[发明专利]一种炉外精炼提纯工业硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炉外精炼提纯工业硅的方法，尤其是涉及一种在带自带加热系统的抬包中对刚从矿热炉放出的硅水进行造渣、吹气精炼来提纯工业硅的方法，属于冶金法提纯工业硅制备太阳能级硅的技术领域。 

背景技术

根据“十二五”规划，我国要达到“‘十二五’末非化石能源在一次能源消费中的比重达到11.4%”这一目标，未来数年必将掀起太阳能等新兴能源产业的投资浪潮。目前，我国只能依靠引进国外改良Siemens法工艺技术进行小批量的生产，在产业化方面同国际先进水平差距主要表现在多晶硅的产能低，供需矛盾突出；生产规模小；工艺设备落后，物料和电力消耗过大，三废问题多。采用传统的氯化提纯工艺生产太阳能级硅，虽然技术成熟，但成本过高，不能满足太阳能电池工业发展的需求。因此，研究和开发生产廉价的太阳能级多晶硅的新技术成为当务之急。 

多晶硅是制备单晶硅和太阳能硅电池的原料，是全球电子工业及光伏产业的基石。因此，世界各国竞相开发低成本、低能耗的太阳能级硅信制备技术与工艺，并趋向于把制备高纯度的太阳能级硅（纯度>99.9999wt%）工艺与制备高纯度的电子级硅（纯度>99.9999999wt%）工艺区别开来，以进一步降低成本。 

冶金法提纯多晶硅，是指提纯过程中硅没有发生化学变化，未通过化学反应转化为其它化合物来达到提纯的目的。在提纯过程中主要利用不同元素物理性质的差异来使之分离，其中包括湿法冶金、吹气、造渣、定向凝固、真空条件下的电子束、等离子体、太阳聚光及感应熔炼等。冶金法生产太阳能级硅与传统的生产方法具有环境压力小、成本低等优点。 

发明内容

为克服生产效率低、生产成本高、规模小等问题，本发明目的在于提供一种炉外精炼提纯工业硅的方法，该方法直接在自带加热系统的抬包中对刚从矿热炉中流出的熔融硅水进行炉外精炼。在精炼过程中，先吹压缩空气，再吹混合精炼气体和以SiO₂-CaO为基础渣的复合渣系的气固混合物，实现出硅、加热、精炼同步进行。通过上述炉外精炼之后，使硅中的大部分金属杂质得到去除，同时部分非金属杂质B、P、C等也被去除。 

一种炉外精炼提纯工业硅的方法，经过下列步骤： 

在矿热炉释放硅熔体之前，向抬包中持续通入精炼气体，接着释放硅熔体到抬包中，并在抬包中进行加热、保温，使硅熔体的炉外精炼温度控制在1450～1700℃，实现边加热、边出硅水、边精炼同步进行；再向抬包中加入精炼剂进行造渣精炼，使渣硅比控制在10︰1～1︰10，随着抬包中硅熔体量的不断增加，调整精炼气体的通入流量为1～10m³/h，压力为2～8atm，进行炉外精炼1～6h；该过程可以实现出硅水、抬包加热、炉外精炼（包括吹气和造渣精炼）同时进行；然后进行渣硅分离，再进行浇注，即完成炉外精炼提纯工业硅。

所述精炼剂的主要成分包括CaO、SiO₂、CaF₂、Al₂O₃、Na₂O、BaO等中的一种或多种的任一比例混合物，但不限于上述组分。 

所述精炼气体包括空气、氧气、水蒸气、氩气、氮气等中的一种或多种气体的任一比例混合，但不限于上述气体。 

所述精炼剂的加入是通过抬包炉口直接加入和通气管道加入，利用精炼气体的压力和流量将精炼剂以气固混合物的形式带入抬包中，实现精炼剂和硅熔体的成分接触和反应，提高炉外精炼的效果。