[发明专利]一种除硼造渣剂的提纯方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能级多晶硅提纯领域，尤其是涉及一种除硼造渣剂的提纯方法。

背景技术

能源危机和传统能源对环境的污染已成为社会和国民经济发展的主要制约因素。为维持可持续发展，世界各国都在积极调整能源结构，大力发展可再生能源，新能源主要包括太阳能、潮汐能、风能、核能等。潮汐能地域性大；风能能量利用率低，地区差异大；核能周期长，危险性大；而太阳能电池由于体积小、重量轻、寿命长、零排放、运行可靠，使用安全、能量回收期短、安装容易适用范围最广等优点，已经成为各国发展新能源的主流方向，而太阳能电池生产工艺中，多晶硅提纯的难度大和成本高，严重地制约着太阳能电池的普及和推广。

目前，国内外提纯多晶硅主要采用化学法和物理法（冶金法）。化学法提纯中硅发生化学变化，工艺成熟，大批量生产，纯度高，可以用于电子工业但投资成本大（10亿/1000吨），周期长（一年以上），电力消耗大（250-300度/千克），国内生产成本高（30-40美元/kg），污染严重，易爆，危险度高。物理法（冶金法）提纯中硅不参加化学反应，投资少（约为化学法1/5），电力消耗低（约为化学法1/4），生产成本低（约为化学法1/2），周期短且对环境的造成污染相对较小，已成为太阳能级多晶硅的主要发展方向。

多晶硅中杂质分为金属杂质与非金属杂质。金属杂质由于分凝系数远小于1，可用定向凝固法去除。而非金属杂质B、P在硅中的分凝系数为0.8、0.35，远高于金属元素，特别是B，接近于1，无法用定向凝固去除，也无法像P由于饱和蒸汽压低，可用真空熔炼去除。目前除硼的主要方法有造渣、吹气、酸洗、真空、电子束、等离子体等。造渣除硼是目前主要的除硼方式，效果显著。

美国专利US5788945公开了一种通过向硅液中连续添加造渣剂的方法，造渣剂成分为60%CaO和40%SiO2，硼从40ppmw下降至1ppmw。这种连续加造渣剂的方法，虽然除硼效果显著，但造渣工艺中造渣剂的用量相对较高，造渣过后产生的废渣没有重复利用，导致成本较高，阻碍了工业化大规模生产。

专利201210095413.3公开了一种采用冶金法降低金属硅中硼杂质含量的方法，该方法采用的造渣剂为碳酸钙粉与二氧化硅粉组成的混合渣系，其质量比为1:0.5～1:5，通过由中频等离子加热器和中频感应线圈组成的加热装置对质量比为1:0.5～1:2.5的造渣剂与金属硅粉混合物进行加热，同时反复将带有冷却系统的石英棒浸入金属硅液中转动除渣相，去除硅液中的渣相进行造渣除硼。该方法虽然操作步骤简单，能有效地将硅中的硼的含量降少到0.2ppm以下，但是该方法所使用的加热设备昂贵，且在造渣过后产生的废渣没有重复利用，导致成本较高，不适合工业化大规模生产。

发明内容

发明的一个目的是提供一种除硼造渣剂提纯的方法，该方法将提纯多晶硅时的废弃的造渣剂、以及破损的石英坩埚重新利用，使的提纯多晶硅的生产成本降低，取材广，节能环保。

为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：

一种除硼造渣剂提纯的方法，所述的方法包括以下步骤：

（1）将除硼后的废造渣剂熔化为渣液，保持渣液温度在1600～1800℃；

（2）将石英坩埚碎片投入渣液中，加热熔化后与渣液充分接触，加热温度为1600～1800℃；

（3）将钛粉加入步骤（2）的渣液中，加热熔化后与渣液充分接触反应，加热温度为1500～1700℃；

（4）待反应完后，将石墨板放置于步骤（3）反应后渣液的上表面，石墨板与外界直流电压的负极相接，石墨坩埚底部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30～60分钟后，距离渣液底部2/7–3/8渣液高度以上的渣液为提纯后的除硼造渣剂A。

步骤（4）得到的除硼后的造渣剂可以直接加入到熔融硅液中，用以除去硅液中的硼；也可以将除硼后的造渣剂冷却、凝固，以备以后利用。

本发明步骤（4）得到的除硼后的造渣剂可以根据实际需求加入所需的物质重新用于除硼造渣剂。

其中，步骤（1）除硼后的废造渣剂是指，CaO-SiO₂作为金属硅除硼的造渣剂除硼后的废渣。

所述的除硼造渣剂中，CaO的重量比为50-60%，其余为SiO₂。

所述钛粉的加入量为废造渣剂重量的1%-2%；优选1.3-1.7%。

通常，除硼后的废造渣剂中含硼的浓度（重量）为5-10ppm。

所述提纯后的除硼造渣剂A的硼的含量（重量计）小于0.6ppm。