[实用新型]利用硅渣生产高纯硅的重熔装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高纯硅制备领域，特别涉及一种利用硅渣生产高纯硅的重熔装置。

背景技术

目前，高纯硅的制备一般首先由硅石（SiO₂）制得工业硅（粗硅），再制成高纯的多晶硅，最后拉制成半导体材料硅单晶。

工业上是用硅石（SiO₂）和焦炭以一定比例混合，在电炉中加热至1600～1800℃而制得纯度为95%～99%的粗硅，粗硅中一般含有铁、铝、碳、硼、磷、铜等杂质，这些杂质多以硅化构成硅酸盐的形式存在，为了进一步提高工业粗硅的纯度，可采用酸浸洗法，使杂质大部分溶解（有少数的碳化硅不溶）。其生产工艺过程是：将粗硅粉碎后，依次用盐酸、王水、（HF+H₂SO₄）混合酸处理，最后用蒸馏水洗至中性，烘干后可得含量为99.9%的工业粗硅。

高纯多晶硅的制备方法很多，据不完全统计有十几种，但所有的方法都是从工业硅开始，首先制取既易提纯又易分解（即还原）的含硅的中间化合物如SiCl₄、SiHCl₃、SiH₄等，再使这些中间化合物提纯、分解或还原成高纯度的多晶硅。

目前我国制备高纯硅多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。

以上高纯硅的生产装置设备庞大，流程较长，存在化学污染等问题，仍有大量废弃物。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就是克服现有技术的缺陷，提出一种利用硅渣生产高纯硅的重熔装置，可以利用工业硅炉生产过程中产生的硅渣等废弃物生产高纯硅。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种利用硅渣生产高纯硅的重熔装置，所述重熔装置为桶状，其外壁由外至里依次包括：壳体、中频感应线圈、耐火砖和硅质涂层；所述重熔装置的下部设置有相连的导气管和透气砖；所述透气砖的周围设置有耐火材料；所述重熔装置一侧的下部设置有保温通道。

优选地，所述重熔装置还包括回转连杆、回转支撑和堵塞，所述回转支撑设置在壳体上，所述回转连杆位于回转支撑上，并与堵塞相连，所述堵塞位于保温通道；通过转动回转连杆调整所述堵塞的位置，打开或关闭所述保温通道。

优选地，所述堵塞为锥形。

本实用新型装置每天可冶炼24小时。与最常用的化学法和西门子法相比，可大幅度降低西门子法带来的高耗能和化学法带来的高污染，其能耗仅是改良西门子法的1/5～1/3，成本低廉。而且废弃物再生利用，提高其产品附加值，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的重熔装置主视图；

图2是本实用新型的重熔装置俯视图；

图3是图1的局部放大图；

其中，1-壳体，2-中频线圈，3-耐火砖，4-硅质涂层，5-导气管，6-耐火材料，7-透气砖，8-保温通道，9-回转连杆，10-回转支撑，11-堵塞。

具体实施方式

下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1～图3所示，本实用新型的重熔装置，由壳体1、中频感应线圈2、耐火砖3、硅质涂层4、导气管5、耐火材料6、透气砖7、保温通道8、回转连杆9、回转支撑10、堵塞11等零部件组成。

如图1和图2所示，重熔装置为桶状，其外壁由外至里依次包括：壳体1、中频感应线圈2、耐火砖3和硅质涂层4；所述重熔装置的下部设置有相连的导气管5和透气砖7；所述透气砖7的周围设置有耐火材料6；重熔装置一侧的下部设置有保温通道8。

如图3所示，回转支撑10设置在壳体1上，回转连杆9位于回转支撑10上，并与堵塞11相连，所述堵塞11位于保温通道8；通过转动回转连杆9调整所述堵塞11的位置，打开或关闭所述保温通道8。该堵塞11为锥形。

本实用新型装置重熔过程为：将工业硅废料渣、下脚料等废弃物，破碎后，置入高径比为1:1的单炉处理量0.5～1.2吨的重熔装置中；冶炼通电频率1000～1400Hz中频，冶炼功率1000～3000KW进行重熔，期间，配制特种渣系，配电冶炼，经导气管5、透气砖7通入氧气或氩气精炼，检验合格后，通过安装在回转支撑10上的回转连杆9打开锥形堵塞11，经保温通道8进行浇铸，采用加盖保温冷凝方式，缓慢冷却，顺序结晶，先结晶杂质高的，然后进行分拣，根据检验结果，可对产品进行再重熔，以得到柱状、立方晶体状的99.99%以上的高纯硅。

综上所述，通过将工业硅废料渣、下脚料等废弃物，破碎后，置入具有保温出硅、底吹气体等功能的本实用新型的装置进行重熔，得到化学污染较小、附加值较高的高纯硅材料。本实用新型还实现了充分利用工业硅炉生产过程中产生的硅渣等废弃物，减少固体废弃物的排放的技术效果。