[发明专利]一种基于超细氮化物转化-净化冶金硅中杂质硼的方法

说明书

本发明公开了一种基于超细氮化物转化‑净化冶金硅中杂质硼的方法，属于冶金、材料技术领域。本发明的一种基于超细氮化物转化‑净化冶金硅中杂质硼的方法，将纳米级的氮化物粉末加入硅熔体中，纳米级氮化物粉末对硅中杂质硼进行吸附、氮化处理，之后将反应后的上述硅熔体进行电磁净化，进而将电磁净化后得到的周围包含氮化物颗粒的硅进行分离处理；使用的氮化物为纳米级粉末，具有比较面积大的优异特性，可以有效吸附硼杂质并实现硼杂质的氮化，形成氮化物颗粒；电磁净化可将氮化物颗粒富集到硅熔体周围，从而实现氮化物颗粒和硅熔体的有效分离。还获得高纯氮化物和含有氮化物的废硅料，前者应用领域广泛，后者可回收再利用，均提高技术经济性。

技术领域

本发明涉及冶金、材料技术领域，更具体地说，涉及一种基于超细氮化物转化-净化冶金硅中杂质硼的方法。

背景技术

我国是名副其实的硅生产大国，但目前国内硅材料供需却面临着严重的结构性失衡，一方面中低端硅材料供给严重过剩，价格持续下滑；另一方面，高品质硅供给不足，高度依赖进口。在此背景下，优化产品结构、提高产品质量是硅产业实现可持续发展的必由之路。

太阳能级多晶硅是最具应用前景的高附加值硅制品之一，其纯度为5～7N，主要应用于太阳能电池器件制备。1865年美国杜邦公司发明了锌还原法，由此拉开了高纯多晶硅制备的序幕，随后相继产生了四氯化硅氢还原法、三氯氢硅热分解法、硅烷热分解法与改良西门子法，其中改良西门子法成为多晶硅的主流制备工艺。自20世纪70年代起，光伏产业发展迅猛，由此激发了行业对太阳能级多晶硅材料巨大需求，而改良西门子法已经无法满足多晶硅的大规模生产，以此为契机，研发出了诸如冶金法、金属还原法、熔盐电解等一批新型高纯多晶硅制备技术。对于太阳能级多晶硅材料，B杂质是关键杂质，其含量过高将使硅基太阳能电池电阻率过低，从而影响太阳能电池的光电转化效率。但B杂质与硅的性质相似，是新技术制备太阳能级多晶硅过程中最难除去的杂质，针对B杂质的去除，现有技术还都面临着“降低生产成本”和“提高产品质量”的共性问题。

目前去除硅中B杂质主要方法为造渣-吹气精炼法，在造渣精炼过程中向硅-渣熔体通入惰性或惰性-活性混合气体，利用惰性气体搅拌熔体，以促进元素传输、加快化学反应；利用活性气体与硅熔体之间的杂质发生反应，是一种除杂效率高、可操作性强、成本低的多晶硅提纯方法。经检索，发明创造名称为：一种低硼磷高纯硅的制备工艺(申请号：201811088653.4，申请日：2018-09-18)，该申请案公开了一种低硼磷高纯硅的制备工艺，包括以下步骤：制备原料、酸洗除金属杂质、氧化精炼除磷、改进型热交换法除硼、还原提纯。该申请案采用酸洗的方式除去工业硅内的金属杂质，再通过氧化精炼和改进型热交换法除去工业硅内的磷和硼，使得磷和硼均被氧化形成易挥发物质，虽然可使得硅的纯度达到99.9％以上，但是其在除B过程中通入H₂和水蒸气且需要抵押环境，造成了渣剂和硅的大量损失；同时上述过程使用了大量渣剂，不可避免的造成硅熔体的二次污染，还需要进一步通过渣金分离、酸洗等精炼方法获得低B多晶硅材料，因此成本高、流程长、除硼效率低。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对现有技术中去除硅中硼杂质成本高、流程长、效率低等问题，提供了一种基于超细氮化物转化-净化冶金硅中杂质硼的方法，该方法通过向硅熔体中喷吹超细氮化物颗粒方式，促使B杂质在氮化物颗粒表面吸附、氮化，形成含B的氮化物颗粒，继而再利用电磁净化手段高效去除氮化物，从而达到除硼目的。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于超细氮化物转化-净化冶金硅中杂质硼的方法，将粒度为纳米级的氮化物粉末加入硅熔体中，纳米级氮化物粉末对硅中杂质硼进行吸附、氮化处理，之后将反应后的上述硅熔体进行电磁净化处理，进而将电磁净化后得到的周围富含氮化物的多晶硅进行分离处理。

优选地，具体步骤如下：