本發明專利技術提供一種采用高堿度精煉劑去除冶金級硅中雜質硼的方法，以冶金級硅為原料，將其粉碎研磨，將CaO、SiO2和K2CO3按一定比例配制成高堿度的精煉劑，再將硅粉與精煉劑充分混合，將物料置于通有5～20L/minAr流速的中頻感應爐中，在900～1100℃保溫30min，再加熱到1420～1550℃保溫1～3h進行除硼精煉，接著在1400～1450℃保溫30min確保渣金充分分離，冷卻后即可得到精煉后的硅，硼的去除率達到97.2%。該方法采用向CaO-SiO2中加入高堿度的K2CO3的方法得到精煉劑，更有利于冶金級硅中雜質硼的去除，具有創新性，除硼效果好，實用性強。該方法設備簡單，不需要復雜的吹氣或真空體系，易于操作，可有效降低生產投資，便于工業化推廣與應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能光伏
，具體涉及。
技術介紹
面對全球傳統能源的日益減少以及其對人類居住環境的威脅，開發新能源已經成為人類的當務之急。在新能源中，太陽能以其無污染，可再生等優點而深受人們的關注，因此，太陽能電池材料的開發也迅速的得到發展。硅材料是應用最廣泛的太陽能電池材料，改良西門子法是生產太陽能級硅的主要方法，但該方法存在投資規模大，生產成本高、污染嚴重等缺點。研究人員一直試圖尋求一種更低成本生產太陽能級硅材料的新方法，從成本方面考慮，冶金法生產低成本太陽能級多晶硅是最具有前景的方法。目前，由于冶金法制備太陽能級硅具有工藝簡單、低成本、環境友好等諸多有點受到人們的廣泛關注。冶金法生產太 陽能級硅主要包括濕法冶金、吹氣和造渣精煉，真空蒸發、等離子體精煉、電子束精煉、定向凝固以及合金化提純等技術。在這些提純技術中，造渣精煉法對工藝和設備的要求非常低，且操作方便，最易于進行工業化推廣應用，更重要的是，造渣精煉在冶金級硅中雜質硼的去除上具有明顯的效果。目前，國內外通常利用SiO2-CaO, A1203-SiO2-CaO,MgO-SiO2-CaO,NaO0.5-SiO2-CaO 等 SiO2-CaO 基系列熔渣對冶金級娃進彳丁精煉，可有效去除娃中的B、Al、P、S、Ca、Ga、Ge、Sr等雜質兀素。專利N02851527公布了選用了 SiO2含量為45%以上的SiO2-CaO渣，當向冶金級硅中加入10 30%的SiO2-CaO渣進行精煉時，可將的原料硅中的硼含量從7ppm減低至 1.6ppm。Teixeira 在《ISIJ International》上發表的 “Removal of boron fromMolten Silicon Using CaO-SiO2 Based Slags” (2009， 49(6): 783-787)，研究了CaO-SiO2, CaO-Si02-25%CaF2和CaO-Si02_40%CaF2 二元及三元渣系的除硼效果，同時還得到了熔渣堿度與硼氧化物活度系數之間的關系。研究表明，堿金屬加入到硅熔體中，其堿度很強，可提高硼的去除效率，堿金屬化合物的加入量一般為5 30%。尹長浩等在〈〈Journal of Semiconductors))發表“Boron removal from molten silicon usingsodium-based slags” (2011，32 (9):092003),在硅中加入 Na2CO3 和 SiO2，使硅中硼含量降低到0.3ppmw。專利CN102001661A公開一種冶金硅造渣除硼的方法，該方法選用的造渣劑為Na2CO3-SiO2-Al2O3,先將硅料融化，再將配置好的造渣劑分批投入到液態的硅料中，可得到含硼量為0.24 2.56ppm的硅錠。專利CN101671023中提到，采用Na2CO3-SiO2以及CaO-CaF2-SiO2熔洛在真空條件下進行精煉,可將娃中硼含量從15ppm降低到0.18ppm。目前冶金級硅除硼方法的應用主要為造渣精煉，采用簡單的SiO2-CaO 二元渣很難將硼含量降低至太陽能電池應用要求，而采用其他造渣劑時，雖然可以取得較好的除硼效果，但需要經過多種造渣劑聯合使用或是多次造渣工序。本專利技術通過采用改善造渣劑的物理化學性質，提高堿度的方法，提出一種利用高堿度精煉劑除硼的方法，在中頻感應爐中將冶金級硅粉末和精煉劑粉末充分混合后，經一次精煉即可使雜質硼去除率達到97.2%。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供，通過下列技術方案實現。一種采用高堿度精煉劑去除冶金級硅中雜質硼(冶金級硅的含硼量為10 30ppmw)的方法,經過下列各步驟: (1)將硼含量為10 30ppmw的塊狀冶金級硅破碎至粒度為150 200目的粉末，再將高堿度精煉劑與冶金級硅粉按1:1 3:1的比例充分均勻； (2)將步驟(I)所得混合物料通入流量為5 20L/min的氬氣保護，并采用50°C/min升溫到900 1100°C后，保溫30min，保證精煉劑中K2CO3充分分解，此時冶金級硅尚為固態；再以15°C /min升溫到1420 1550°C并保溫I 3h，接著以15°C /min降溫至1400 1450°C并保溫30min，以保證液態硅熔體與固態精煉劑充分分離；最后以50°C /min降溫至室溫，然后關閉氬氣，取出樣品； (3)去除頭尾雜質富集部分，即得到去除雜質硼的硅。所得硅再利用離子電感耦合質譜儀(ICP-MS)檢測樣品當中的硼含量。所述步驟(I)的高堿度精煉劑是質量含量30% 50%的Ca0、30% 50%的Si02、O 40%的K2CO3的混合粉末。所述Si02、CaO和K2CO3為分析純，其純度為99.9%以上。所述步驟(3)的 去除頭尾雜質富集部分是將樣品頭尾各切去樣品長度的1/10。本專利技術利用了向CaO-SiO2中加入高堿度的堿土金屬碳酸鹽(K2CO3),其分解后得到的K2O光學堿度值達到1.4，而CaO僅為1.0，K2CO3的加入起到了三方面的作用:1)精煉過程K2CO3分解產生的CO2氣體對冶金級硅熔體液具有一定的攪拌作用；2) K2CO3分解后的高堿度氧化物K2O對硼氧化后的產物B2O3具有強的吸收作用；3)K2C03的存在可維持精煉過程的高堿性溶液體系。該方法通過增大精煉劑的堿度，達到提高冶金級硅中雜質硼的去除效率，且方法操作簡單，實用性強，精煉后冶金級硅中硼的去除效率達到97.2%以上，可以滿足太陽能級多晶硅對雜質元素硼含量的要求。該方法采用向CaO-SiO2中加入高堿度的K2CO3的方法得到精煉劑，更有利于冶金級硅中雜質硼的去除，具有創新性，除硼效果好，實用性強。該方法設備簡單，不需要復雜的吹氣或真空體系，易于操作，可有效降低生產投資，便于工業化推廣與應用。附圖說明圖1是本專利技術方法的工藝流程示意圖。具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本專利技術作進一步詳細說明，但本專利技術保護范圍不限于所述內容。實施例1 (I)將硼含量為IOppmw的塊狀冶金級硅破碎至粒度為150 200目的粉末30g，再將60g高堿度精煉劑與冶金級硅粉按2:1的比例充分均勻，其中，高堿度精煉劑是質量含量50%的分析純Ca0、50%的分析純SiO2的混合粉末； (2)將步驟(I)所得混合物料裝入內壁涂有氮化硅涂層的石墨坩堝中，并將坩堝置于中頻感應爐內的石英管中，向石英管中通入流量為15L/min的氬氣保護，并采用50°C /min升溫到900°C后，保溫30min ;再以15°C /min升溫到1420°C并保溫3h，接著以15°C /min降溫至1400°C并保溫30min，以保證液態硅熔體與固態精煉劑充分分離；最后以50°C /min降溫至室溫，然后關閉氬氣，取出樣品； (3)使用線切割機去除頭尾雜質富集部分(樣品頭尾各切去樣品長度的1/10)，即得到去除雜質硼的硅，采用離子電感耦合質譜儀(ICP-MS)分析樣品中的硼含量，去除率達79%。實施例2 (1)將硼含量為15ppmw的塊狀冶金級硅破碎至粒度為150 200目的粉末30g，再將30g高堿度精煉劑與冶金級硅粉按1:1的比例充分均勻，其中，高堿度精煉劑是質量含量40本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種采用高堿度精煉劑去除冶金級硅中雜質硼的方法，其特征在于經過下列各步驟：（1）將硼含量為10～30ppmw的塊狀冶金級硅破碎至粒度為150～200目的粉末，再將高堿度精煉劑與冶金級硅粉按1:1～3:1的比例充分均勻；（2）將步驟（1）所得混合物料通入流量為5～20L/min的氬氣保護，并采用50℃/min升溫到900～1100℃后，保溫30min，再以15℃/min升溫到1420～1550℃并保溫1～3h，接著以15℃/min降溫至1400～1450℃并保溫30min，最后以50℃/min降溫至室溫，然后關閉氬氣，取出樣品；（3）去除頭尾雜質富集部分，即得到去除雜質硼的硅。
【技術特征摘要】
1.一種采用高堿度精煉劑去除冶金級硅中雜質硼的方法，其特征在于經過下列各步驟: (1)將硼含量為10 30ppmw的塊狀冶金級硅破碎至粒度為150 200目的粉末，再將高堿度精煉劑與冶金級硅粉按1:1 3:1的比例充分均勻； (2)將步驟(I)所得混合物料通入流量為5 20L/min的氬氣保護，并采用50°C/min升溫到900 1100°C后，保溫30min，再以15°C /min升溫到1420 1550°C并保溫I 3h，接著以15°C /min降溫至1400 1450°C并保溫30min，最后以50°C /min降溫至室溫，然后關閉氬氣，取出樣...
【專利技術屬性】
技術研發人員：伍繼君，馬文會，賈斌杰，謝克強，魏奎先，周陽，楊斌，劉大春，戴永年，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：
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