[发明专利]用于提纯低级硅材料的方法和装置

权利要求书

1.一种用于提纯低纯度硅材料的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供配备有氧气-燃料燃烧器的转鼓炉；和

(b)在由所述氧气-燃料燃烧器提供的氧化气氛下并且将氧气与天然 气燃料的比率设定在1∶1至4∶1的范围内，使所述低纯度硅材料在所述转 鼓炉中熔融，并且获得较高纯度硅材料的熔体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化气氛包括H₂O，H₂， O₂，CO和CO₂。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括：将氧 气与天然气燃料的比率设定在1.5∶1至2.85∶1的范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中从所述低纯度硅材料中除去Na， K，Mg，C，Sr，Ba，Al，Zn，B和C中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括：在步 骤(b)之前，将所述熔融装置在其中没有所述低纯度硅材料的情况下预热的 步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括：使所 述低纯度硅材料在硅的熔融温度以上的温度下熔融。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括使所述 低纯度硅材料在1410℃至1700℃的范围内的温度下熔融。

8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括：在 1410℃和1500℃之间的温度下熔融，以使碳析出到炉渣中，并且降低所述 较高纯度硅材料的熔体的氧含量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括加入合 成炉渣。

10.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述熔融包括：收集 在所述低纯度硅材料的所述熔融过程中产生的二氧化硅烟雾。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

(c)将所述较高纯度硅材料的熔体与炉渣分离。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述将所述较高纯度硅材料的 熔体与炉渣分离包括：将所述熔体倾注到模中，所述模具有绝热底壁，绝 热侧壁和开口顶部。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述将所述熔体倾注到模中包 括：使所述转鼓炉放液。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

(d)在电磁搅拌所述较高纯度硅材料的熔体的同时，通过从所述模的 所述开口顶部向所述绝热底壁的单向凝固，使所述较高纯度硅材料的熔体 凝固；

(e)控制所述单向凝固的速率；

(f)在所述较高纯度硅材料的熔体已经部分凝固时，停止所述单向凝 固，以产生具有外壳和中心的锭料，所述外壳包含纯度高于所述较高纯度 硅材料的固体多晶硅，所述中心包含富集杂质的液体硅；和

(g)在所述锭料的所述外壳中产生开口以使所述富集杂质的液体硅流 出，并且留下所述外壳，从而获得纯度高于所述较高纯度硅材料的固体多 晶硅。

15.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

(d)在电磁搅拌所述较高纯度硅材料的熔体的同时，通过单向凝固使 所述较高纯度硅材料的熔体凝固，并且获得固体锭料；

(e)控制所述单向凝固的速率；和

(f)将所述固体锭料的第一部分与其余部分分离，所述第一部分已经 先于所述其余部分凝固，并且包含比所述其余部分更少的杂质，从而获得 纯度高于所述较高纯度硅材料的固体多晶硅。

16.根据权利要求14所述的方法，其中从所述低纯度硅材料中除去 Al，As，Ba，Bi，Ca，Cd，Co，Cr，Fe，K，La，Mg，Mn，Mo，Na， Ni，P，Pb，Sb，Sc，Sn，Sr，Ti，V，Zn，Zr，O，C或B或它们的任何 组合。