本发明专利技术提供一种复合精炼剂去除冶金级硅中杂质硼的方法，以冶金级硅为原料，将其粉碎研磨至粒度为150～200目，在将配制好的精炼剂与硅粉按质量比1:1～3:1充分混合，在压片机中压制成圆柱状并装入石墨坩埚中，在通有10～20L/min氩气保护的高频感应炉中进行精炼，在1420～1650℃的温度范围内保温0.5～4h后缓慢降温，即可得到精炼后的硅样品。本方法不仅利用了SiO2的氧化性，同时，FeCl2与杂质硼生成气态硼化物，精炼剂中的FeCl2和SiO2同时起到了除硼的作用，可以使冶金级硅中硼的去除效率提高到97%以上，显著的降低冶金级硅中的硼含量，本方法操作简单，实用性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冶金法多晶硅的提纯方法，尤其是涉及，属于太阳能光伏
技术介绍
由于太阳能发电具有绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其他常规能源不具备的优点，在能源短缺和环保压力不断加大以及各国政府积极的政策扶持下，太阳能光伏产业发展十分迅猛。全球能源总量统计显示，太阳能已经占到全球能源总量中的O. 24%，在可再生能源中的比重则达到4. 67%。太阳能是取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，自从1954年美国贝尔实验室首次研制成功转换率为4. 5%的单晶硅电池，从此诞生了将太阳能转化为电能的光伏发电技术。1990 2011年全球太阳能电池产量取得爆发式的增长，2001年以来，光伏组件的年平均增长率已达到30%以上，2005年世界光电产品为1787MW，2007年为4000MW，2008年全球太阳能电池产量为6850MW，2009年已经增长至9340MW，2010年达到21GWp。太阳能在德国，西班牙，日本等发达国家得到积极的推广和应用。在国际市场和国内政策的支持下，中国成为全球太阳能电池的产能大国，产量占据全球一半。自2008年以来全球经济进入低迷期，2011年德国，意大利等光伏安装大国相继下调光伏补贴，使得依靠政府补贴的光伏产业受到重创。因此，降低光伏发电成本，实现平价上网，是太阳能光伏产业面临的重大问题。目前，晶体硅是太阳能电池最主要的基础材料，占据着太阳能电池的大部分成本。改良西门子法是生产太阳能级多晶硅的主要方法，但该方法由于投资较大，生产成本较高等缺点，难以满足低成本太阳能级多晶硅要求。冶金法具有投资较少，生产成本较低等优点逐渐受到青睐，其工艺流程和方 法是以冶金级硅为原料，通过湿法冶金、定向凝固、真空熔炼、造渣精炼和电子束精炼等提纯工艺组合而成，使硅产品的纯度达到或接近6N(99. 9999%)，以满足太阳能级多晶硅的要求。硼是太阳能级多晶硅中最关键的杂质元素之一，其含量过高会大大降低太阳能电池材料的少子寿命和光电转化率，研究也发现，硅中的硼与铁之间形成的Fe-B复合体是太阳能电池中形成光衰减的主要原因。冶金级硅中去除杂质硼的方法主要有吹气精炼、等离子体精炼和造渣精炼，由于造渣精炼方法简单，成本低而成为目前冶金级硅最主要的炉外精炼方式。目前，精炼剂的选取主要为以CaO-SiO2 二元系为基础的氧化物熔渣，其原理是向冶金级硅中加入氧化剂将杂质硼氧化成硼的氧化物，由于硼的氧化物呈酸性，将与熔渣中的碱性氧化物结合成稳定的硼酸盐，从而使娃中的硼氧化后被熔洛吸收而除去。罗大伟等人在《Trans. NonferrousMet. Soc. China)) (2011,21 :1178-1184)上发表“Boron removal from metallurgicalsilicon using CaO-SiO2-CaF2”，研究了 1823K 下利用 CaO-SiO2-Al2O3 渣将杂质 B 含量由原来的15ppmw降至2ppmw,同时冶金级娃中的Al、Ca和Mg的去除率也分别达到85. 0%、50· 2%和66. 7%。蔡靖等人在《材料导报》(2009，23 :81-84)上发表“高纯冶金硅除硼的研究进展”，在1973 K下将CaO-SiO2-Na2O预熔渣按一定的时间间隔加入至杂质硼含量为IOppmw的熔融冶金级硅中，并以18L/min流速向硅液中通入99. 5%Ar+0. 5%H2090 min，精炼后硅中硼含量降低至O. 23ppmw。挪威Elkem公司专利技术了一种向硅液添加60%Ca0_40%Si02造渣剂的方法(US5788945)，硅中的B含量可从40ppmw降低到lppmw。日本专利(NO. 066523)提出，SiO2含量超过45%的渣系硼去除效果更佳，利用65%Si02-35%Ca0熔渣将原料硅中的硼含量从7ppmw降至1. 6ppmw。赵友文等公开了 “一种冶金娃提纯方法及一种在线造洛除硼方法”(CN 101671027)，将吹氧与造渣除硼结合，添加Si02、NaCl, Na2O和MgO，使硅中的硼含量从28ppmw降低到12ppmw。中国专利“一种多晶娃提纯除硼方法”(CN101671023A),向娃熔体中加入Naf03、SiO2和碱金属等造渣剂，经过多次造渣精炼，可以将硅熔体中的硼含量从15ppmw 降低到 O. 18ppmw。以上这些精炼除硼的方法中，单独使用造渣精炼的方法时，很难将硼含量一次性降低至l.Oppmw以下，要达到这一要求，必须结合吹气氧化精炼一起使用或者进行多次重复造渣精炼，很显然，这必然会提高精炼除硼的成本。本专利技术采用一种复合精炼剂的方法，经一次精炼，即可将冶金级硅中的硼含量降低至O. 58ppmw，去除率达到97%以上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过下列技术方案实现。一种复合精炼剂去除冶金级硅中杂质硼(冶金级硅的含硼量是10 30ppmw)的方法，经过下列各步骤 (1)将硼含量为10 30ppmw的块状冶金级硅破碎至粒度为150 200目的粉末，再将精炼剂与冶金级硅粉按1:1 3:1的比例充分均匀，并将混合后的物料压成圆柱片状； (2)将步骤(I)所得圆柱片状通入流量为10 20L/min的氩气保护，并采用50°C/min升温到1420 1650°C后，保温O`. 5 4h后，再以20°C /min降温至室温，然后关闭氩气，取出样品； (3)去除头尾杂质富集部分，即得到去除杂质硼的硅。所得硅再利用离子电感耦合质谱仪(ICP-MS)检测样品当中的硼含量。所述步骤(I)的精炼剂是质量含量35% 75%的FeCl2与65% 25%的SiO2的混合物。所述SiO2和FeCl2为分析纯无水粉末，其纯度为99. 8%以上。所述步骤(I)压成圆柱片状的压力为15MPa。所述步骤(3)的去除头尾杂质富集部分是将样品头尾各切去样品长度的1/10。与现有的冶金级硅除去杂质硼的方法相比较，本专利技术具有以下优点 本专利技术既利用了 SiO2氧化剂将硅中杂质硼氧化成固态硼氧化物而去除，同时又使硅中的杂质硼与FeCl2反应生成气态硼化合物的形式挥发，从反应热力学来说，FeCl2是常用氯化物熔盐中除硼效率最高的，这大大提高了精炼剂的除硼率，硼去除反应可分别表示为式(I)和(2) 3(Si02)44[B]=3Sia)+2(B20^)(I)3/2FeCl2a)+[B]=3/2[Fe]+BCl3(g)(2) 冶金级硅传统的除硼方法吹气精炼、等离子体精炼和熔渣精炼，本方法不需要复杂的吹气或等离子体精炼装置，在感应炉中即可完成，设备简单，投资少，生产成本低，可达到较高的除硼效率。该方法突破了目前完全采用氧化物除硼的工艺和思路，提高了硅中硼的去除效率。本专利技术的创新点在于使硅中的杂质硼既以固态氧化物的形式又以气态硼化物的形式挥发去除，且方法操作简单，实用性强，精炼后冶金级硅中硼的去除效率达到97%以上，基本上可以满足太阳能级多晶硅对杂质元素硼含量的要求。与目前研究的氧化物渣系除硼相比，本方法不仅利用了 SiO2的氧化性，同时，FeCl2与杂质硼生成气态硼化物，精炼剂中的FeCl2和SiO2同时起到了除硼的作用，可以使冶金级硅中硼的去除效率提高到97本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合精炼剂去除冶金级硅中杂质硼的方法，其特征在于经过下列各步骤：（1）将硼含量为10～30ppmw的块状冶金级硅破碎至粒度为150～200目的粉末，再将精炼剂与冶金级硅粉按1:1～3:1的比例充分均匀，并将混合后的物料压成圆柱片状；（2）将步骤（1）所得圆柱片状通入流量为10～20L/min的氩气保护，并采用50℃/min升温到1420～1650℃后，保温0.5～4h后，再以20℃/min降温至室温，然后关闭氩气，取出样品；（3）去除头尾杂质富集部分，即得到去除杂质硼的硅。
【技术特征摘要】
1.一种复合精炼剂去除冶金级硅中杂质硼的方法，其特征在于经过下列各步骤 (1)将硼含量为10 30ppmw的块状冶金级硅破碎至粒度为150 200目的粉末，再将精炼剂与冶金级硅粉按1:1 3:1的比例充分均匀，并将混合后的物料压成圆柱片状； (2)将步骤(I)所得圆柱片状通入流量为10 20L/min的氩气保护，并采用50°C/min升温到1420 1650°C后，保温O. 5 4h后，再以20°C /min降温至室温，然后关闭氩气，取出样品； (3)去除头尾杂质富集部分，即得到去除杂质硼的硅。2.根据权利要求1所述的复合精炼...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍继君，马文会，贾斌杰，谢克强，魏奎先，周阳，杨斌，刘大春，戴永年，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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