電熱冶金法制備高品質(zhì)硅的原料凈化研究及煉硅初探.pdf

1、目前，全球化石能源日益枯竭，能源危機(jī)已迫在眉睫，太陽能作為一種分布廣泛、安全、清潔的可再生新能源得到了快速的發(fā)展，已成為21世紀(jì)最重要的新能源。硅材料作為太陽能級電池基礎(chǔ)原料供不應(yīng)求，但多晶硅的傳統(tǒng)制備工藝改良西門子法成本較高，且核心技術(shù)被國外壟斷。冶金法制取太陽能級多晶硅與傳統(tǒng)工藝相比具有成本低、環(huán)境友好、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。研究擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的冶金法制備多晶硅技術(shù)對發(fā)展我國光伏產(chǎn)業(yè)有著重要的戰(zhàn)略意義。
　　本文研究了用凈化原料結(jié)合

2、電熱冶金法制備高品質(zhì)硅的工藝，為電熱冶金法制備太陽能級多晶硅奠定基礎(chǔ)。由于原料石油焦和硅石中的雜質(zhì)都可能隨著冶煉過程進(jìn)入產(chǎn)物硅中，所以本實(shí)驗(yàn)首次對兩種原料分別進(jìn)行除雜，控制其中金屬及P、B含量。主要內(nèi)容包括:
　　(1)石油焦超聲酸浸除雜工藝的研究。得到優(yōu)化條件為:石油焦粒徑在75μm以下，酸浸時(shí)間0.5 h，液固比10∶1，鹽酸濃度12 wt％，酸浸溫度50℃，超聲功率270 W，超聲頻率45 kHz，在此優(yōu)化條件下，F(xiàn)e元素的

3、去除率達(dá)99.15％，P元素的去除率達(dá)到94.42％。超聲酸浸對雜質(zhì)的去除效果十分明顯。
　　(2)硅石酸浸除雜工藝的研究。通過單因素實(shí)驗(yàn)分別得到了超聲酸浸與常規(guī)攪拌酸浸工藝的優(yōu)化條件，兩種優(yōu)化條件下的提純效果對比表明，超聲酸浸在提純效果和提純速率上都具有明顯優(yōu)勢。同時(shí)得到超聲酸浸優(yōu)化條件:硅石粒徑在75μm以下、鹽酸濃度12 wt％、反應(yīng)溫度40℃、超聲功率300 W、超聲頻率45 kHz，反應(yīng)至20 min時(shí)即達(dá)到最佳浸出效果

4、，鐵的去除率達(dá)到98.97％。
　　(3)提凈化原料電熱冶金法制備高品質(zhì)硅可行性的探究。本文共進(jìn)行兩次熔煉實(shí)驗(yàn):第一次選用未經(jīng)凈化處理的硅石和石油焦為原料;第二次選用分別經(jīng)優(yōu)化酸浸條件提純的硅石和石油焦為原料，得到產(chǎn)物硅含量為99.74％，純度遠(yuǎn)高于第一次開爐產(chǎn)物的98.02％，已超過國家A級工業(yè)硅標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)e、Al、Ca金屬雜質(zhì)含量均低于現(xiàn)有國家A級工業(yè)硅標(biāo)準(zhǔn)，P、B含量分別為10 ppm和6 ppm，均低于現(xiàn)有工業(yè)硅中磷和硼的含