制备硅的方法技术

本发明专利技术涉及改进的制备硅，优选太阳能硅的方法，其使用新型的高纯度模制品，特别是石墨电极，还涉及制备所述新型模制品的工业方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及改进的制备硅，优选太阳能硅的方法，其使用新型高纯度石墨模制品， 特别是石墨电极，还涉及其工业制备方法。已知在高温下由二氧化硅和碳制备太阳能硅的方法。该方法优选在具有石墨电极的电弧炉中进行。由于太阳能硅必须具有非常高的纯度，所以电极或其他炉组件必须不向硅熔体中引入任何杂质。因此，除了电极，许多其他炉组件也由石墨制成。石墨电极的主要组成通常是石油焦(petroleum coke)，其从矿物油的蒸馏残余物中制得。此外还使用石墨、来自硬煤的焦炭和炭黑。使用的粘合剂是浙青或酚树脂和糠酮树脂。将填料与粘合剂强烈且均匀地混合，并在挤出机或在等静压机中成型为坯体。然后将坯体在排除氧气的情况下，在600-1200°C的温度下煅烧，并在1800-3000°C的温度范围中石墨化，在该过程中材料的纯度大幅提高，因为基本上所有杂质都挥发了。所述电极的性质由以下因素确定-所选的原料，即配方中的原料类型和粒径+含量，-粘合剂的类型、量和状态，-煅烧和石墨化过程中的加热速度和温度，-经煅烧和石墨化的材料的浸溃。除了电极材料之外，在从二氧化硅制备太阳能硅中需要还原剂。为此，已知使用糖作为具有低杂质含量的还原剂(us 4，294，811、TO 2007/106860)或作为粘合剂(US 4，247，528)。在炉中原位地或在之前的步骤中将糖裂解。例如，US 5，882，726公开了制备碳-碳组合物的方法，其中进行低熔点糖的裂解。GB 733 376公开了纯化糖溶液并在300-400°C下裂解的方法。还已知在高温下糖的裂解方法以得到导电物质(W0 2005/051840)。但是，在工业规模的碳水化合物的裂解中，可能存在因焦糖化和泡沫形成产生的问题，其可明显干扰所述方法的实施和运行。因此，本专利技术的目的是通过使用碳还原二氧化硅而改进硅的制备方法。一个特定的目的是改善设备特性，从而降低制造高纯度的设备组件所需的成本，并同时将杂质保持在至少与已知方法相同的水平。另一特定目的是开发用于高纯度设备组件的新型材料及其制备方法。未详细表述的其他目的可由以下的说明书、实施例和权利要求书的整体内容明显得知。根据权利要求、以下的说明书和实施例中的详细描述，根据本专利技术实现这些目的。已出人意料地发现碳水化合物的裂解可得到碳材料，由所述碳材料可得到用于炉，特别是用于电弧炉(light arc furnace)的高纯度石墨模制品。将碳水化合物，优选糖作为原料具有的优点是它们可以几乎相同的纯度、以充足的量在世界上任何地方实际可得。此外，糖因其性质具有非常低的硼和磷污染。因此，相对于现有技术中使用的反应物，其反应物的纯度复杂性显著降低。最后，相对于化石原料，糖是非常廉价的原料，其可再生，并因此未来仍可以充足的量可得。在一个特别实施方案中，在硅氧化物，优选SiO2，特别是沉淀法二氧化硅和/或气相法二氧化硅和/或硅胶的存在下裂解碳水化合物，优选是糖。该方法的一个优点是硅氧化物抑制了裂解中的泡沫形成效应，并因此可以简单、经济可行的方式操作碳水化合物裂解的工业方法，而不会形成难以处理的泡沫。此外，根据本专利技术方法的进行中还观察到焦糖化的减少。还发现了在硅氧化物，优选二氧化硅的存在下的碳水化合物的裂解中得到裂解产物(以下亦称为裂解物)，其可以特别有利的方式进一步加工成石墨模制品，优选是石墨电极。这提供了掺杂有硅氧化物(优选二氧化硅)和/或碳化硅的石墨电极。不受特定理论的限制，本申请人认为该掺杂更容易造成电弧炉的熔体中硅的形成，而非碳化硅的形成，由此能够达到额外具有更高纯度的更高收率的硅。因此，本专利技术提供了通过使用碳还原二氧化硅而制备硅，优选是太阳能硅的方法， 其特征在于在电弧炉中进行所述方法，并且所述炉或电极的至少部分由石墨材料制成，所述石墨材料由碳材料得到，所述碳材料通过裂解至少一种碳水化合物，优选至少一种糖而得到。所述石墨模制品的其他部分可由用于制造这些部分的常规使用的材料构成；这些材料优选是高纯度形式的，使得石墨模制品优选具有以下限定的杂质范围。本专利技术还提供上述方法，但其特征在于在至少一种硅氧化物的存在下进行碳水化合物的裂解。本专利技术还提供石墨模制品，优选是电弧炉的模制品，更优选是石墨电极，其特征在于它们已掺杂有硅氧化物和/或SiC，所述硅氧化物优选是二氧化硅。在一个特定的实施方案中，这些石墨|旲制品是闻纯度的石墨|旲制品，其具有以下的杂质范围a.招,低于或等于 5ppm,优选在 5ppm_0. OOOlppt 之间，特别在 3ppm_0. OOOlppt 之间，优选在0. 8ppm-0. OOOlppt之间，更优选在0. 6ppm-0. OOOlppt之间，甚至更优选在0. lppm-0. OOOlppt之间，最优选在0. Olppm-O. OOOlppt之间，甚至极优选地是 lppb-0. OOOlppt ；b.硼，低于 IOppm-O. OOOlppt，特别在 5ppm_0. OOOlppt 的范围内，优选在 3ppm-0. OOOlppt的范围内，或更优选在IOppb-O. OOOlppt的范围内，甚至更优选在 lppb-0. OOOlppt 的范围内；c. I丐，低于或等于 2ppm，优选在 2ppm_0. OOOlppt 之间，特别在 0. 3ppm_0. OOOlppt 之间，优选在0. Olppm-O. OOOlppt之间，更优选在lppb-0. OOOlppt之间；d.铁，低于或等于20ppm，优选在lOppm-O. OOOlppt之间，特别在0.6ppm-0. OOOlppt 之间，优选在 0. 05ppm-0. OOOlppt 之间，更优选在 0. Olppm-O. OOOlppt 之间，并且更优选在lppb-0. OOOlppt ；e.镍，低于或等于 lOppm，优选在 5ppm_0. OOOlppt 之间，特别在0. 5ppm_0. OOOlppt 之间，优选在0. lppm-0. OOOlppt之间，更优选在0. Olppm-O. OOOlppt之间，并且最优选在 lppb-0. OOOlppt 之间；f.磷，低于 lOppm-O. OOOlppt，优选在 5ppm_0. OOOlppt 之间，特别是低于 3ppm-0. OOOlppt，优选在 IOppb-O. OOOlppt 之间，并且最优选在 lppb-0. OOOlppt 之间；g.钛，低于或等于2ppm，优选低于或等于lppm-0. OOOlppt，特别在0.6ppm-0. OOOlppt 之间，优选在 0. lppm-0. OOOlppt 之间，更优选在 0. Olppm-O. OOOlppt 之间，并且最优选在lppb-0. OOOlppt之间；h.锌，低于或等于3ppm,优选低于或等于lppm-0. OOOlppt,特别在 0. 3ppm-0. OOOlppt 之间，优选在 0. lppm-0. OOOlppt 之间，更优选在 0. Olppm-O. OOOlppt 之间，并且最优选在lppb-0. OOOlppm之间。例如但不限定地可通过ICP-MS/0ES (电感耦合等离子体-质谱/光学发射光谱) 和AAS (原子吸收光谱)确定杂质。本专利技术的石墨模制品优选具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·卡尔，J·E·朗，H·劳勒德尔，B·弗林斯，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：