階段平衡法提取硅的工藝研究及裝置設(shè)計(jì).pdf

1、硅的用途十分廣泛，是制備鋁硅合金、功能材料、有機(jī)硅的基本原料，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提純的硅是發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)和信息微電子產(chǎn)業(yè)的重要原材料，因此純度高的工業(yè)硅原料市場(chǎng)需求很大。通過(guò)階段平衡降溫的方法使硅聚集生長(zhǎng)，再將硅從鋁硅熔體中提取出來(lái)，由于在提取過(guò)程中，鋁液對(duì)硅起到了一定的清洗、純凈化作用，因此該方法較礦熱法生產(chǎn)的硅的純度要高。
　　本文以Al-25Si作為實(shí)驗(yàn)材料，研究階段降溫提取硅的最佳工藝條件，考察合金在凝固過(guò)程中的保溫溫度、保溫間隔

2、時(shí)間、終止溫度、降溫幅度及攪拌速度對(duì)初生硅生長(zhǎng)及分布規(guī)律的影響，然后比較不同終止溫度及攪拌情況下的提取率;并結(jié)合實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)提取硅的裝置做了初步設(shè)計(jì)。
　　研究結(jié)果表明:當(dāng)保溫溫度為900℃，降溫幅度為10℃，保溫間隔時(shí)間為20min，終止溫度為640℃時(shí)，硅的平均直徑達(dá)到0.466mm，粒徑大于3.35mm所占的比例達(dá)到20.2％。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熔液散熱方向非常明顯，故硅片幾乎都沿著散熱方向擇優(yōu)平行生長(zhǎng)，而合金中小的硅原子粒擴(kuò)散沉

3、積至硅片側(cè)面，使硅片層層疊加向前生長(zhǎng)，由于合金凝固過(guò)程中，細(xì)小的硅粒不能同時(shí)擴(kuò)散到大的硅片上，造成上面明顯的臺(tái)階狀形貌;同時(shí)過(guò)冷度的變化影響硅原子的擴(kuò)散，促使硅片生長(zhǎng)為“H”型結(jié)構(gòu)。
　　當(dāng)攪拌速度為50r/min，通過(guò)攪拌的方法提取硅，此時(shí)提取出的合金含硅量高達(dá)44.3％。在降溫過(guò)程中坩堝壁及攪拌棒附近過(guò)冷度較大，使初生硅首先在此部分聚集生長(zhǎng)，攪拌使初生硅粒子在旋轉(zhuǎn)金屬液的帶動(dòng)下發(fā)生軸向流動(dòng)，且離攪拌棒越近，其受的軸向力越大，由

4、于硅的密度較鋁的密度低，當(dāng)合金軸向發(fā)生流動(dòng)的時(shí)候，已長(zhǎng)大的硅片不斷向合金上層聚集。從提高提取率的角度來(lái)講，使硅片集中到一起更有利于其提高。同時(shí)，攪拌作用還可以微調(diào)合金液中的溫度場(chǎng)，使硅片的生長(zhǎng)更加均勻，以期生長(zhǎng)為塊狀。
　　以10Kg的Al-40Si為處理量，結(jié)合提取硅裝置的專(zhuān)利說(shuō)明及前期實(shí)驗(yàn)參數(shù)，對(duì)保溫系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和升降系統(tǒng)做詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，攪拌時(shí)，由于攪拌速度較小，選擇高傳動(dòng)比和高效率的擺線(xiàn)針輪一級(jí)減速器;升降系統(tǒng)選擇滾珠絲