一种工业硅精炼系统及精炼工艺的制作方法

本发明涉及工业硅生产
技术领域：
，具体而言，涉及一种工业硅精炼系统及精炼工艺。
背景技术：
：工业硅又称金属硅，金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品。工业硅是硅产业链中一个很重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高硅制品的主要原料。在工业硅冶炼的过程中，原料中包含了杂质，这些杂质再硅石还原的过程中随着硅元素一起被还原而进入工业硅。为了提高工业硅的品质，减少工业硅中的杂质含量，通常将工业硅在抬包内进行吹氧造渣以去除杂质，从而获得杂质含量较低的工业硅液体，再进行浇注成型。但是硅液在抬包中温度会下降，导致热力学条件变差，很多杂质无法去除。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种工业硅精炼系统，该系统能较好地去除工业硅中的杂质，提高工业硅的品质。本发明的的另一目的在于提供一种工业硅精炼工艺，该工艺可提高工业硅的品质。本发明是这样实现的：一种工业硅精炼系统，其包括：矿热炉、抬包、精炼炉和温度控制设备，矿热炉的出料口与抬包的进料口连接，抬包被配置成用于对硅液进行通氧反应；精炼炉被配置成用于接收抬包内通氧反应后的硅液，温度控制设备被配置成用于控制精炼炉内的温度。进一步地，在本发明的一种实施例中：精炼炉设置有多个，多个精炼炉均对应设置温度控制设备。进一步地，在本发明的一种实施例中：工业硅精炼系统还包括烟罩和除尘器，烟罩用于收集精炼炉的烟尘，烟罩与除尘器连接。一种工业硅精炼工艺，其主要利用上述的工业硅精炼系统进行，包括：将工业硅原料在矿热炉中进行冶炼得到硅液，将矿热炉中的硅液排入抬包内进行通氧反应，经通氧反应后的硅液被排入精炼炉内，精炼炉内的硅液的体积为精炼炉体积的1/2～2/3，利用温度控制设备将精炼炉内的温度控制在1500～1750℃，然后加入硅废料和钙类造渣剂进行混炼并保温，去除精炼炉内的稀渣得到较纯净的硅液。进一步地，在本发明的一种实施例中：硅废料包括多晶单晶硅废料碎料、多晶单晶硅金刚线切割粉压块料、金属硅粉料和金属硅边角料、光伏电池板废碎片中的至少一种。进一步地，在本发明的一种实施例中：金属硅粉料包括金属硅制粉或破碎工艺中的除尘粉。进一步地，在本发明的一种实施例中：钙类造渣剂包括氧化钙、氢氧化钙和氟化钙中的至少一种。进一步地，在本发明的一种实施例中：精炼温度为1600～1750℃。进一步地，在本发明的一种实施例中：硅液的保温时间为20～60min。进一步地，在本发明的一种实施例中：硅废料与钙类造渣剂的体积为精炼炉体积的1/3～1/2。本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的工业硅精炼系统及精炼工艺，通过在抬包内通氧除杂和在精炼炉内除杂结合，工业硅的除杂效果较好，得到的金属硅纯度较高。温度控制设备对精炼炉内的温度进行控制，可为精炼工艺提供较理想的温度，有利于剔除杂质。附图说明为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本发明实施方式提供的工业硅精炼系统的示意图；图2是本发明实施方式提供的工业硅精炼工艺的流程图；图3是本发明实施方式提供的工业硅精炼系统的示意图；图4本发明实施方式提供的另一种的工业硅精炼系统的示意图。图标：100-工业硅精炼系统；110-矿热炉；120-抬包；130-精炼炉；131-烟罩；132-除尘器；140-温度控制设备；141-变频控制柜；142-电炉变压器。具体实施方式为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面对本发明实施方式的进行具体说明。工业硅冶炼的过程中，原料中包含了杂质，这些杂质再硅石还原的过程中随着硅元素一起被还原而进入工业硅。为了提高工业硅的品质，减少工业硅中的杂质含量，通常将工业硅在抬包120内进行吹氧造渣以去除杂质，从而获得杂质含量较低的工业硅液体，再进行浇注成型。但是硅液在抬包120中温度会缓慢下降，导致热力学条件变差，不能进行长时间精炼，很多杂质无法去除。基于此，本发明实施方式提供一种工业硅精炼系统100及精炼工艺，工业硅精炼系统100的示意图请参照图1，工业硅精炼工艺图请参照图2。工业硅精炼系统100包括矿热炉110、抬包120、精炼炉130和温度控制设备140，矿热炉110的出料口与抬包120的进料口连接，抬包120被配置成用于对硅液进行通氧反应。精炼炉130被配置成用于接收抬包120内通氧反应后的硅液，温度控制设备140被配置成用于控制精炼炉130内的温度。将工业硅原料在矿热炉110中进行冶炼得到硅液，当矿热炉110内的硅液液面达到一定位置时，进行人工通孔，使得硅液从矿热炉110的出料口流出从抬包120的进料口流进入抬包120中，硅液在抬包120中进行一段时间的通氧反应，能降低硅液中的铁、铝、钙等杂质的含量。将通氧处理后的硅液运输至精炼炉130内，精炼炉130内的硅液的体积为精炼炉130体积的1/2～2/3。精炼炉130剩余的体积可用于后续加入硅废料和钙类造渣剂。然后利用温度控制设备140对精炼炉130送电升温，加入硅废料和钙类造渣剂进行混炼。当精炼炉130加料满时，即硅废料与钙类造渣剂的体积为精炼炉130体积的1/3～1/2，控制精炼炉130内的温度在1500～1750℃，保温20～60min。然后扖去炉面稀渣，将硅液倒入准备好的硅包中，吊至硅锭铸锭区浇注，硅液结晶后得到纯度较高的金属硅锭，破碎成块后可包装销售。在一些实施方式中，精炼温度为1600～1750℃。其中，硅废料包括多晶单晶硅废料碎料、多晶单晶硅金刚线切割粉压块料、金属硅粉料和金属硅边角料、光伏电池板废碎片中的至少一种。金属硅粉料包括精炼炉130的除尘粉。本实施方式所选用的硅废料硅的含量较高，其他杂质较少。在对硅液进行除杂的同时，又增加了硅的含量，因而最终的硅液中杂质较少且硅含量高。另外硅废料又能废物利用，节能环保。需要说明的是，当加入的硅废料为多晶单晶硅废料碎料、多晶单晶硅金刚线切割粉压块料时，由于其所含铁、铝、钙含量很低，且基本可忽略不计。最终可得到国标3303、2202、1101牌号的金属硅。当加入的硅废料为金属硅粉料和金属硅边角料时，可得到国标421低铝、低钙金属硅。其中，各牌号的杂质含量请参照下表。牌号553441421330322021101铁<0.5<0.4<0.4<0.3<0.2<0.1铝<0.5<0.4<0.2<0.3<0.2<0.1钙<0.3<0.1<0.1<0.03<0.02<0.01在本实施方式中，钙类造渣剂包括氧化钙、氢氧化钙和氟化钙中的至少一种。氧化钙、氢氧化钙和氟化钙均具有较好地造渣效果，可较好地去除硅液中的硫、磷、碳等杂质。另外，在一些实施方式中，精炼炉130设置有多个，多个精炼炉130均对应设置温度控制设备140。这样设置的好处是通过多个精炼炉130可分装抬包120内的硅液。另外，本实施方式的精炼炉130具有电磁感应加热功能，温度控制设备140包括变频控制柜141和电炉变压器142，请参照图3，精炼炉130与变频控制柜141的补偿电容器电连接，变频控制柜141与电炉变压器142电连接，通过电炉变压器142提供可变的交流电压，变频控制柜141起到调节输出功率的作用，从而保证精炼炉130的温度保持在某一范围内。进一步地，请参照图4，工业硅精炼系统100还包括烟罩131和除尘器132。烟罩131用于收集精炼炉130的烟尘，烟罩131与除尘器132连接。其中，精炼炉130产生的烟尘由烟罩131收集，收集的烟尘在除尘器132被处理除尘。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1将原料在矿热炉110中进行冶炼得到纯度为98％的硅液，当矿热炉110内的硅液液面达到预设位置时，进行人工通孔，使得硅液从矿热炉110的出料口流出从抬包120的进料口流进入抬包120中，硅液在抬包120中进行20min的通氧反应。将通氧处理后的硅液倒入精炼炉130内，硅液的体积为精炼炉130体积的1/2。然后开变频控制柜141的控制器，对精炼炉130送电升温，加入多晶单晶硅废料碎料、多晶单晶硅金刚线切割粉压块料和氧化钙至精炼炉130满，控制精炼炉130内的温度在1680℃进行混炼后保温60min。然后扖去炉面稀渣，将硅液倒入准备好的硅包中，吊至硅锭铸锭区浇注，硅液结晶后得到纯度较高的金属硅锭，其中，铁的含量<0.25％，铝的含量<0.23％，钙的含量<0.024％。实施例2将原料在矿热炉110中进行冶炼得到纯度为98％的硅液，当矿热炉110内的硅液液面达到预设位置时，进行人工通孔，使得硅液从矿热炉110的出料口流出从抬包120的进料口流进入抬包120中，硅液在抬包120中进行20min的通氧反应。将通氧处理后的硅液倒入精炼炉130内，硅液的体积为精炼炉130体积的2/3。然后开启变频控制柜141的控制器，对精炼炉130送电升温，加入金属硅粉料和金属硅边角料和氢氧化钙至精炼炉130满，控制精炼炉130内的温度在1500℃进行混炼后保温60min。然后扖去炉面稀渣，将硅液倒入准备好的硅包中，吊至硅锭铸锭区浇注，硅液结晶后得到纯度较高的金属硅锭，其中，铁的含量<0.33％，铝的含量<0.15％，钙的含量<0.05％。实施例3将原料在矿热炉110中进行冶炼得到纯度为98％的硅液，当矿热炉110内的硅液液面达到预设位置时，进行人工通孔，使得硅液从矿热炉110的出料口流出从抬包120的进料口流进入抬包120中，硅液在抬包120中进行20min的通氧反应。将通氧处理后的硅液倒入精炼炉130内，硅液的体积为精炼炉130体积的2/3。然后开启变频控制柜141的控制器，对精炼炉130送电升温，加入金属硅粉料和多晶单晶硅废料碎料和氟化钙至精炼炉130满，控制精炼炉130内的温度在1750℃进行混炼后保温20min。然后扖去炉面稀渣，将硅液倒入准备好的硅包中，吊至硅锭铸锭区浇注，硅液结晶后得到纯度较高的金属硅锭，其中，铁的含量<0.33％，铝的含量<0.21％，钙的含量<0.08％。以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3