一种电热冶金法制备低硼磷高纯硅的方法

摘要

一种电热冶金法制备低硼磷高纯硅的方法，属于冶金技术领域，按以下步骤进行：采用硼和磷的重量含量≤10ppm的二氧化硅基础原料和碳质还原剂；混合后加入粘结剂，制成粘结物料，压制成团块，置于矿热炉中进行电热冶炼，制备出低硼磷高纯硅。本发明方法能有效避免冶炼过程中的炉底上涨，保证冶炼的连续进行。本发明通过控制原料中硼和磷杂质的含量，来控制硅产品中关键杂质硼磷的含量，利用电热冶金法制备出的低硼磷高纯硅，为下一步将其提纯为太阳能级多晶硅提供了高品质的原料，这就进一步降低了太阳能多晶硅的生产能耗和成本。

主权项

一种电热冶金法制备低硼磷高纯硅的方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)选取SiO₂重量含量≥98％且硼的重量含量≤50ppm和磷的重量含量≤50ppm的二氧化硅原料，破碎成粒度≤3mm的粉料作为二氧化硅粉料；当二氧化硅粉料中硼和磷的重量含量均≤10ppm，直接作为二氧化硅基础原料；当二氧化硅粉料中硼或磷的重量含量＞10ppm时，将二氧化硅粉料与无机酸溶液混合，混合比例按重量比为二氧化硅粉料∶无机酸溶液＝1∶4～20，再在20～90℃条件下酸处理2～72h；酸处理后用水清洗去除表面酸液，再干燥去除水分，然后在300～1200℃和真空度≤100Pa的条件下保温0.5～6h进行真空热处理，获得的物料作为二氧化硅基础原料，硼和磷的重量含量均≤10ppm；选取硼的重量含量≤50ppm和磷的重量含量≤50ppm的碳质原料石油焦、石墨、碳黑、冶金焦、活性炭和木炭中的一种或者两种以上的混合物，破碎成粒度≤3mm的粉料作为碳质粉料；当碳质粉料中硼和磷的重量含量均≤10ppm，直接作为碳质还原剂；当碳质粉料中硼或磷的重量含量＞10ppm时，将碳质粉料与无机酸溶液混合，混合比例按重量比为碳质粉料∶无机酸溶液＝1∶4～20，再在20～90℃条件下酸处理2～72h；酸处理后用水清洗去除表面酸液，再干燥去除水分，然后在300～1200℃和真空度≤1000Pa的条件下保温0.5～6h进行真空热处理，获得的物料作为碳质还原剂，硼和磷的重量含量均≤10ppm；(2)将二氧化硅基础原料和碳质还原剂混合配料，C的配入量按还原SiO₂所需理论碳量的0.9～0.98倍配料，配料计算所依据的反应方程式为SiO₂+2C＝Si+2CO，其中C为碳质还原剂中固定C；然后向混合的物料中加入粘结剂，粘结剂的加入量为二氧化硅基础原料和碳质还原剂总重量的2～8％，混合均匀制成粘结物料；(3)将粘结物料压制成粒径10～50mm的团块，将团块置于采用石墨电极的矿热炉中进行电热冶炼，制成低硼磷高纯硅，低硼磷高纯硅中Si的重量含量≥99.9％，硼的重量含量≤10ppm，磷的重量含量≤10ppm。