一种电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种合金材料领域去除杂质的方法，特别设及一种电渣重烙与合金烙 析精炼同步提纯工业娃的方法。
【背景技术】
[0002] 随着国际能源价格持续上涨、能源的可用率和安全性持续下降W及各国对环境关 注程度的提高，太阳能由于其取之不尽、用之不竭、安全可靠及对环境影响小的特点越来越 受到人们的关注。近年来，光伏产业发展迅速，对太阳能级多晶娃的需求急剧增加。但由于 改良西口子法等化学法制备太阳能级多晶娃工艺存在能耗高、成本大及环境污染严重等问 题，冶金法制备太阳能级多晶娃技术成为关注的焦点。
[0003] 冶金法指在不改变主体娃性质的前提下，通过定向凝固、酸洗、造渣精炼、真空冶 炼、高能束（电子、离子）法、合金烙析精炼等一系列组合方法去除工业娃中杂质，是一种对 杂质的逐级净化工艺。造渣精炼是有效去除强还原性杂质的手段，是冶金法的主要净化手 段之一，该方法对工业娃中主要非金属杂质棚、磯的去除效果不理想。棚、磯是影响太阳能 电池性能最主要的杂质，太阳能级多晶娃对B杂质的含量的要求是低于0. 3个ppmw，对磯 的要求是低于0. 5个ppmw，过量的B、P杂质会导致光致衰减，从而影响电池的光电转化效 率。传统的冶金法工艺流程还没有一个完整成熟的精炼体系，而且由于其流程长、能耗高及 不能连续精炼等问题，在工业上的应用受到了极大的限制。所W，建立短流程、高效率的娃 材料提纯过程强化方法迫在眉睫。
[0004] 电渣重烙是一种比较特殊的烙渣精炼工艺，是利用电流通过烙渣时产生的电阻热 作为热源将电极烙化，溶化的金属汇聚成滴，穿过渣层进入金属烙池，在水冷结晶器内凝固 成铸件的方法。其方法禪合了烙渣精炼、渣洗和凝固偏析的多重提纯作用，可W极大的加 强合金液与渣相的接触面积，达到强化传质，提高精炼效率，增强精炼效果的作用。该种工 艺在钢铁冶炼方面已经极为成熟，宝山钢铁股份有限公司的专利电渣重烙渣系及其应用 (2011101247192)中，给出渣系配比为CaF230 ~35%;CaO30 ~35%;Al2〇325 ~30%; Si化1~4%;MgO1~5%，该方法降低了热作模具钢电渣重烙电耗，并解决了电渣重烙烙 渣高温过程的稳定性问题。同时，国内外在铜、侣、儀等金属精炼方面也进行了技术与设备 研发工作。中原特钢熊长聚、高宏生的专利；一种铜电渣重烙工艺（2008101404897)，采用 55-65%CaF2、15-25%MgFs或NaF、15-25%BaCl2所组成的渣系精炼得到质量较高的铜锭。 但由于娃的电导率较小化52Xl(T4/m-Q)，在常温下导电性极差，不能作为自耗电极使 用。所W，通过电渣重烙净化冶金娃的技术存在较大瓶颈。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种电渣重烙与合金烙析精炼同 步提纯工业娃的方法，解决了不能通过电渣重烙工艺精炼多晶娃的技术难题，大幅提升精 炼效果。
[0006] 本发明的电渣重烙与合金烙析精炼同步提纯多晶娃的生产方法原理是；首先将 工业娃与金属烙析剂高温预烙成合金并作为自耗电极，通过引弧剂的作用使烙渣烙化成渣 池，渣池过热后将自耗电极浸入渣池中，进行电渣重烙精炼与合金偏析精炼。
[0007] 具体实现步骤如下：
[000引 1)将工业娃与金属烙析剂预烙成合金并做成自耗电极；
[0009] 2)将金属氧化物或金属烙盐均混，预烙制备成渣剂；
[0010] 3)在电渣炉中，利用引弧剂使烙渣烙化成渣池，渣池过热后将自耗合金电极浸入 渣池中，进行电渣重烙精炼与合金偏析精炼；
[0011] 4)精炼与凝固结束，获得偏析合金铸锭，经破碎分离，获得纯化的多晶娃。
[001引步骤1)中所述的金属烙析剂为Sn、A1、化、Fe、Ni、Zn，或其两种或两种W上合金 化合物；
[0013] 步骤1)中所述的金属烙析剂的纯度为99%~99. 999% ;
[0014] 步骤。中所述的金属氧化物为CaO、Si〇2、Al2〇3、MgO、Na2〇、Fe2〇3、MnO、BaO中的两 种或两种W上的混合物；所述的金属烙盐为化〇2、KC1、化C1、CaF2、Na2C〇3、Na2Si〇3、化sAlFe 中的两种或两种W上混合物；
[0015] 步骤2)中所述的渣剂的化学组分按重量百分比计为：
【主权项】
1. 一种电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法，其特征包括以下步骤： (1) 将工业硅与金属熔析剂预熔成合金并制成自耗合金电极；将两种或两种以上的金 属氧化物或金属熔盐混均，预熔制备成熔渣剂； (2) 在电渣炉中，利用引弧剂使熔渣剂熔化成渣池，渣池过热后将自耗合金电极浸入渣 池中，进行电渣重熔精炼与合金偏析精炼； (3) 精炼与凝固结束，获得偏析合金铸锭，经破碎分离，获得纯化的多晶硅。
2. 根据权利要求1所述电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法，其特征在 于：步骤⑴中所述金属恪析剂为3]1、41、(：11、？6、附、211，或其两种或两种以上的合金化合 物。
3. 根据权利要求1所述电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法，其特征在 于：步骤（1)中所述金属熔析剂的纯度为99%~99. 999%。
4. 根据权利要求1所述电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法，其特征在 于：步骤⑵中所述金属氧化物和金属熔盐选自由CaO、Si0 2、A1203、MgO、Na20、Fe20 3、MnO、 BaO、CaCl2、KCl、NaCl、CaF2、Na2C03、Na 2Si03、Na3AlFf^构成的两种或两种以上的组合物。
5. 根据权利要求4所述电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法，其特征在 于：所述金属氧化物和金属熔盐的化学组分按重量百分比计为： CaO 20-80% SiO2 20-80% Al2O3 0-40% MgO 0-6% Na2O 0-35% Fc2O3 0-35% MnO 0-35% BaO 0-35%, CaCh 0-40% KCI 0-40% NaCl 0-40% CaF2 0-40% Na2CO3 0-35% Na^SiO3 0-35% Na3AlF6 0-35%,:
【专利摘要】本发明涉及一种合金材料领域去除杂质的方法，特别涉及一种电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法。主要包括：(1)将工业硅与金属熔析剂预熔成合金并做成自耗合金电极；(2)在电渣炉中，利用引弧剂使熔渣剂熔化成渣池，渣池过热后将自耗合金电极浸入渣池中，进行电渣重熔精炼与合金偏析精炼；(3)精炼与凝固结束，获得偏析合金铸锭，经破碎分离，获得纯化的多晶硅。本发明与传统的冶金法相比，除杂效率得到显著提高，而且流程短、设备简单、操作方便，精炼后的材料纯度更高、杂质更少、化学成分与组织结构均匀、致密。电渣重熔过程中，始终有液渣保护，避免了液态合金与大气的直接接触，防止了硅和金属熔析剂的氧化损失。
【IPC分类】C01B33-037
【公开号】CN104724710
【申请号】CN201510118113
【发明人】王志, 杜冰, 孙丽媛, 曹建尉, 公旭中
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月18日