金属硅高温造渣除硼工艺概述

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1、金属硅高温造渣除硼工艺概述第1章引言1.1金属硅材料1.1.1金属硅材料概述硅（Silicon），在地壳中的丰度为27.7%，硅与氧易于结合，没有游离态的硅存在于自然界中。金属硅又称工业硅（Siliconmetal），是指以含二氧化硅为主的硅矿石和碳质还原剂等为原料，经过高温熔炼制成的含硅量98-99.9%以上的产品。金属硅是信息、新能源、新材料产业基础的功能性材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的上游产品。以其为基础衍生的工业产品，品种繁多，涉及的领域广泛，被誉为魔术金属、工业味精，其主要应用领域有四方面：&

2、bull;一是用作冶炼铝材和钢材的添加剂；•二是用于合成各种有机硅材料；•三是经提纯后生成电子级高纯多晶硅、单晶硅硅以及太阳能级多晶硅；•四是用于制造半导体硅、硅陶瓷、碳化硅、氮化硅等新材料。1.1.2金属硅的应用分类以工业硅为起点的产业链不但数量大、关联产业多，而且链环长，层次高，科技含量高，是我国经济结构调整的主导方向之一。作为目前使用广泛的工业原材料之一，金属硅按照磷硼含量分为两类（图1.1）：磷硼含量大于50ppm的产品主要用于合成有机硅，低端铝合金生产；磷硼含量小于50p

3、pm的，则主要用于太阳能电池，航空航天材料，光纤，高端铝合金等。国内企业通常执行国标金属硅技术条件GB2881-2008（图1.2），市场通常按所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类，不同级别的产品价格差异明显。而国际铝合金冶炼企业对工业硅化学级的要求除了在硅含量上与冶金级的金属硅有所不同，更大的差别在于对金属硅的硼磷含量上有更严格的要求。现在的金属硅生产企业普遍采用大容量矿热炉(图1.4），用碳质还原剂（木炭、油焦、煤等）还原硅石，通过配料后向炉内投料，由于是大气下的还原气氛会产生大量的烟尘以及飞逸出二氧化

4、硅粉尘，必须配置独立的除尘系统。在矿热炉内熔炼硅的这种方法，通常称为电热法，电热法的特点是以电流电弧作为热源，同时还有电流通过炉料时产生的电阻热和还原剂潜热，因而能量集中，能够形成20000C以上的高温反应区。1.2太阳能级硅材料太阳能是永不枯竭，可再生的，极具开发潜力的洁净新能源，没有任何污染，没有地域和资源的限制，太阳能能量转化方式分为光化学转化、光热转化和光电转化。以多晶硅为基板材料的太阳能电池以具有高转化效率、较小的生态影响和长时间不降解的特点占主导地位，硅基太阳能电池中，硅材料占其80%的成本，其用料

5、主要于电子级别的直拉单晶硅的头尾料，因其质量要求低于电子级别高纯多晶硅。为了适应高速发展的太阳能产业要求，必须开发不依赖购买半导体级别硅材料的低成本太阳能级硅生产技术，目前己有多晶硅、非晶硅薄膜化技术、降低硅沉淀速度技术以及冶金级工业硅提纯工艺的研究[1]。太阳能级硅材料（Solargradesiliconmaterials）又称为太阳电池用硅材料，是指应用于太阳电池工业领域的硅材料包括直拉单晶硅、薄膜非晶硅、铸造多晶硅、带状多晶硅和薄膜多晶硅【2】。多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，

6、硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电装换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为微电子大厦的基石。.第2章实验方法与原理2.1实验原料、药品、试剂与仪器1.本实验所用原料为酸处理纯化后的金属硅（九洲硅业有限公司）主要杂质含量如表2.1所示：2.本实验所需用的化学药品为：碳酸钙（CaCO3）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）、氧化钡（BaO）、二氧化硅（

7、SiO2）、氟化钠（NaF）、氟化钙（CaF2）、氯化钙（CaCl2）、三氧化二铝（γ-Al2O3），以上样品均为粉状分析纯（A.R）。3.本实验所需用的化学试剂为：甘露醇、氢氟酸（HF）、硝酸（HNO3）、高氯酸（HClO4）、盐酸（HCl），以上试剂均为优级纯（G.R）。甘露醇[CH2（OH）（CHOH）4CH2OH]，M=182.17mp：166-168℃，杂质最高含量：Fe0.0005%B0.0001%重金属Cu0.0005%，比旋光度[a]+2324。4.本实验用于分析测试的用水,均为二次

8、蒸馏水,其电阻率均大于15M㎝。..2.2反应机理本实验研发利用了一种简单、新型、高效的基于高温固相反应制备造渣剂用于萃取融硅中的杂质B。主要通过Al2O3与SiO2或MgO之间能够在高温下发生固相反应分别生成莫来石（mullite）或尖晶石（spinel），莫来石或尖晶石起到造渣剂的作用，同时其固相反应速度可通过原材料晶体结构和微观形貌的选择或者通过添加其它氧化物实现可控性的特点，亦