一种高纯硅的制备方法

摘要

一种制备高纯硅的方法，使原料反应生成SiO气体达到蒸馏提纯的目的。原料可以是各种纯度的碳还原剂，二氧化硅可以是二氧化硅矿、废弃光纤或废石英。方法按以下几个步骤进行：(1)原料经破碎球磨后，粒度为0.30mm以下；(2)将原料置于真空炉中加热蒸发除杂；(3)将原料按比例配好，加热使物料全部反应生成SiO气体；(4)SiO气体发生歧化反应，生成B、P含量低的高纯硅和高纯二氧化硅；(5)分离二氧化硅，得到硅；(6)干燥分离后的硅；(7)用真空定向凝固炉进一步除杂，切头处理后即获得高纯硅。制备的硅的纯度为99.9999wt％以上，B、P的含量低于0.5ppm，可以满足太阳能电池行业所需硅原料的要求。

主权项

一种制备高纯硅的方法，包括球磨过筛、真空高温蒸发、碳热还原、歧化、分离、干燥、真空定向凝固几个步骤，其特征是：1.1球磨：首先把原料碳还原剂和二氧化硅破碎，碳还原剂为竹炭、木炭、焦煤、褐煤中的一种或几种，二氧化硅是纯度较高的硅矿、废光纤、废石英中的一种或几种，破碎后再球磨，磨成粒径0.5mm以下的粉末，然后将原料粉末分级过筛，得到粒径0.3mm以下的原料；1.2真空高温蒸发：将原料分别置于压强＜1.33Pa的真空炉中，在温度＞1000℃条件下保温0.1～4小时，除掉大部分饱和蒸汽压大的P、Al、S、Cl、As、Sb杂质元素，获得P含量低的原料；1.3、碳热还原反应：将高温蒸发除杂后的碳还原剂和二氧化硅按碳∶二氧化硅＝1～8∶1的摩尔比混合均匀，然后将配好的物料放入高频感应炉或压强＜1.33Pa真空炉中，加热到700～1800℃的温度范围内，使物料发生如下反应：C+SiO2＝SiO↑+CO↑，使物料全部反应生成SiO气体；1.4、歧化反应：生成的SiO气体在坩埚里随着温度降低，SiO气体发生如下歧化反应：2SiO＝Si+SiO2，生成B、P含量低于0.5ppm的高纯硅和高纯二氧化硅；1.5、分离：将反应得到的硅和二氧化硅磨成粒径0.15mm以下的粉末，在1412～1730℃的温度范围内加热，得到硅液，并使硅液和二氧化硅固体分离，得到高纯硅和高纯二氧化硅，或使反应得到的硅和二氧化硅与HF酸反应，使二氧化硅反应生成可溶的SiF4，最后得到高纯硅，如果用加热分离方式，加热温度最高为1730℃，最低为1412℃，如果用HF酸酸浸，酸的浓度在5wt％～40wt％之间，浸出时间半小时以上；1.6、干燥：将得到的高纯硅置于真空干燥箱中干燥，真空干燥箱压强低于1000Pa，干燥温度80～120℃，干燥时间半小时以上；1.7、真空定向凝固：将干燥后得到的硅粉放入真空定向凝固炉中，在压强＜5Pa、拉升速率＜10cm/h、温度1420～1580℃的条件下，进行定向凝固除杂，经切头处理后即可得到纯度99.9999wt％以上，B、P含量0.5ppm以下的满足制备太阳能电池用的高纯硅。