一種從工業矽中去除雜質的方法
2023-04-24 03:00:36 1
專利名稱：一種從工業矽中去除雜質的方法
技術領域：
本發明涉及矽提純工業領域，具體的，本發明涉及一種從工業矽中去除雜質的方法。
背景技術：
多晶矽是製備單晶矽和太陽能電池的原材料，也是電子信息工業及光伏產業的基石。然而，其生產技術複雜，前期投資巨大，達產周期較長，成為限制國內光伏產業發展的重要原因之一。為了促進太陽能電池的廣泛應用，應對市場的激烈變化，必須加快多晶矽生產技術的突破創新，降低能耗及成本。目前，多晶矽的生產現狀比較簡單，幾乎所有產品都是採用化學法生產，是將矽或氧化矽轉化為氯矽烷、矽烷，通過精餾等方法淨化後，再通過氣相沉積法得到高純矽。比較典型的工藝技術主要有西門子法、矽烷法以及流化床法等。其中，改良西門子法是現階段國內外多晶矽生產的主導工藝，其產能約佔世界總產能的80%左右。然而，由於其工藝中一些關鍵技術仍然掌握在少數發達國家，使得國內企業面臨投資大、工藝長、能耗高、操作危險等一系列的問題。冶金法是一直將廉價的工業矽逐步除雜提純直至得到太陽能級矽的方法，即在不改變矽化學性質的基礎上，通過基體矽與雜質及其化合物的物理特性(蒸汽壓、溶解度、氧化還原勢、相變特性等)差異，採用某種方法將矽中的雜質去除而達到分離提純的效果。目前冶金法中所採用的基本淨化方法為溼法酸洗，氧化造渣，電子束精煉，定向凝固等。矽中雜質主要指B、P等非金屬雜質以及Fe、Al、Ti等金屬雜質，大部分金屬雜質在矽固/液兩相的平衡溶解度差異較大，因此分凝係數非常低，在冶金矽凝固過程中會偏析在晶界或者缺陷位錯處，雖然可以通過酸洗過程對其進行預先處理，但是，由於受到矽中雜質相的影響，金屬的去除率很難達到理想的效果，一般都要進行幾段甚至更長工序的多步驟、長周期的聯合浸出。馬文會等人申請的專利一種製備太陽能級多晶矽的方法(專利號為200610010654. 8，公告日期為2006年07月19日)，該發明涉及一種製備太陽能級多晶矽的方法，以工業矽為原料，經破碎，研磨後得粒度為50目以上的矽粉物料，矽粉分別用鹽酸、硝酸和氫氟酸進行三步浸出處理後，再在真空爐內進行真空精煉處理，包括真空氧化精煉、真空蒸餾精煉和真空脫氣階段，最後定向凝固及切頭處理，獲得太陽能級多晶矽。馬文會等人申請的專利一種製備超冶金級矽的方法(專利號為200710066017. 7，公告日期為2008年01月30日)，該發明涉及一種製備超冶金級矽的方法，以工業矽為原料，經粉碎、篩分、初步除雜等工序後，放入超聲波、微波場中進行鹽酸酸浸處理，經過強化處理後的矽粉再先後採用常壓酸浸、高溫高壓酸浸以及氫氟酸處理等工序，獲得純度為4N以上的超冶金級矽粉。劉應寬等人申請的專利一種冶金法多晶矽金屬雜質溼法冶金提純工藝(專利號為201110146267. 8，公告日期為2011年12月28日)，該發明涉及一種溼法冶金提純方法，以工業矽為原料，經破碎篩分後，進行磁選機磁選備用，再依次通過預清洗、稀氫氟酸酸洗、王水酸洗、稀氫氟酸和過氧化氫酸洗等過程進行酸洗，獲得4N純度的冶金矽。綜上所述，作為冶金法製備多晶矽的預處理過程，現有的溼法酸洗技術雖然能夠採取不同的酸浸方法和條件將工業矽純度提高至4N的純度，卻依然存在過程複雜，流程長，總體能耗高等缺點。為了提高溼法處理過程的除雜效果，減小生產成本，降低能耗，本申請提出了一種在不依賴於外部附加強化技術的低成本短流程的工業矽除雜技術，該技術根據工業矽的雜質賦存形態和特點，優化選擇酸介質的組合及其濃度，反應步驟等條件，在常規條件下將工業矽純度提高至4N以上的純度。
發明內容
本發明目的在於，為解決上述問題，提供一種從工業矽中去除雜質的方法，具體地，是一種短流程去除矽中雜質的溼法化學酸浸方法。本發明的從工業矽中去除雜質的方法，包括以下步驟I)將矽塊經粉碎研磨後，篩分得到10(Γ200目的矽粉；2)將 所得矽粉進行水洗淨化，然後將矽粉加入到鹽酸和氫氟酸的混合溶液浸出，其中，混合液中鹽酸體積百分濃度109Γ50%，氫氟酸體積百分濃度39Γ15%，保溫攪拌3 15小時；3)將處理後的矽粉加入到王水溶液中進行第二次浸出，王水質量濃度為10°/Γ40%，保溫攪拌3 15小時；4)將處理後的矽粉加入到氫氟酸溶液中進行第三次浸出，氫氟酸質量濃度為5 20%，保溫攪拌3 15小時；本發明中，上述步驟2)、3)、4)即三次酸浸出的順序，可以根據矽粉雜質相及賦存結構特點進行變化調整。5)將所得矽粉用純淨水洗滌至中性，最後乾燥處理，獲得提純後的矽粉。根據本發明的從工業矽中去除雜質的方法，步驟2廣4)中所述浸出步驟後，進行固液分離獲得矽粉，優選地，使用離心機進行固液分離。根據本發明的從工業矽中去除雜質的方法，步驟2廣4)中所述浸出步驟，浸出後的酸溶液經處理後可以進行循環利用。根據本發明的從工業矽中去除雜質的方法，步驟2)1)中所述保溫的溫度為2(T90°C，優選 40 70°C。根據本發明的從工業矽中去除雜質的方法，步驟2廣4)中所述攪拌時間為3 15小時，優選5 8小時。根據本發明的從工業矽中去除雜質的方法，步驟2) ^4)中所述矽粉與酸性溶液的固液比為1: f 8，優選1:3 5。本發明中，各步驟均在常壓下進行，特別地，步驟2廣4)的酸浸出步驟，均可在常壓下實現。本發明的從工業矽中去除雜質的方法，克服了長期以來酸洗過程中流程長、效果差、能耗高等缺陷，可簡化工藝流程，減少生產成本，有效去除矽中雜質。該方法可以使矽中典型金屬雜質最低達到如下含量Fe:24ppmw;Al:0. 42ppmw ；Ca:1. 3ppmw ；T1:0. 65ppmw ；Cu:2.1ppmw0本發明的從工業矽中去除雜質的方法，基於工業矽中雜質的存在形式和賦存狀態，在不改變矽的性質及成分的條件下，加入化學試劑及添加劑，從而達到有效去除矽中雜質的方法。本發明的優點是利用溼法冶金提純技術，在低溫常壓下操作，對反應器要求不高，且與傳統酸洗方法相比，流程更短；該方法能夠去除大部分雜質元素，特別是用簡易的方法有效降低矽中的金屬雜質的含量。本發明大幅度的降低了反應液濃度，縮短了反應時間，節約了投資成本，降低了能耗。
具體實施例方式本發明的從工業矽中去除雜質的方法，通過以下實施例進行詳細說明。實施例1(I)將IOkg冶金矽塊經破碎研磨成粒徑為10(Γ200目的矽粉，將所得矽粉進行水洗淨化，取樣分析雜質含量；(2)將IOOg的矽粉加入到鹽酸和氫氟酸的混合溶液，其中鹽酸與氫氟酸體積比為比為5:1, 20°C攪拌8小時,反應固液比為1:3,浸出完成後用離心機固液分離；(3)將步驟⑵處理後的矽粉加入到王水溶液中進行第二次浸出，王水濃度為15%，20°C攪拌8小時，固液比為1:3，浸出完成後用離心機固液分離；(4)將步驟(3)處理後的矽粉加入到的氫氟酸溶液中進行第三次浸出，氫氟酸質量濃度為5%，20°C攪拌8小時，固液比為1:3，浸出完成後用離心機固液分離；(5)浸出後進行固液分離，所得矽粉用純淨水洗滌至中性，最後乾燥處理，並取樣分析。上述各步驟均在常壓下進行，提純結果見表I。表I矽粉提純結果
權利要求
1.一種從工業矽中去除雜質的方法，包括以下步驟 1)將矽塊經粉碎研磨後，篩分得到10(Γ200目的矽粉； 2)將所得矽粉進行水洗淨化，然後將矽粉加入到鹽酸和氫氟酸的混合溶液浸出，其中，混合液中鹽酸體積百分濃度109Γ50%，氫氟酸體積百分濃度39Γ15%，保溫攪拌3 15小時； 3)將處理後的矽粉加入到王水溶液中進行第二次浸出，王水質量濃度為10°/Γ40%，保溫攪拌:Γ15小時； 4)將處理後的矽粉加入到氫氟酸溶液中進行第三次浸出，氫氟酸質量濃度為5 20%，保溫攪拌3 15小時； 上述步驟2)、3)、4)順序任意變換調整； 5)將所得矽粉用純淨水洗滌至中性，最後乾燥處理，獲得提純後的矽粉。
2.根據權利要求1所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)^4)中所述浸出步驟後，進行固液分離獲得矽粉。
3.根據權利要求1所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)^4)中所述浸出步驟，浸出後的酸溶液進行循環利用。
4.根據權利要求1所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)^4)中所述保溫的溫度為2(T90°C。
5.根據權利要求4所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2) 4)中所述保溫溫度為4(T70°C。
6.根據權利要求1所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)^4)中所述攪拌時間為51小時。
7.根據權利要求1所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)^4)中所述矽粉與酸性溶液的固液比為1:廣8。
8.根據權利要求7所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)1)中所述矽粉與酸性溶液的固液比為1:3 5。
9.根據權利要求1所述從工業矽中去除雜質的方法，其特徵在於，步驟2)1)在常壓下進行。
全文摘要
本發明涉及一種從工業矽中去除雜質的方法。本發明的從工業矽中去除雜質的方法，包括以下步驟1)將矽塊經粉碎研磨後，篩分得到100~200目的矽粉；2)將矽粉水洗淨化，加入到鹽酸和氫氟酸的混合溶液浸出；3)將處理後的矽粉加入到王水溶液中進行第二次浸出；4)將處理後的矽粉加入到氫氟酸溶液中進行第三次浸出；上述步驟2)、3)、4)順序任意變換調整；5)將所得矽粉用純淨水洗滌至中性，最後乾燥處理，獲得提純後的矽粉。本發明根據工業矽的雜質賦存形態和特點，優化選擇酸介質的組合及其濃度，反應步驟等條件，在常規條件下將工業矽純度提高至4N以上的純度。
文檔編號C01B33/037GK103030149SQ20121052838
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者王志, 張虎, 胡磊 申請人:中國科學院過程工程研究所