[发明专利]一种多晶硅边角料提纯至高纯硅的方法

说明书

本发明公开了一种多晶硅边角料提纯至高纯硅的方法，包括以下步骤：（1）将晶体硅铸锭工序中产生的多晶硅边角料预处理，最后水洗烘干，预处理具体为切割成块，然后浸泡于有机溶剂中；（2）将烘干的原料置于聚四氟乙烯烧杯中，加入无机酸混合溶液进行酸洗处理；（3）将水浴锅或超声清洗仪中加入水，将装有无机酸混合溶液和原料的烧杯放入到水浴锅或超声清洗仪内进行提纯，然后固液分离，再进行水洗烘干得到高品质硅；（4）烘干后的高品质硅在真空度≤10‑2Pa，冷却速率≤2 mm/min的条件下，于1500‑1650℃进行定向凝固，得到太阳能级高纯硅；该方法简单易行，无尘化处理，有效地去多晶硅边角料的有机物、无机物杂质，提高硅的纯度，降低生产成本，节约能源。

技术领域

本发明涉及一种多晶硅边角料提纯至高纯硅的方法，属于提纯加工技术领域。

背景技术

全球化石能源的短缺是人类面临前所未有的挑战，人类寻求新能源的步伐一直未停止，太阳能以其取之不尽、安全环保等优点，成为了人类的首选。光伏电池中多晶硅占据重要地位，多晶硅锭铸造技术是降低电池成本的主要途径之一，该技术可直接用纯度较低的硅块作为原料，经过加热熔化、成形及冷却得到多晶硅锭。在铸锭过程中，由于分凝效应，杂质会富集在硅锭的四边及头尾，因此这部分硅料无法直接进入后续的切片工序。目前行业中硅锭平均利用率为50%左右，而约有10%的硅料成为边角料。为降低成本，这部分硅料也被回收利用，重新作为多晶硅铸锭的主要原材料之一。

根据污染物产生的原因，铸锭边角料的主要杂质大致可分为颗粒、有机物杂质、金属污染物三类：① 颗粒：铸锭过程中硅料中的碳与硅反应生成的碳化硅杂质、与硅锭接触的坩埚涂层氮化硅以及灰尘等，此类杂质一般集中在边角料的外表面；② 有机物杂质：人的皮肤油脂、防锈油、润滑油、松香、蜡等，这类杂质通常会对加工过程造成不良影响；③ 金属污染物：定向凝固后富集的金属杂质，这类杂质在硅料上以范德华力、共价键和电子转移等三种表面形式存在，极大地降低了硅锭的少子寿命；④ 铸锭过程中引入的杂质，一般根据杂质多少进行分类，杂质较少的经过简单表面处理即可重新铸锭，实际作业中皆采用硅料打磨的方法，硅料打磨虽可去除明显的胶质和杂质，但粉尘大，打磨过程中会生成PM2.5颗粒，危害人体健康；浪费人力；打磨仅可去除表面杂质，对于多晶硅边角料内部杂质去除率较低；而杂质较多的边角料一般需通过一系列的物理化学方法除杂提纯后才可重新使用。

为解决多晶硅边角料的净化问题，已有研究采用表面打磨技术处理多晶硅边角料，如专利CN205999026U中设计了一种高转化率多晶硅回收装置，通过传送带和除尘网连接，有效地将多晶硅边角料打磨过程中产生的杂质收集了起来，降低了粉尘的危害。然而，该方法没有从根本上杜绝粉尘的产生，虽然减少了对环境的污染，但工人操作过程中仍然会吸入大量的粉尘，损害人体的健康。文章C.H. Lee, Y.W. Chang, R. Srinivasa, etal. Recovery of silicon, copper and aluminum from scrap silicon wafers byleaching and precipitation[J]. Environmental Engineering Management Journal[J]. 2018, 17(3):561-568.中用HCl，HNO₃，H₂SO₄混合试剂对边角料进行酸洗除杂，有效去除了边角料中的金属杂质，并通过调节溶液PH值的方式实现金属离子的回收再利用，提高了资源利用率。然而，该方法中选择了盐酸作为酸洗试剂，提高了生产成本，同时边角料中的主要杂质SiC没有完全去除，对下一步硅的回收利用仍然会产生不利的影响。

随着多晶硅锭生产量的增加，边角料的产生也会随之增加。因此，研发一种能克服上述缺陷的改进边角料的回收方法并实现工业化应用具有环境和经济双重效益成为本领域技术人员系带解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种多晶硅边角料提纯至高纯硅的方法，简单易行，无尘化处理，有效去多晶硅边角料的有机物、无机物杂质，提高硅的纯度，降低生产成本，节约能源。