[发明专利]一种从碳还原剂中除硼和磷的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能硅材料提纯领域，涉及一种从碳还原剂中除硼和磷的方法。 

背景技术

在太阳能级多晶硅的生产和提纯的过程中，尤其是物理或冶金法(也包括化学法)制备提纯多晶硅的过程中，最难以去除的杂质是磷元素和硼元素。通常，为了将硅中的磷元素和硼元素的含量从通常的十个PPM以上，降低到太阳能电池所需的0.1ppm，需要进行高温精炼、真空熔炼等工序，而且，通常还只能达到1个ppm以上的程度，不能满足太阳能电池的要求。 

金属硅中的杂质主要有两个来源，一个是硅石矿中含有微量的硼，另外一个是碳还原剂。通常，如果为了进行太阳能级硅材料的冶炼，人们可以选用含硼和磷较低的硼矿，而还原剂则主要采用木炭、焦炭、焦煤或石油焦。其中，以石油焦的硼和磷的含量最低。但即便是很纯净的石油焦，其硼的含量也在4ppm左右，而磷含量通常高达10ppm甚至50ppm以上。通常，在经过金属硅的冶炼工艺后，最后残余在金属硅中的硼和磷元素最低可以低到分别为10ppm和4ppm。 

这样的磷硼含量在经过常规的物理法或冶金法提纯后，可以制成太阳能电池，但成本较高。因为，磷硼由于与硅的许多化学性质相近。尤其是硼元素，因熔点比硅还高，而在硅中的分凝系数是0.8，因此，无论采用真空熔炼还是定向凝固，都很难将硅中的硼和磷降到1个ppm以下。而太阳能级的硅则应当将硼和磷都除到0.1ppm以下。 

因此，在金属硅形成之前，如果将生产金属硅所用的原料中的硼和磷从 原料中先行去除，则将会大大减少提纯成本。由于生产金属硅的主要还原剂是碳，而从碳中分离硼和磷将比从硅中去除硼和磷要简便得多。 

无论是焦炭、木炭还是石油焦，作为金属硅冶炼的还原剂来说，主要成份都是碳元素，因此，统称为碳还原剂。同时，这些碳还原剂中，又存在着许多杂质，统称为灰分。如果各类碳还原剂都按照最佳的工艺生产的话，则石油焦的灰分可以达到最低。但其中的硼往往也超过2ppm；但石油焦高温比电阻低，影响电极下插，反应能力差；粉料多、烧损大，炉底部易缺碳，透气性不好，大粒度数量多，比电阻小，电极易上抬。因此，在冶炼时，往往还需要添加些木炭，而木炭中的硼和磷主要来源于原木。 

以上所有的碳还原剂都具有疏松和多孔的性质，因此比表面积较大。这样，采用化学方法处理的时候，无论是采用气体还是液体态的反应物质，都比较容易渗入到还原剂内部，与碳还原剂内部的杂质进行充分接触和反应。 

发明内容

本发明主要目的是为了解决上述问题，提供一种从碳还原剂中除硼和磷的方法，使得碳还原剂中的硼和磷含量都降低到1％以下，大大减少后续的提纯成本。 

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种从碳还原剂中除硼和磷的方法，首先将碳还原剂处理到大小为5-110mm后，放入一个密闭的焙烧炉内；向焙烧炉内充入氮气，将氧气完全排出后，采用隔离加热的方式对碳还原剂进行加热；同时将熏蒸试剂用蒸发器加热成熏蒸气体；在炉内温度升至100℃以上时，将熏蒸气体从炉底通入炉内与碳还原剂反应，气体在遇到灼热的木炭后进一步气化，逐渐充满整个炉腔；反应时间范围在30分钟-600分钟之间(具体时间取决于碳还原剂的粒度 和纯度)，并开启炉顶抽风系统，将熏蒸后的气体抽出并排入碱性溶液的中和池中(在这个过程是一边充气一边排气，直到升温至800度停止充气和排气)；升温至800℃以上时，停止充入熏蒸气体，封闭炉体1-3小时；然后对炉内充入氮气，并充满炉腔，充入的氮气经排气系统、换热系统可循环使用；在碳还原剂的温度降到200度以下的时候，将碳还原剂从炉内拉出即可。 

熏蒸试剂为氯气、氟化氢、氯化氢中的一种或几种。 

碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钙中的一种或两种组合。 

通入熏蒸气体的质量与碳还原剂的质量比为1∶30-1∶300，如果炉体的密封不好的话，数量要适当增加。 

通入熏蒸气体与碳还原剂反应时，炉内温度为300-1000℃，充气时间为30-1800分钟，温度高的时候，时间较短，温度低的时候，时间较长。 

实施时，熏蒸试剂均为强酸，且在高温下可以与硼和磷发生反应，生成气化逸出，可以最大的限度的出除去在碳还原剂中的硼和磷；熏蒸后的气体进行回收，并采用碱性溶液对之进行中和反应，可以防止有害的熏蒸气体排放到大气中，且过程中形成的中性盐类可以用于后续在金属硅提纯和精炼时使用的添加剂 

附图说明：

图1：本发明的流程图。 

具体实施方式：

实施例1：