气
、
氩气
、
水蒸气等单一气体或混合气体以达到精炼的效果
。
造渣精炼常通过向工业硅熔体中加入氧化硅
、
氧化钙
、
氧化铝等常见氧化物，组合使用以达到精炼效果
。
就精炼效果而言，吹气精炼可以去除工业硅熔体中的大部分
A1、Ca、B
等杂质，对
P、Ti
的去除效果不佳，且不易引入新的杂质
。
造渣精炼可以去除工业硅熔体中的
P、B、A1、Ca、Mg
等杂质，但存在引入新杂质的风险，同时造渣剂精炼后硅渣分离难度较大
。
[0004]现有技术中针对造渣精炼硅渣分离难度较大
、
易引入新杂质的问题，提出在三元造渣剂中加大
ZnO
用量，并控制反应温度和时间的解决办法，但该方法涉及使用氧化锌材料且用量比相对较大，极大增加了除杂成本；同时造渣剂各组分间未作处理，在实际操作中存在难以混合均匀的情况；并且也未显示出对
Ti
的去除效果，除杂存在一定的局限
。
[0005]因此，迫切需要一种用量少
、
不引入新杂质
、
易于硅渣分离
、
除杂效果显著且成本低的精炼造渣方法
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种工艺简单
、
成本低
、
不引入新杂质的炉外精炼去除工业硅熔体中钙
、
铝
、
磷
、
硼
、
钛等杂质的方法
。
[0007]一种炉外精炼去除工业硅中金属和非金属杂质的方法，包括：
[0008]步骤
S1、
在硅包中收集工业硅冶炼得到的工业硅熔体；
[0009]步骤
S2、
从硅包底部持续通入气体，通气的同时将由含有钡盐的原料煅烧得到的造渣剂加入到硅包中，通过吹入的气体维持工业硅熔体温度为
1500
～
1700℃
，保温反应
20
～
60min
；反应后工业硅熔体中的密度大的杂质沉入工业硅熔体底部，密度小的杂质上浮在工业硅熔体表面，易挥发的杂质直接挥发溢出工业硅熔体；
[0010]步骤
S3、
保温反应结束后倾斜硅包倒出内部的工业硅熔体，浮在表面和沉底的杂质留在硅包中后续倒出；其中硅液倒出浇铸前先耙去表面浮渣，沉底的杂质在浇铸完成后
耙去；
[0011]其中，除去的金属和非金属杂质至少包括钙
、
铝
、
磷
、
硼
、
钛
。
[0012]可选地，步骤
S2
中，气体为氧气或压缩空气
。
[0013]可选地，步骤
S2
中，通入气体流量为
500
～
1500L/h
，压力为
0.2MPa
～
1MPa
，通气时间为自硅包中收集工业硅熔体占硅包总体积的
1/3
时开始，到精炼保温完成并倾倒出工业硅熔体时结束，在此条件下通气，能同时起到保温和搅拌作用
。
通入气体能使工业硅熔体不断翻腾，达到搅拌工业硅熔体的效果；维持工业硅熔体的温度相对稳定；氧化工业硅熔体中的钙
、
铝
、
磷
、
硼
、
钛等杂质
。
[0014]可选地，造渣剂的制备原料为二氧化硅
、
氧化钙
、
钡盐或二氧化硅
、
碳酸钠
、
钡盐；且优选使用二氧化硅
、
碳酸钠
、
钡盐
。
[0015]可选地，造渣剂制备方法为：将一定比例的二氧化硅
、
氧化钙
、
钡盐或二氧化硅
、
碳酸钠
、
钡盐充分混合，随后置于
1200
～
1500℃
下煅烧
30min
，得到块状造渣剂
。
[0016]可选地，造渣剂原料二氧化硅纯度
≥98wt
％，氧化钙纯度
≥90wt
％，碳酸钠纯度
≥98wt
％，钡盐纯度
≥98wt
％，均可采用工业级原料；钡盐选自氧化钡
、
碳酸钡
、
氢氧化钡
、
硫酸钡
、
氯化钡中的一种或多种；优选将造渣剂原料粉碎至不超过
5cm。
[0017]可选地，造渣剂中原料二氧化硅
、
氧化钙
、
钡盐或二氧化硅
、
碳酸钠
、
钡盐的重量百分比为
30
～
50∶30
～
50∶5
～
40
，三种原料重量百分比总和为
100
％
。
[0018]可选地，造渣剂的用量为用于精炼的工业硅熔体总质量的2～
25
％，将造渣剂加入到工业硅熔体的方法为取足量的造渣剂，在工业硅熔体收集完成后立刻加入第一批次的造渣剂，加入量为所需造渣剂总质量的
1/4
，随后每间隔5～
10min
加入所需造渣剂总质量
1/4
的造渣剂，直至造渣剂全部加入
。
分批加入能使渣系与硅熔体充分混匀，若一次添加会存在渣相集中在底部或顶部
。
[0019]本专利技术的原理为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种炉外精炼去除工业硅中金属和非金属杂质的方法，其特征在于，包括：步骤
S1、
在硅包中收集工业硅冶炼得到的工业硅熔体；步骤
S2、
从硅包底部持续通入气体，通气的同时将由含钡盐的原料煅烧得到的造渣剂分批加入到硅包中，通过吹入的气体维持工业硅熔体温度为
1500
～
1700℃
，保温反应
20
～
60min
；步骤
S3、
保温反应结束后倾斜硅包倒出内部的工业硅熔体，浮在表面和沉底的杂质留在硅包中后续倒出；其中，除去的金属和非金属杂质至少包括钙
、
铝
、
磷
、
硼
、
钛
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S2
中，气体为氧气或压缩空气
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S2
中，通入气体流量为
500
～
1500L/h
，压力为
0.2MPa
～
1MPa
；通气时间为自硅包中收集工业硅熔体占硅包总体积的
1/3
时开始，到精炼保温完成并倾倒出工业硅熔体时结束
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，造渣剂的制备原料为二氧化硅
、
氧化钙
、
钡盐或二氧化硅
、
碳酸钠
、
钡盐；优选制备原料为二氧化硅
、
碳酸钠
、
钡盐
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，造渣剂制备方法为：将一定比例的二氧化硅
、
氧化钙<...

【专利技术属性】
技术研发人员：金长浩，罗大伟，高子杰，黄舰，陈思宇，许凯丽，黄绘，
申请(专利权)人：四川纳毕硅基材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：