酸洗除杂方法、设备及多晶硅提纯方法、系统技术方案

本发明专利技术的酸洗除杂方法，用于冶金硅出炉后再进行熔炼提纯之前的杂质 去除，包括步骤：减缓所述冶金硅出炉的冷却过程，在将冷却后的所述冶金 硅破碎至一定颗粒度的硅粉之后，选用多种酸按照一定顺序对所述硅粉进行 酸洗操作。本发明专利技术还公开了一种酸洗除杂设备、一种冶金硅提纯方法与一种 冶金硅提纯系统。本发明专利技术采用优化的冷却工艺，合理的酸洗顺序，选择合适 的颗粒度，适宜的温度，优化酸洗工艺流程达到最佳的酸洗效果。有效降低 Fe、Al、Ca、Mn、Ti、Ni等金属杂质的含量，实现提纯的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多晶硅提纯工艺，尤其与一种酸洗除杂方法、实现该酸洗除杂方法的酸洗除杂设备及运用该酸洗除杂方法的多晶硅提纯方法有关以及多晶硅提纯系统有关。
技术介绍
现有技术中，利用电弧加热石英砂碳还原法生产的冶金硅纯度大致为99。/。-99.9。/。(艮卩2N-3N)，其中含量高的杂质主要有Fe、 Al、 Ca、 Mn、 Ti、 Ni、B、 P、 C、 O等(浓度为数千-数百ppm不等)。为了制备高纯多晶硅材料，满足硅太阳能电池对多晶硅材料性能的要求，必须进行进一步的提纯处理以便充分降低杂质的含量，使材料的纯度达到99.9999% (6N)以上。当今的光伏产业为了实现硅太阳能电池的低成本发电，最主要的措施是大幅度降低高纯多晶硅的生产成本。虽然传统西门子法或改良西门子法是较为成熟的高纯多晶硅生产技术，己被广泛用于高纯多晶硅的生产，但其投资规模大、耗电高、污染严重、生产成本高，该方法生产多晶硅的成本己没有降低的空间。相比之下，冶金法提纯多晶硅具有投资规模小、耗电低、无污染等优点，可实现多晶硅的低成本生产。因此，利用冶金法获得6N纯度多晶硅，生产低成本太阳能电池用多晶硅成为一项研究开发的重点技术。现有技术中，冶金法提纯多晶硅的工艺技术，需要在进行多晶硅熔炼提纯之前，预先有效降低冶金硅中的金属杂质含量，以确保后续的冶炼提纯效果，获得高纯多晶硅材料，满足硅太阳能电池对材料性能的要求。在现有技术中，通过酸洗预先降低冶金硅中的金属杂质含量的是一种可选手段。对于酸洗除杂，酸洗效果与以下三个因素有关酸洗温度、酸的选用、颗粒度。1、 酸洗温度。由硅石还原得到的冶金硅中存在着Fe、 Al、 Ca、 Mn、 Ti、Ni等金属杂质。现有技术中，采用酸处理硅粉(或称原料硅)是因为硅中绝大多数金属杂质在熔融硅中的溶解度大，在固态硅中的溶解度小，导致固态硅中的金属杂质富集在晶界上，研磨硅时断口主要出现在晶界上，从而可使杂质较容易浸洗除去。适当提高酸洗温度可明显改善酸洗效果。2、 酸的选用。大量金属杂质在多晶硅晶粒的晶界处以单质或化合物的形态析出。不同来源的工业硅，各种杂质的含量是不同的，不同的金属、不同的热处理温度和冷却速度使得硅中金属沉淀的形态也大不一样，如铁在硅中以单质或以Si-Fe， Si画Fe画Al, Si-Fe-Ti, Si画Fe匿Al-Ti, Si-Fe陽Al画Ca， Si画Fe画Al-Ti-Ca等沉淀的形式存在。酸洗时，不同的酸之间存在差异，对沉积在晶粒边界的铁杂质的去除效果是不同的。3、 硅粉颗粒度。硅粉颗粒度的大小不仅与酸洗的效果有关，而且与硅粉的回收率有关。硅粉颗粒度的大小选择考虑两个因素金属杂质富集于晶粒边界或硅块空隙中，只有硅颗粒小于等于晶粒边界的时候金属杂质才能有效除去，但尺寸越小，硅粉沉淀时间越长，由于酸洗过程要多次漂洗，效率降低，而且过细的硅粉不容易回收。硅粉颗粒度太小，表面吸附能力增强，反应物不容易离开硅粉表面进入溶液中，而且易吸附外来的杂质，因此，颗粒度有个适合的范围。现有技术的文献记载中，由于采用的酸浸手段与酸的选取不同，颗粒度大小差距较大。综合上述因素考量，现有技术中没有一种兼顾成本、效率与除杂效果的酸洗除杂方法。如何综合考虑上述多重因素，提高酸洗除杂的效率，以确保后续的冶炼提纯效果，获得高纯多晶硅材料，成为本领域的一个研究课题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种将冶金硅冷却过程与酸洗除杂过程相结合以降低成本、提高提纯效率与除杂效果的酸洗除杂方法。本专利技术还提供一种实现本专利技术酸洗除杂方法的酸洗除杂设备。本专利技术还提供一种运用本专利技术酸洗除杂方法的多晶硅提纯方法。本专利技术还提供一种实现本专利技术多晶硅提纯方法的多晶硅提纯系统。本专利技术的技术方案如下一种酸洗除杂方法，用于冶金硅出炉冷却后再进行熔炼提纯之前的杂质去除，减缓所述冶金硅出炉的冷却过程，在将冷却后的所述冶金硅破碎至一定颗粒度的硅粉之后，选用多种酸按照一定顺序对所述硅粉进行酸洗操作。本专利技术的酸洗除杂方法，优选的，所述冷却过程在冷却装置中实施，通过加深所述冷却装置、对所述冷却装置采取保温措施或减小所述冷却装置中冶金硅的冷凝面来减缓所述冷却过程。本专利技术的酸洗除杂方法，优选的，以酸浓度由低到高的顺序进行所述酸洗过程。本专利技术的酸洗除杂方法，优选的，所述酸洗过程的酸洗温度为20'C 70。C。本专利技术的酸洗除杂方法，优选的，所述硅粉的颗粒度是60-120目。本专利技术的酸洗除杂设备，用于冶金硅出炉冷却后再进行熔炼提纯之前的杂质去除，所述酸洗除杂设备包括慢速冷却槽，用于减缓所述冶金硅出炉的冷却过程；破碎装置，用于将冷却后的所述冶金硅破碎至一定颗粒度的硅粉；酸洗装置，用于控制多种酸按照一定顺序对所述硅粉进行酸洗操作。本专利技术的酸洗除杂设备，优选的，所述慢速冷却槽具有保温层或保温盖。本专利技术的酸洗除杂设备，优选的，所述酸洗装置包括多个容纳不同浓度酸溶液的供酸单元以及控制所述酸洗顺序的控制单元。本专利技术的多晶硅提纯方法，所述方法包括步骤步骤S10:制备液态冶金硅；步骤S20:通过本专利技术的酸洗除杂方法对所述液态冶金硅进行冷却破碎与酸洗除杂；步骤S30:对步骤S20所得多晶硅进行精炼以进一步提高纯度。本专利技术的多晶硅提纯系统，包括冶炼设备、本专利技术的酸洗除杂设备与精炼设备，所述冶炼设备，冶炼得到冶金硅液体；酸洗除杂设备，对所述冶炼设备产出的冶金硅液体进行冷却破碎与杂质去除；精炼设备，对所述酸洗除杂设备产出的多晶硅进行精炼以进一步提高纯度。本专利技术的有益效果在于本专利技术的酸洗除杂方法，将减缓冶金硅冷却过程与进行酸洗除杂相结合，通过优化冷却工艺过程，使得冷却过程中形成的晶粒尽量长大，同时使杂质在冶金硅冷却过程中尽量富集于晶界，为后续的酸洗创造条件。酸洗过程，酸从低浓度到高浓度，采用合理的酸洗顺序，选择合适的颗粒度，适宜的温度，酸洗过程中施以搅拌或超声振动，来优化酸洗工艺流程达到最佳的酸洗效果。有效降低Fe、 Al、 Ca、 Mn、 Ti、 Ni等金属杂质的含量，实现提纯的目的。具体实施例方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的酸洗除杂方法，通过控制出炉的冶金硅的凝固过程从而得到易于被酸除杂的粗硅，然后分析粗硅中的成分，确定酸的种类及酸洗顺序。本专利技术的酸洗除杂方法，酸洗的硅粉颗粒在60-120目之间，优选的为100目。本专利技术的酸洗除杂方法，对于酸洗温度，随着温度的提高，有利于反应的进行，但是温度高时，挥发性的酸产生酸雾，污染环境以及对操作者会有危害。另外考虑到酸洗除杂工艺的成本，本专利技术的酸洗除杂方法，酸洗温度可在20-70摄氏度之间，优选为室温(25摄氏度)，以室温为酸洗温度，省却了再加热或再冷却的过程，在保证酸洗效率的情况下也节约了成本。本专利技术的酸洗除杂方法，其酸洗温度的另一优选值为50-60摄氏度，该温度范围内，由于酸洗所涉及的化学反应有适宜的温度，有利于提高酸洗效果。本专利技术的酸洗除杂方法，酸的浓度也不是越高越好，这是因为较高的酸浓度会使硅粉表面生成的H"或者H2不能及时脱附而吸附在硅粉表面，使H"与金属杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种酸洗除杂方法，用于冶金硅出炉冷却后再进行熔炼提纯之前的杂质去除，其特征在于，减缓所述冶金硅出炉的冷却过程，在将冷却后的所述冶金硅破碎至一定颗粒度的硅粉之后，选用多种酸按照一定顺序对所述硅粉进行酸洗操作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董志远，赵友文，田宝利，
申请(专利权)人：包头市山晟新能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：15