[发明专利]一种冶金级硅中杂质硼去除的方法

说明书

本发明公开了一种冶金级硅中杂质硼去除的方法，包括以下步骤：S1：用含硼的冶金级硅和金属铝混合得到混合物料；S2：将步骤S1得到的混合物料在惰性气体的氛围中放入熔炼炉中进行熔炼；S3：待步骤S2的混合物料完全熔化后得到熔体，进行保温，在惰性气体氛围中，向熔体中通入惰性气体‑氢气混合气体进行除杂反应；S4：停止通入混合气体，进行定向凝固，使初生硅富集到熔体的一端形成富集相，杂质硼富集到熔体另一端铝硅合金中；S5：富集完成后，用倾倒法或机械切割法将初生硅与铝硅合金分离，使硅中的杂质硼去除。本发明通过氢与硼反应，提高了定向凝固提纯冶金级硅过程中硼的去除率，使去除率达到98.5%，是一种低成本、高效、绿色环保的硅提纯新技术。

技术领域

本发明涉及冶金级硅的提纯技术，具体涉及一种冶金级硅中杂质硼去除的方法。

背景技术

随着全球经济的发展，人类对能源的需求不断增长，太阳能作为一种清洁的可再生能源，相关的研究和开发得到了快速发展。太阳能级硅是制备太阳能电池的主要原料，其需求量正逐年增加。光伏产业的爆发式增长使得太阳能级硅材料的供给出现巨大缺口。目前工业上制备太阳能级硅的方法主要为改良西门子法，该法通过复杂的化学过程将冶金级硅提纯，所获产品纯度高、质量好，但存在建设投资大、产品效率低、环境友好性差等缺点。因此，寻求一种高效、环保、低成本的方法对光伏行业可持续健康发展尤为重要。

冶金法作为一种规模大小可控、工艺简单、无副产品污染的提纯工艺，目前正受到各国研究者和企业的广泛关注。冶金法使用冶金级硅为原料，根据硅和杂质之间物理化学性质的差异，采用真空精炼、定向凝固、造渣精炼、酸浸、溶剂精炼等方法，逐步减少硅中杂质的含量，最终得到太阳能级多晶硅。定向凝固工艺是冶金法制备太阳能级硅的一个重要环节，它通过控制温度场变化使得铸锭单向生长，并利用杂质在固、液相之间溶解度的差异，将杂质元素富集到铸锭的端部，以达到提纯的目的。

冶金级硅中的杂质包括金属杂质和非金属杂质，其中硼是较难去除的非金属杂质之一，主要的原因是硼在硅中的分凝系数(0.8)远大于其他金属杂质的分凝系数，并且硼在硅中的饱和蒸气压比硅小，这意味着定向凝固精炼或真空精炼均难以实现硅中硼杂质的去除。因此，现有技术开发了诸如等离子体熔炼和渣处理的精炼工艺用于氧化去除硼，但这些技术尚存在能耗高、设备成本高、硅损失量大等问题。例如，专利CN1299983中公开了一种光电级硅的制造方法，在真空负压室中，用中频感应炉升温≥1850℃，把原料化学级硅熔融，除去铝、硼、磷、硫、碳及其它杂质；采用惰性气体保护在硅溶液中通入水蒸气和氢气，搅拌精炼，使其它元素高温气化后倒入凝固器；在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；慢速降温至常温，得光电级硅。该专利能耗很高，要在1900℃的高温条件下进行熔炼，而且定向凝固需要在真空负压室内进行，增加了设备成本，对硼元素的去除效果也非常有限。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种冶金级硅中杂质硼去除的方法，以解决现有技术对硼的去除效果差、能耗高、设备成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案，一种冶金级硅中杂质硼去除的方法，包括以下步骤：

S1：用含硼的冶金级硅和金属铝混合均匀得到混合物料；

S2：将步骤S1得到的混合物料在惰性气体的氛围中放入熔炼炉中进行熔炼；

S3：待步骤S2的混合物料完全熔化后得到熔体，进行保温，在惰性气体氛围中，向熔体中通入惰性气体-氢气混合气体进行除杂反应；

S4：反应完成后，停止通入混合气体，进行定向凝固，使初生硅富集到熔体的一端形成富集相，杂质硼富集到熔体另一端的铝硅合金中；

S5：富集完成后，用倾倒法或机械切割法将初生硅与铝硅合金分离，使硅中的杂质硼去除。