[发明专利]一种工业硅湿法冶金除硼的方法

说明书

本发明涉及一种工业硅湿法冶金除硼的方法，属于湿法提纯制备太阳能级硅技术领域，本发明以工业硅为原料，粉碎细磨后先通过金属纳米颗粒辅助刻蚀(MACE)法制得多孔硅粉，制备得到的多孔硅可使硅料内部包裹的夹杂硼充分暴露；然后将得到的多孔工业硅粉加入含有硼络合物配体的酸性混合溶液中进行浸出，加热并搅拌一定时间；经过滤、洗涤、干燥后可得到硼去除率大于90%的高纯工业硅粉；本发明所述方法操作简单、成本低、实用性强。

技术领域

本发明涉及一种工业硅湿法冶金除硼的方法，属于湿法提纯制备太阳能级硅技术领域。

背景技术

全球的石油、煤炭等化石能源日渐枯竭，环境问题和温室效应日益明显，人类发展正面临着前所未有的挑战，寻找绿色环保、资源丰富的可替代能源已成为当务之急。太阳能因其资源无限、清洁环保、安全可靠、建设快捷等优势，已成为人类解决能源短缺、环境污染和全球变暖的重要新能源。多晶硅材料是太阳电池的最主要基材，其供应量是最终产业化程度的决定性因素。应用于太阳能电池的硅材料要求为大于99.9999%的太阳能级多晶硅，因此，探索开发低成本太阳能级硅制备新工艺成为当今国内外研究者关注的热点。

目前，硅提纯的方法主要可分为两类，一类是化学法，另一类是物理法。化学法以改良西门子法为主，虽然该方法具有工艺成熟、产品质量高、纯度高等优点，但却存在成本高、能耗高、污染大等弊端。物理法俗称冶金法，是以工业硅为原料，通过氧化造渣、酸洗除杂、定向凝固、电子束精炼、真空精炼等技术的手段，在不改变硅主体的性质前提下，将硅中杂质逐级的去除。相对于化学法，该法具有成本低、能耗低、环境友好等优点，因此，也是最有可能成为化学法以外制备太阳能级多晶硅的理想工艺路线。在冶金法制备太阳能级多晶硅中，绝大数金属杂质可通过酸洗和定向凝固等方法去除。但去除掉非金属杂质硼相对困难，主要因为硼较大的分凝系数(0.8)难以在晶界处形成杂质相。因此如何高效去除硅中非金属杂质硼是冶金法提纯工业硅需要解决的难题。

为了实现工业硅中非金属杂质硼的深度脱除，人们试图开发各种有效的处理工艺。中国专利(申请号：CN 101913608 A)提出利用电子束熔炼技术，将多晶硅中的杂质元素硼去除到0.0001%的程度。昆明理工大学伍继君等公开“一种去除工业硅中杂质硼的方法”(申请号：CN 102515168 A)，将精炼剂(CaCl₂、MgCl₂、CaCl₂-SiO₂、MgCl₂-SiO₂)与工业硅混合装入石墨坩埚中在1450-1800℃下精炼2~3h，可使硅中硼含量降低到0.77ppmw。上述方法虽然对杂质硼进行了一定的去除，但却存在工艺中需要较高的反应温度、操作复杂等不足。

现有技术也有采用金属辅助刻蚀法来提纯工业硅，但是该方法对常规金属杂质的去除有显著作用，但对非金属杂质B和P的去除几乎没有任何改进效果且使用成本较高的AgNO₃作为刻蚀剂。

发明内容

本发明的目的在于针对当前工业硅去除非金属杂质硼困难且成本高的问题，提供一种工业硅湿法冶金除硼的方法，该方法在低温条件下通过液固两相反应即可去除硅中绝大部分硼，具体包括如下步骤：

（1）将工业硅粉碎细磨成50~200目粉状。

（2）将步骤（1）得到的工业硅粉置于去离子水中超声清洗5~60min，在室温下用浓度为1~99wt％的酒精超声清洗5~60min，酒精与工业硅粉的液固比大于3:1，之后用去离子水冲洗至中性烘干备用。

（3）将步骤（2）中得到的硅粉加入到金属盐、HF和醇类的混合溶液中沉积金属纳米粒子0.1~10min，混合溶液与硅粉的液固比为2:1~10:1，沉积完后在混合溶液中加入0.001~10mol/L H₂O₂刻蚀1~200min，刻蚀温度为10~80℃；然后用洗涤剂清洗掉多孔硅粉表面的金属纳米粒子，经过滤、分离、洗涤、烘干得到多孔工业硅粉。