[发明专利]一种工业硅降铁除磷的方法

说明书

本发明涉及一种工业硅降铁除磷的方法，属于冶金工业技术领域。本发明将工业硅细磨得到工业硅粉，工业硅粉置于酸溶液中搅拌反应除铁，清洗烘干得到低铁工业硅粉，低铁工业硅粉置于配有等离子体炬的真空感应炉内，真空条件下，感应加热工业硅粉至熔融态得到熔融硅，将电弧诱导的等离子体射流引导至熔融硅表面进行化学冶炼，等离子体射流搅动熔融硅产生高温点，使磷挥发从熔融硅中逸出得到低磷熔融硅，低磷熔融硅随炉冷却至室温得到硅锭，去除硅锭表面的浮渣，得到低磷工业硅。本发明方法的工艺、设备简单，操作方便，对原料的普适性高，除磷效果好。

技术领域

本发明涉及一种工业硅降铁除磷的方法，属于冶金工业技术领域。

背景技术

当前全球能源产业发展的典型趋势是能源转型，新能源和可再生能源占比逐渐升高，其中太阳能因其广泛性、丰富性、安全性和清洁性而颇受人们青睐，成为最具发展潜力的可再生能源。

由于技术手段和生产成本的差异，晶体硅太阳能电池以其成本低廉，转化效率高的优势一直在光伏市场占据主流地位，目前晶体硅太阳能电池占全球光伏产业市场份额的90％左右，是太阳能电池最具竞争力的产品。

晶体硅是制备晶体硅太阳能电池的基本材料。晶体硅中磷含量过高会导致磷在晶体硅中复合空穴成为光生少子的复合中心，诱导晶体缺陷的产生，降低少子寿命，影响光电转化效率。目前主要采用高真空蒸馏和造渣精炼的方法去除工业硅中的磷。

现有技术中，去除硅中杂质磷的方法，采用在1450-1600℃下，往真空感应炉中通入惰性气体，并用具有强还原性的含钙合金或钙化物作为脱磷剂，用钙的卤化物作助熔剂，在硅熔融态下进行脱磷反应，再通过酸洗除去其他杂质。该方法需在氩气环境下进行反应且除磷效果有待提高。采用稀土氧化物去除工业硅中硼磷杂质的方法，在造渣剂成分中引入了稀土氧化物，具体成分为R_XO_Y(Y₂O₃、La₂O₃、CeO₂、Sm₂O₃)-SiO₂-BaO-CaF₂，用中频感应在真空下造渣40min，渣硅重量比为1:1，P含量从15ppmw降低到1.5ppmw。该方法采用稀土氧化物作为造渣剂，成本高，不利于大规模生产。造渣精炼除硼磷的方法，该方法选用的造渣剂为氧化铁、SiO₂、MnO和CaF₂；所述氧化铁为Fe₂O₃、FeO、Fe₃O₄中的一种；将造渣剂与工业硅按照质量比为(20-26):(5-9)。采用感应炉加热至1550-1850℃以上进行造渣精炼，加料方式是先将造渣剂熔化，然后将工业硅倒入液态造渣剂中进行造渣处理，同时向熔体内部通入Ar+H₂O，重复造渣8-15次，磷的含量降至较低水平。该方法流程长，能耗较高，不利于工业化的应用。

发明内容

本发明针对现有技术中工业硅除磷的问题，提供一种工业硅降铁除磷的方法，本发明采用酸溶液除去工业硅中的铁，将低铁工业硅粉进行真空熔炼成硅熔体，向熔融硅表面引导由电弧诱导的高温、高速等离子体射流，等离子体射流搅动熔融硅并产生高温点，使磷从熔融硅中逸出，以去除磷得到低磷工业硅。

一种工业硅降铁除磷的方法，具体步骤如下：

(1)将工业硅细磨得到工业硅粉；

(2)将步骤(1)工业硅粉置于酸溶液中搅拌反应除铁，清洗烘干得到低铁工业硅粉；

(3)将步骤(2)低铁工业硅粉置于配有等离子体炬的真空感应炉内，真空条件下，感应加热工业硅粉至熔融态得到熔融硅；

(4)将电弧诱导的等离子体射流引导至步骤(3)的熔融硅表面进行化学冶炼，等离子体射流搅动熔融硅产生高温点，使磷挥发从熔融硅中逸出得到低磷熔融硅；