CN101181997A - 一种金属硅材料的制备方法 - Google Patents
一种金属硅材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101181997A CN101181997A CNA2007101965632A CN200710196563A CN101181997A CN 101181997 A CN101181997 A CN 101181997A CN A2007101965632 A CNA2007101965632 A CN A2007101965632A CN 200710196563 A CN200710196563 A CN 200710196563A CN 101181997 A CN101181997 A CN 101181997A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- dioxide
- furnace
- oxygen
- sand form
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 title description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 184
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 70
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 67
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 37
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 claims description 63
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- GDFCWFBWQUEQIJ-UHFFFAOYSA-N [B].[P] Chemical compound [B].[P] GDFCWFBWQUEQIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 19
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 6
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- NICDRCVJGXLKSF-UHFFFAOYSA-N nitric acid;trihydrochloride Chemical compound Cl.Cl.Cl.O[N+]([O-])=O NICDRCVJGXLKSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 phosphorus boron oxide compound Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 18
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 abstract 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 9
- JLGNDWRTUGPNRE-UHFFFAOYSA-N [B]=O.[P] Chemical compound [B]=O.[P] JLGNDWRTUGPNRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002508 compound effect Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin Chemical compound CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种金属硅原料的制备方法，以及该制备方法所用的设备。本发明采用先纯化石英矿砂二氧化硅，然后再还原成金属硅在不需避氧反而注氧的方法以及改造传统熔炼炉工艺设备如电弧炉、氩弧炉，能达到在大规模量产同时大幅度提高金属硅纯度；其工艺步骤少，操作简单，为太阳能多晶硅/单晶硅提供高产能，低能耗的原料。
Description
技术领域
本发明属于金属硅材料工程领域。本发明涉及一种金属硅材料的制备方法，特别的，本发明涉及一种先纯化石英矿砂二氧化硅，然后再还原而制备金属硅材料的方法。本发明还涉及一种所述金属硅材料的制备方法所用的设备。
背景技术
金属硅是太阳能电池多晶硅提纯的主要原材料，金属硅的提纯精度直接影响到太阳能多晶硅的提纯效率、成本及效果。国际上金属硅原料制备的主流技术是利用电弧炉/氩弧炉/各类射频炉进行高温还原，石英(SiO2)与碳在还原炉中还原生成工业(金属)硅，其化学反应为：SiO2+C→Si+CO2↑。而西门子化学法的化学反应为：Si(s)+3HCl(g)＝SiHCl3(g)+H2(g)(放热)，生成的SiHCl3与PCl3和BCl3在相对挥发度上有较大差异(它们的沸点分别为31.8℃，74℃和13℃，能有效地用精馏提纯。最后在1100℃用H2还原SiHCl3，进行氯化反应的逆过程：SiHCl3(g)+H2(g)→Si(s)+3HCl(g)。反应析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999％的多晶硅原料，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。同时，世界各国还有使用改良西门子法(即俄罗斯法)、硅烷法、流态化床法、冶金法，其中改良西门子法占全球产量的80％以上。但无一例外无论采用哪一种工艺方法，平均提纯每公斤多晶硅原料耗电都在250--400度左右。因此，目前现有的金属硅原料制备技术中，高能耗，高投入低产出是多晶硅原料成本高居不下的主要原因，严重制约了太阳能电池的普及使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属硅原料的制备方法及其所用设备。
本发明一方面提供了一种金属硅原料的制备方法，包括先纯化石英矿砂二氧化硅，然后再还原成金属硅，其中，不使用惰性气体避氧，反而加氧。由本发明方法得到的硅原料的纯度由目前业内普遍为98-99％达到99.999％甚至更高，为下一步太阳能多晶硅/单晶硅提供高产量、低能耗、低成本的原料。
本发明的构思是利用熔炼炉如电弧炉/氩弧炉/各类射频炉等加温方式熔炼二氧化硅(SiO2)，再还原成金属硅。特别是利用熔炼炉加温方式做二氧化硅(SiO2)精纯处理过程中注氧，使二氧化硅(SiO2)中的磷、硼离子、化合物充分氧化。然后在高温条件下使磷、硼离子、化合物气化，经由抽真空装置排出，从而降低二氧化硅(SiO2)中的磷、硼及各类金属含量。实验证实二氧化硅(SiO2)中的磷、硼含量可由原矿含量数百ppma降至5ppma以下，金属含量亦由0.2％-降至数十ppma以下。原矿二氧化硅(SiO2)纯度从约99％提升至99.99％以上。经还原工艺将二氧化硅(SiO2)还原成金属硅后作为多晶硅，单晶硅提纯原料。大幅降低生产、投资成本。使太阳能多晶硅/单晶硅乃至光伏产业得以快速发展。
针对上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供一种金属硅材料的制备方法，所述方法是先纯化石英砂二氧化硅(SiO2)，然后再将所述二氧化硅还原成金属硅，采用这一方法的优点是不需要使用惰性气体(如氮、氩)避氧，反而加氧。
优选的，所述纯化石英矿砂二氧化硅SiO2的操作包括：采用化学酸洗方法，干燥，高温催氧，和高温熔炼。
优选的，所述化学酸洗方法包括：用王水洗去重金属，金属离子/化合物，王水的组成配比为，3HCl∶HNO3；用HF溶液洗去磷硼化合物。
优选的，所述HF溶液配比组成为，50份纯水∶1份49％浓度的HF。
优选的，所述方法还包括：在纯化石英矿砂二氧化硅SiO2后，再运用离心机脱水，烘烤箱烘干燥法干燥，使得含水量＜1％。
优选的，所述方法还包括：在纯化石英矿砂二氧化硅SiO2前，粉碎石英矿砂二氧化硅SiO2至微米级。
优选的，所述石英矿砂二氧化硅SiO2为，取天然的纯度已达99％以上的石英矿砂二氧化硅SiO2，其中杂质包括：Al2O3和/或CaO和/或Fe2O3和/或TiO2和/或P2O5。
优选的，所述高温催氧，高温熔炼在熔炼炉中进行，所述高温催氧操作为，当温度达到600℃即开始进行注氧工艺，所通入之氧气必须是高浓度氧，炉温逐渐升至1300℃，使石英矿砂二氧化硅SiO2内的磷硼完全氧化型成磷硼氧化物-P2O5/B2O3。
优选的，所述高浓度氧的浓度高于98％。
优选的，所述高温催氧，高温熔炼在熔炼炉中进行，所述高温熔炼操作为，在完成磷硼完全氧化后停止通氧再进行升温至1600℃-1700℃，使磷硼氧化物-P2O5/B2O3气化，气化之P2O5/B2O3由排气装置排出。
优选的，所述高温熔炼操作还包括，再将炉温升至超过二氧化硅SiO2融点1700℃以上，温度越高排除磷硼氧化物效果越好，同时利用物理热趋排杂(质)法，实行分段冷却排除硅渣杂质，排除杂质纯化二氧化硅。
优选的，炉温逐渐升至1300℃升温和/或升至1600℃-1700℃的升温速度为每分钟10℃。
优选的，所述还原成金属硅的操作为碳还原。
综上，所述纯化金属硅的方法具体可分为以下三个步骤：
步骤一、大自然的石英矿砂纯度已达99％以上，其中杂质为Al2O3、CaO、Fe2O3、TiO2、P2O5等。
选用高纯度(如99.5％)石英矿砂二氧化硅(SiO2)先进行酸洗，石英砂愈细，清洗结果愈佳。
用王水(3份盐酸HCl∶1份硝酸HNO3)洗去重金属，金属离子/化合物等。
用HF【50份纯水∶1份HF(浓度49％)】洗去金属、磷、硼化合物。
化学清洗是去除杂质有效及低成本的方法，经化验清洗后的二氧化硅(SiO2)，由原来99.5％提升至99.9％以上。
然后用离心机脱水，烘烤箱烘干燥法干燥二氧化硅(SiO2)，干燥成度达含水量＜1％。
步骤二、将清洗好干燥完的石英砂二氧化硅(SiO2)进行高温炉催氧：
将改造好的熔炼炉加热至600℃开使加入高纯氧气(98％)，炉温逐渐升至1300℃(如每分钟升10℃)，使石英矿砂内的磷硼完全氧化。然后停止通氧气再进行升温至SiO2熔点1700℃，温升速度如前，使磷、硼氧化物-P2O5/B2O3气化，由排气装置排出。
步骤三、延续步骤2-进行熔炼：
将炉温升至超过石英砂融点(1700℃)以上，温度越高排除磷硼氧化物效果越好，同时利用物理热趋排杂(质)法/金属冶炼法，排除杂质纯化二氧化硅。
下面分别就上述三个步骤的操作及其效果进行进一步描述：
首先，关于化学清洗步骤，所述化学清洗的具体方法如下：
取自天然的石英矿砂二氧化硅(SiO2)，该石英矿砂二氧化硅纯度已达99％以上，其中所含的杂质为Al2O3、CaO、Fe2O3、TiO2、P2O5等。
用配比组分为3HCl∶HNO3的王水，洗去重金属、金属离子和/或金属化合物等。
用HF溶液【50份纯水∶1份HF(49％)】洗去磷硼化合物。
化学清洗是去除杂质有效及低成本的方法，经化验清洗后的二氧化硅(SiO2)，由原来99.5％提升至99.9％以上。
再运用冷冻真空干燥法干燥，使含水量＜1％。
将经过上述操作的石英矿砂二氧化硅粉碎至微米(μm)级，清洗效果更佳。
本发明所述的金属硅原料提纯制备方法，先纯化石英矿砂二氧化硅(SiO2)作为纯化之原料，其中清洗步骤至为关键。
其次，关于高温炉催氧步骤及熔炼步骤：
对所述设备改造如下：将熔炼炉如电熔炉、氩弧炉、各类射频炉加装充氧装置和CO2排放收集装置，具体可参见附图1。
在熔炼炉达到600℃即开始进行注氧工艺，所通入之氧气必须是高纯氧(如98％O2)，炉温逐渐升至1300℃(如每分钟10℃)，使石英矿砂二氧化硅(SiO2)内的磷硼完全氧化形成磷硼氧化物-P2O5/B2O3。
在磷硼完全氧化后停止通氧再进行升温至SiO2熔点1700℃，温升速度如前，使磷硼氧化物-P2O5/B2O3气化，气化的P2O5/B2O由排气装置排出。由此，二氧化硅(SiO2)内最不易去除的磷硼已有效被排已有效被排了。
再将炉温升至超过二氧化硅(SiO2)融点(1700℃)以上，温度越高排除磷硼氧化物效果越好，同时利用物理热趋排杂(质)法对二氧化硅(SiO2)实行分段冷却排除硅渣杂质，排除杂质纯化二氧化硅。
另一方面，本发明提供一种用于所述纯化金属硅方法的设备，该设备包括熔炼炉和/或电阻炉，以及常规的二氧化硅还原炉，其中在熔炼炉和/或电阻炉上加装充氧装置和废气排放收集装置。
优选的，所述熔炼炉和/或电阻炉包括钟罩和置于钟罩中的、用于熔融石英矿砂二氧化硅的容器。
优选的，所述充氧装置和废气排放收集装置安装在熔炼炉和/或电阻炉的钟罩上。
优选的，所述设备包括一种熔炼炉，其中在普通熔炼炉如电熔炉、氩弧炉、各类射频炉加装充氧装置和废气排放收集装置，具体可参见附图1。
优选的，所述熔炼炉为电弧炉、氩弧炉或射频炉。
优选的，所述充氧装置为一充氧管道，更优选的，所述管道上带有一进气阀门。
优选的，所述废气排放收集装置为一排气管道，更优选的，所述管道上带有一排气阀门。
在本发明的设备中，所述容器优选是坩锅。所述坩锅优选是由碳化硅或石墨制成的。
本发明的技术效果是：
运用本方法数次，可将石英提纯至99.999％以上。
本发明的纯化金属硅的方法中，利用传统的二氧化硅(SiO2)还原炉将二氧化硅还原成金属硅，当然所使用之碳必须是高纯碳。如此低成本的金属硅就取得了。而且纯度高达99.999％以上。
本发明的制备方法适用于任何型式熔炼炉如电弧炉、氩弧炉、各类射频炉等，同时也适合于任何型式的电阻炉。
本发明的优点是：
利用低廉的化学清洗加上传统工艺熔炼设备如电弧炉、氩弧炉、各类射频炉进行小改造，就能达到在大规模量产，同时大幅度提高金属硅纯度；其工艺步骤少，操作简单，适用于任何型式的熔炼设备。
附图说明
图1显示使用所述纯化金属硅方法的专用熔炼炉。由图1可以看出，所述熔炼炉上带有一充氧管道，所述管道上带有一进气阀门，所述熔炼炉上带有一排气管道，所述管道上带有一排气阀门。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的详细内容及其有关效果，但是应该明白，下述实施例仅是为举例说明本发明，而不在任何方面构成对本发明范围的限制。
实施例1
在常规电弧炉的钟罩上安装密闭的用于充氧的管接头和用于排放气体的管接头，在用于充氧的管接头上安装进气阀门和充氧管道，在用于排放气体的管接头上安装排气阀门和排气管道，即可得到本发明的熔炼炉，其结构具体可见附图1。
实施例2
选用纯度为99.5％的石英矿砂二氧化硅先进行酸洗。具体是：用配比组分为3HCl∶HNO3的王水，洗去重金属、金属离子和/或金属化合物等。然后，用HF溶液【50份纯水∶1份HF(49％)】洗去磷硼化合物。经化验，清洗后的二氧化硅(SiO2)，由原来99.5％提升至99.9％。再运用冷冻真空干燥法干燥，使含水量＜1％。
将经过上述操作的石英矿砂二氧化硅装入本发明的熔炼炉。在熔炼炉达到600℃即开始进行注氧，所通入之氧气是98％O2，炉温以每分钟10℃逐渐升至1300℃，使石英矿砂二氧化硅内的磷硼完全氧化形成磷硼氧化物-P2O5/B2O3。
在磷硼完全氧化后停止通氧再进行升温至1650℃，温升速度是每分钟10℃，使磷硼氧化物-P2O5/B2O3气化，气化的P2O5/B2O由排气装置排出。由此，二氧化硅内最不易去除的磷硼已有效被排已有效被排了。
再将炉温升至1750℃(二氧化硅熔点为1700℃)，同时利用物理热趋排杂质法排除硅渣杂质，对二氧化硅实行分段冷却排除硅渣杂质，得到纯化的二氧化硅。经过数次排杂后经检测，石英被提纯至99.999％以上。
最后，利用传统的二氧化硅还原炉将上述纯化的二氧化硅还原成金属硅，还原所使用的碳是高纯碳。如此低成本的金属硅就取得了。而且纯度高达99.999％以上。
实施例3
选用纯度为99％以上的石英矿砂二氧化硅，粉碎石英砂至微米级，然后进行酸洗。具体是：用配比组分为3HCl∶HNO3的王水，洗去重金属、金属离子和/或金属化合物等。然后，用HF溶液【50份纯水∶1份HF(49％)】洗去磷硼化合物。经化验，清洗后的二氧化硅(SiO2)，由原来99.％提升至99.9％。再运用离心机脱水干燥法干燥，使含水量＜1％。
将经过上述操作的石英矿砂二氧化硅装入本发明的熔炼炉。在熔炼炉达到600℃即开始进行注氧，所通入之氧气是98％O2，炉温逐渐升至1300℃，使石英矿砂二氧化硅内的磷硼完全氧化形成磷硼氧化物-P2O5/B2O3。
在磷硼完全氧化后停止通氧再进行升温至1670℃，使磷硼氧化物-P2O5/B2O3气化，气化的P2O5/B2O由排气装置排出。由此，二氧化硅内最不易去除的磷硼已有效被排已有效被排了。
再将炉温升至1800℃(二氧化硅熔点为1700℃)，同时利用物理热趋排杂质法排除硅渣杂质，对二氧化硅实行分段冷却排除硅渣杂质，得到纯化的二氧化硅。经检测，石英被提纯至99.999％以上。
最后，利用传统的二氧化硅还原炉将上述纯化的二氧化硅还原成金属硅，还原所使用的碳是高纯碳。如此低成本的金属硅就取得了。而且纯度高达99.999％以上。
以上结合实施例对本发明进行了详细解释和说明，但本领域技术人员懂得，在不脱离本发明精神和范围下，本发明实施例的任何改变、改进、变体、变型和/或等同物均在所附权利要求定义的本发明范围内。
Claims (22)
1.一种制备金属硅的方法，包括先纯化石英矿砂二氧化硅，然后再还原成金属硅，其特征在于，不使用惰性气体避氧，反而加氧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纯化石英矿砂二氧化硅的操作包括：化学酸洗纯化，干燥，高温催氧，和高温熔炼。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化学酸洗纯化步骤包括：
用王水洗去重金属，金属离子/化合物，王水的组成配比为，3HCl∶HNO3；和
用HF溶液洗去磷硼化合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述HF溶液配比组成为，50份纯水∶1份49％浓度的HF。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在纯化石英矿砂二氧化硅后，再运用离心机脱水，烘烤箱干燥法干燥，使得含水量＜1％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在纯化石英矿砂二氧化硅前，粉碎石英矿砂二氧化硅至微米级。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述石英矿砂二氧化硅为天然的纯度已达99％以上的石英矿砂二氧化硅。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述高温催氧，高温熔炼在熔炼炉中进行，所述高温催氧操作为，当温度达到600℃即开始进行注氧工艺，所通入之氧气必须是高浓度氧，炉温逐渐升至1300℃，使石英矿砂二氧化硅内的磷硼完全氧化形成磷硼氧化物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高浓度氧的浓度高于98％。
10.根据权利要求1-7所述的方法，其特征在于，所述高温催氧，高温熔炼在熔炼炉中进行，所述高温熔炼操作为，在磷硼完全氧化后停止通氧再进行升温至1600℃-1700℃，使磷硼氧化物气化，气化的P2O5/B2O3由排气装置排出。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述高温熔炼操作还包括，再将炉温升至二氧化硅熔点以上，同时利用物理热趋排杂法，排除杂质纯化二氧化硅。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于，炉温逐渐升至1300℃升温和/或升至1600℃-1700℃的升温速度为每分钟10℃。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述还原成金属硅的操作为碳还原。
14.一种权利要求1-13任意一项所述的制备金属硅的方法所用的设备，该设备包括熔炼炉和/或电阻炉，以及常规的二氧化硅还原炉，其特征在于，在熔炼炉和/或电阻炉上加装充氧装置和废气排放收集装置。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述熔炼炉为电弧炉、氩弧炉或射频炉。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述充氧装置为一充氧管道。
17.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述废气排放收集装置为一排气管道。
18.根据权利要求16或17所述的设备，其特征在于，所述充氧管道和/或排气管道上带有阀门。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的设备，其特征在于，所述熔炼炉和/或电阻炉包括钟罩和置于钟罩中的、用于熔融石英矿砂二氧化硅的容器，
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述容器为坩锅。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述坩锅是由碳化硅或石墨制成的。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的设备，其特征在于，所述充氧装置和废气排放收集装置安装在熔炼炉和/或电阻炉的钟罩上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007101965632A CN101181997A (zh) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | 一种金属硅材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007101965632A CN101181997A (zh) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | 一种金属硅材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101181997A true CN101181997A (zh) | 2008-05-21 |
Family
ID=39447440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007101965632A Pending CN101181997A (zh) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | 一种金属硅材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101181997A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102211771A (zh) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 富田孝司 | 硅和碳化硅的制造方法以及制造装置 |
| CN101837978B (zh) * | 2009-03-19 | 2012-02-01 | 金亦石 | 由硅矿产出单晶硅或多晶硅连续纯化反应处理装置及方法 |
| CN108249442A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-06 | 郑州大学 | 一种采用全封闭电阻炉制备碳化硼的方法 |
| CN108689409A (zh) * | 2017-04-06 | 2018-10-23 | 镇江荣德新能源科技有限公司 | 一种利用石英坩埚碎片制备金属硅的方法 |
| CN110899219A (zh) * | 2018-09-18 | 2020-03-24 | 3S韩国株式会社 | 硅基粉末的杂质的洗涤装置以及方法 |
| CN115196642A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-10-18 | 深圳市上欧新材料有限公司 | 一种二氧化硅的提纯方法 |
-
2007
- 2007-11-29 CN CNA2007101965632A patent/CN101181997A/zh active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101837978B (zh) * | 2009-03-19 | 2012-02-01 | 金亦石 | 由硅矿产出单晶硅或多晶硅连续纯化反应处理装置及方法 |
| CN102211771A (zh) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 富田孝司 | 硅和碳化硅的制造方法以及制造装置 |
| CN108689409A (zh) * | 2017-04-06 | 2018-10-23 | 镇江荣德新能源科技有限公司 | 一种利用石英坩埚碎片制备金属硅的方法 |
| CN108249442A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-06 | 郑州大学 | 一种采用全封闭电阻炉制备碳化硼的方法 |
| CN110899219A (zh) * | 2018-09-18 | 2020-03-24 | 3S韩国株式会社 | 硅基粉末的杂质的洗涤装置以及方法 |
| CN115196642A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-10-18 | 深圳市上欧新材料有限公司 | 一种二氧化硅的提纯方法 |
| CN115196642B (zh) * | 2022-07-04 | 2023-09-26 | 柯瑞林 | 一种二氧化硅的提纯方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101475174B (zh) | 一种提纯工业硅制备太阳能级硅的方法 | |
| Gribov et al. | Preparation of high-purity silicon for solar cells | |
| KR101450346B1 (ko) | 태양 전지 및 다른 용도를 위한 규소 제조 방법 | |
| JP4856738B2 (ja) | 高純度シリコン材料の製造方法 | |
| CN101259963B (zh) | 以高纯石英砂为原料生产太阳能级多晶硅的方法 | |
| CN101122047B (zh) | 一种太阳能电池用多晶硅制造方法 | |
| CN109052407A (zh) | 一种硅切割废料的回收与提纯方法 | |
| CN101481111B (zh) | 一种利用高温气-固反应制备高纯度硅的方法 | |
| CN100372762C (zh) | 一种制备太阳能级多晶硅的方法 | |
| CN102229430B (zh) | 一种冶金法制备太阳能多晶硅的技术方法 | |
| CN101353167A (zh) | 一种超纯冶金硅的制备方法 | |
| CN101372334A (zh) | 一种高纯硅的制备方法 | |
| CN101362600B (zh) | 一种湿法冶金除多晶硅中硼的方法 | |
| CN101181997A (zh) | 一种金属硅材料的制备方法 | |
| CN101787563A (zh) | 感应和电子束熔炼去除多晶硅中杂质磷和硼的方法及装置 | |
| CN103387236A (zh) | 一种高纯硅的精炼装置及其方法 | |
| JP2011219286A (ja) | シリコン及び炭化珪素の製造方法及び製造装置 | |
| CN101565186B (zh) | 一种硅中硼杂质的去除方法 | |
| CN101724902A (zh) | 一种高温冶金法制备太阳能级多晶硅的工艺 | |
| CN102408112A (zh) | 一种高纯硅衬底下电子束熔炼提纯多晶硅的方法及设备 | |
| CN111056556A (zh) | 一种以二氧化硅和氢气为原料制备多晶硅的方法 | |
| CN108793170B (zh) | 一种工业硅通气造渣冶炼结合预处理后酸洗工艺 | |
| CN112441588A (zh) | 一种金刚石线切割硅废料的脱氧方法 | |
| CN203754432U (zh) | 利用硅渣生产高纯硅的重熔装置 | |
| CN118954518B (zh) | 金刚石线切割硅粉表面二氧化硅的去除方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080521 |