[发明专利]一种钠还原氟硅酸钠制备多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产多晶硅的工艺方法，特别是一种钠还原氟硅酸钠 制备多晶硅的方法。

背景技术

多晶硅是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是半 导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最主要、最基础的功能 性材料。目前制备多晶硅的方法主要有改良西门子法、硅烷热分解法、流 化床法、钠还原法和冶金法等。改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟 的工艺，所生产的多晶硅占当今世界生产总量的70％～80％，但此法生 产多晶硅能耗较高，电力成本约占总成本的70％，导致多晶硅产品成本 居高不下，限制了多晶硅太阳能光伏电池的推广应用。因此开发低成本、 低能耗的多晶硅生产工艺成为当今多晶硅领域研究的热点。采用金属钠还 原氟硅酸钠的“钠还原法”是最具发展前景的多晶硅生产工艺之一，其能 耗及综合生产成本远低于改良西门子法；并可利用廉价磷肥副产品氟硅酸 钠作为原料生产，有效利用磷矿伴生的硅资源。

在专利文献中，美国专利US4446120号系将氟硅酸钠加热分解制得四氟化硅气体，然后 采用金属钠、镁或铝还原得到多晶硅。中国专利CN102070144A号《一种 利用磷肥副产物氟硅酸钠生产多晶硅的方法》先将氟硅酸钠加热分解得到 四氟化硅气体，然后将四氢铝钠、二醇二甲醚、甲苯与四氟化硅反应制得 硅烷，之后将硅烷裂解制得多晶硅。中国专利CN102267697A号《一种钠 循环法生产太阳能级多晶硅的工艺方法》也是先将氟硅酸钠加热分解制得 四氟化硅气体，之后与加热金属钠得到的钠蒸汽反应制得高纯度硅粉。中 国专利申请件CN103193233A号《通过钠还原四氟化硅制备太阳能级多晶 硅的装置和方法》通过钠还原四氟化硅法制备太阳能级多晶硅，利用氟化 钠和硅的熔点差制得合格的太阳能级多晶硅。

以上所述采用氟硅酸钠制备多晶硅的方法普遍都是先将氟硅酸钠加 热分解得到四氟化硅，然后再还原四氟化硅得到多晶硅。通常采用这种方 法优点是使氟硅酸钠中的杂质保留在分解得到的副产物氟化钠中，气体四 氟化硅夹带的杂质很少。但是氟硅酸钠先进行分解后再还原得到多晶硅无 疑增加了设备投资和能量消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钠还原氟硅酸钠制备多晶硅的方法，以克 服现有技术的不足，实现节省设备投资，降低能量消耗。

发明人提供的钠还原氟硅酸钠制备多晶硅的方法，是以氟硅酸钠和金 属钠为基本原料，具体方法包括以下步骤：

(1)提纯氟硅酸钠

将质量分数为99.0％的工业氟硅酸钠采用重结晶或洗涤的方法，提纯 后纯度以质量分数计大于99.99％；

(2)提纯金属钠

将质量分数为99.5％的工业金属钠采用真空减压蒸馏法提纯,提纯 后纯度以质量分数计大于99.999%；

(3）进行还原反应

将经过提纯的金属钠和氟硅酸钠装入反应釜中，在≥600℃下密闭加 热进行还原反应，反应结束后冷却至室温；

(4)第一次酸洗

将反应产物混合固体粉末用盐酸-硝酸的混合酸在20℃～100℃、搅 拌下浸泡，然后过滤；所用盐酸-硝酸的混合酸总的质量分数为5％～15 ％，其中盐酸与硝酸的质量比为1∶10～10∶1；

(5)第二次酸洗

将上一步过滤所得滤饼用氢氟酸在20℃～50℃及搅拌下浸泡，然后 过滤；所用氢氟酸的质量分数为5％～15％；

(6)第三次酸洗

将上一步过滤所得滤饼再用盐酸-硝酸的混合酸在20℃～100℃、搅 拌下浸泡，然后过滤；所用盐酸-硝酸的混合酸总的质量分数为5％～15 ％，其中盐酸与硝酸的质量比为1∶10～10∶1；

(7)纯水洗涤

将上一步过滤所得滤饼用纯水洗涤，然后过滤；

(8)干燥滤饼

采用常规的热风干燥方法干燥滤饼，得到纯度以质量分数计达到 99.999%以上的多晶硅粉末。