[发明专利]一种用于硅材料低温精炼除硼的造渣剂及其使用方法

说明书

本发明涉及一种用于硅材料低温精炼除硼的造渣剂及其使用方法。该造渣剂由原料冰晶石、含钛卤化物、含钒卤化物、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、氟化铝中的一种或几种以任意比例混合而成。该造渣剂的使用方法：将硅原料、金属介质以及所述造渣剂加热熔化、搅拌均匀进行造渣精炼；造渣精炼结束后，将获得的渣相与硅合金进行分离后再冷却或将获得的渣相与硅合金冷却后再分离；将分离后获得的硅合金置于酸溶液中浸泡，溶解去除硅合金中的金属介质，之后将获得的硅料进行烘干处理；重复前述步骤1～4次，直到硅料中硼含量满足高纯度要求。本发明所述造渣剂使精炼除硼温度降低至600℃～1300℃，能耗低，且硼去除效果显著。

技术领域

本发明属于硅材料介质熔炼提纯技术领域，具体是涉及一种用于硅材料低温精炼除硼的造渣剂及其使用方法。

背景技术

近年来太阳能光伏发电市场呈现快速增长，制造太阳能电池用的高纯太阳级硅料需求也快速增长。在传统的硅料提纯技术中，化学法一直是主流，化学法提纯的硅料纯度高，质量好，技术成熟，但是化学法提纯工艺复杂且较难控制，并且污染严重，投资大，成本高。而且采用化学方法提纯硅，在太阳能电池生产的产业链中，能源消耗和碳排放的占比高达50％以上。因此，开发具有低能耗，低排放，低成本的硅料提纯技术具有重要的意义。

造渣法作为一种有效去除硅中硼杂质的方法，国内外进行了广泛的研究，但是不足之处就在于，所选择的都是高熔点的造渣剂，并且造渣精炼所需的温度都高于硅的熔点1414℃，从而导致温度过高和能耗过高。

专利申请CN102951645A公开了一种造渣精炼除硼磷的方法，该方法选用的造渣剂为氧化铁、SiO₂、MnO和CaF₂；所述氧化铁为Fe₂O₃、FeO、Fe₃O₄中的一种；将造渣剂与工业硅按照质量比为(20～26)∶(5～9)。采用感应炉加热至1550～1850℃以上进行造渣精炼，加料方式是先将造渣剂熔化，然后将工业硅倒入液态造渣剂中进行造渣处理，同时向熔体内部通入Ar+H₂O，重复造渣8次，硼的含量降至0.1ppmw。

专利申请CN103011170A公开了一种硅合金造渣提纯方法，选用的造渣剂为选用碱性渣剂Na₂SiO₃-CaO-TiO₂，混合后在1300～1550℃的温度下加热熔化形成熔融，要求碱性渣剂的碱度为1.8，密度为2.9g/cm³，得到高纯硅中硼的含量为0.21ppmw。

专利申请CN103072994A公开了一种电泳辅助的造渣除硼方法，选用的造渣剂为Na₂CO₃-TiO₂-SiO₂复合渣系，其组成按质量百分比为：Na₂CO₃(30～40％)，TiO₂(10～20％)，余为SiO₂；硅液温度在1500～1800℃，将石墨板放置于熔融硅液的上表面，石墨板与外界直流电压的负极相接，石墨坩埚与外界直流电压的正极相接，向石墨坩埚施加直流电压，通电1～6小时后，使反应后的硼化物及金属杂质向负极迁移进入渣中，硼含量降至0.28ppmw。

美国专利US5788945公开了一项利用60％CaO-40％SiO₂造渣剂连续造渣的方法，可以将原料硅中的B含量可从40ppmw降至1ppmw，其中渣处理是通过渣和硅在一个容器中对流，或通过二个或二个以上容器来实现熔渣和熔硅的对流。美国专利US2008/0241045A1采用造渣剂为SiO₂-Na₂CO₃，采用造渣剂循环利用的方式在1600℃下，将硅中B降低到0.16ppmw。