ZnCl₂熔盐电解制锌装置的制作方法

专利名称：ZnCl₂熔盐电解制锌装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解装置，特别涉及一种ZnCl2熔盐电解制锌装置。
技术背景
多晶硅提纯工艺主要采用西门子法、改良西门子法、硅烷热分解法、流态化床 法、区域熔化提纯法(FZ)、直拉单晶法(CZ)等等。目前最为成熟的多晶硅提纯工艺是 改良西门子法。
因此，改良西门子法是目前占绝对优势的生产方法，国际主流厂商绝大部分多 晶硅都是用该方法生产的，2004年已占世界生产能力的74%。改良西门子法是在传统西 门子法工艺基础上发展起来，主要包括氢化、精馏提纯、还原及尾气干法回收，存在着 大量的副产物SiCl4的污染问题。
我国在这几年也有大批多晶硅新上项目投产。据《中国光伏产业发展报告》， 到2008年底，国内可以实现一期产能的多晶硅将达18,760吨。而到2010年，主要生产 厂家的产量将达到85250吨/年。这些新上马的多晶硅生产线除了中硅公司等在自主研 发外，其他厂家利用的是俄罗斯多晶硅提纯技术，但这些技术与国际先进的技术相比还 存在一定的差距，产出的副产物SiCl4的量非常巨大。
目前，用Zn还原&(14生产多晶硅正逐渐成为热点，日本等发达国家近年来已开 始重视“Zn还原SiCl4”这种环保方法来生产太阳能电池原材料多晶硅，并已计划将其产 业化。
Zn还原SiCl4的原理反应式为
SiCl4 (g) +2Zn (g) — Si (s) +2ZnCl2 (g)
Zn还原法使用的原料为SiCl4,与传统的“西门子法”所用材料不同，具有生产 工艺简短、反应速度快、产品质量稳定、可实现成本控制等优点。据2008年9月17日《日刊新闻》报道，新日本太阳硅公司已计划2010年4月开始用“Zn还原法”生产太 阳能电池原材料多晶硅。可见未来多晶硅的生产必然是向低成本、低污染、副产物可循 环利用、生产工艺简短的方向发展。
然而这种以Zn来还原SiCl4生产多晶硅的方法，按照反应式 SiCl4 (g)+2Zn(g) — Si(S)+2ZnCl2(g)计算，每生产一倍量的硅，就会产生十倍量的ZnCl2 副产物，如何经济地有效回收利用ZnCl2成为一个大问题。发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种能有效回收Zn还原SCl4生产多晶硅方法中产 生的副产物ZnCl2中的Zn的ZnCl2熔盐电解制锌装置。
本发明的技术方案是一种ZnCl2熔盐电解制锌装置，其包括
加热装置，为圆筒形结构件，其周圈及底部均为夹层结构，夹层内布满加热电 阻丝；
电解槽，嵌装在加热装置内；
除雾器，连接在电解槽的上方，除雾器包括一个盖板，盖板上设有ZnCl2熔盐进 料口和至少一个氯气出口；
石墨电极，成对设置在电解槽内；
导电棒，其上端连接在除雾器盖板上并向上伸出，下端伸入电解槽内与石墨电 极相连；
热电偶，其上端连接在除雾器盖板上并向上伸出，下端伸入电解槽内；
电解电源，通过导线与导电棒相连；
氯气吸收塔，通过气体管路与除雾器的氯气出口相连。
所述的石墨电极为单极式电极，单块电极厚度为20 40mm、宽度为50 100mm、高度为100 200mm，两块电极竖直相对设置，电极间距2 10mm，电极顶部 与导电棒螺纹连接。
所述的电解槽和除雾器均由石英或氧化锆陶瓷或氮化硅陶瓷制作而成。
所述的导电棒在除雾器盖板以下的部分套有陶瓷套管。
所述的加热装置的内径为150 300mm，加热高度为300 600mm，外部设有隔热保温层。
所述的电解槽的外径为150 300mm，高度为300 600mm。
还包括Zn液出料虹吸管，该Zn液出料虹吸管的上端连接在除雾器盖板上并向外 引出，下端深入电解槽的底部。
本发明ZnCl2熔盐电解制锌装置能有效回收Zn还原SiCl4生产多晶硅方法中产生 的副产物ZnCl2中的Zn，可实现Zn还原SiCl4生产多晶硅闭环生产工艺，从而可使Zn还 原SiCl4生产多晶硅工艺达到高效率、低能耗、零排放，更好地降低多晶硅生产成本。装 置具有结构紧凑新颖、制造装配简单、运行经济成本低、操作方法简单方便、可实现工 业化等优点。


图1为本发明ZnCl2熔盐电解制锌装置的基本结构示意图2为本发明中的除雾器盖板的俯视结构示意图。
具体实施方式
附图给出了本发明的一个较佳实施例，下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1，配合参见图2，本发明的ZnCl2熔盐电解制锌装置，包括加热装置1、 电解槽2、除雾器3、石墨电极4、导电棒5、热电偶6、电解电源7和氯气吸收塔8。
加热装置1为圆筒形结构件，其周圈及底部均为夹层结构，夹层内布满加热电 阻丝11，加热装置的内径为150 300mm，加热高度为300 600mm，外部设有隔热保 温层12，加热温度可达600 800°C。
电解槽2嵌装在加热装置1内并与加热装置相适配，该电解槽2由石英或耐高温 耐腐蚀的陶瓷材料如氧化锆陶瓷或氮化硅陶瓷制作而成，其外径为150 300mm，高度 为 300 600mm。4
除雾器3连接在电解槽2的上方，由石英或耐高温耐腐蚀的陶瓷材料如氧化锆陶 瓷或氮化硅陶瓷制作而成。除雾器3包括一个盖板31，盖板31上设有ZnCl2熔盐进料 口 32和至少一个氯气出口 33，还设有导电棒的插入口 34、热电偶的插入口 35和Zn液 出料虹吸管36。除雾器3的外表面直接与空气接触，直径150 300mm，高度300 600mm,下部与电解槽2法兰连接，在法兰连接处设有陶瓷密封材料进行密封。
石墨电极4成对设置在电解槽内，石墨电极4为单极式电极，单块电极厚度为 20 40mm、宽度为50 100mm、高度为100 200mm，两块电极竖直相对设置，电极 间距2 10mm，电极顶部与导电棒5螺纹连接。
导电棒5的上端连接在除雾器盖板31上并向上伸出，下端伸入电解槽2内与石 墨电极4螺纹连接，导电棒5在除雾器盖板以下的部分套有陶瓷套管，以防止导电棒5被 腐蚀。
热电偶6的上端连接在除雾器盖板31上并向上伸出，下端伸入电解槽2内，用 于测量电解槽2的内部温度。
电解电源7通过导线与导电棒5相连。
氯气吸收塔8通过气体管路9与除雾器的氯气出口 33相连。
Zn液出料虹吸管36的上端连接在除雾器盖板上并向外引出，下端深入电解槽2 的底部。虹吸管36由石英或耐高温耐腐蚀陶瓷如氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷制作。利用 虹吸原理直接将电解所生成的高温Zn液引入到Zn还原SiCl4制备多晶硅中Zn蒸汽供料 系统，即可实现Zn还原SiCl4生产多晶硅整个工艺的闭环操作。
权利要求
1.一种ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于包括加热装置，为圆筒形结构件，其周圈及底部均为夹层结构，夹层内布满加热电阻丝；电解槽，嵌装在加热装置内；除雾器，连接在电解槽的上方，除雾器包括一个盖板，盖板上设有ZnCl2熔盐进料口 和至少一个氯气出口；石墨电极，成对设置在电解槽内；导电棒，其上端连接在除雾器盖板上并向上伸出，下端伸入电解槽内与石墨电极相连；热电偶，其上端连接在除雾器盖板上并向上伸出，下端伸入电解槽内；电解电源，通过导线与导电棒相连；氯气吸收塔，通过气体管路与除雾器的氯气出口相连。
2.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于所述的石墨电极为 单极式电极，单块电极厚度为20 40mm、宽度为50 100mm、高度为100 200mm， 两块电极竖直相对设置，电极间距2 10mm，电极顶部与导电棒螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于所述的电解槽和除 雾器均由石英或氧化锆陶瓷或氮化硅陶瓷制作而成。
4.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于所述的导电棒在除 雾器盖板以下的部分套有陶瓷套管。
5.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于所述的加热装置的 内径为150 300mm，加热高度为300 600mm，外部设有隔热保温层。
6.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于所述的电解槽的外 径为150 300mm，高度为300 600mm。
7.根据权利要求1所述的ZnCl2熔盐电解制锌装置，其特征在于还包括Zn液出料 虹吸管，该Zn液出料虹吸管的上端连接在除雾器盖板上并向外引出，下端深入电解槽的 底部。
全文摘要
本发明提供了一种ZnCl2熔盐电解制锌装置，它包括加热装置、电解槽、除雾器、石墨电极、导电棒、热电偶、电解电源和氯气吸收塔。本发明ZnCl2熔盐电解制锌装置能有效回收Zn还原SiCl4生产多晶硅方法中产生的副产物ZnCl2中的Zn，可实现Zn还原SiCl4生产多晶硅闭环生产工艺，从而可使Zn还原SiCl4生产多晶硅工艺达到高效率、低能耗、零排放，更好地降低多晶硅生产成本。
文档编号C25C3/34GK102021608SQ20091019560
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者张愿成, 张滢清, 张玉霞, 贺珍俊, 郭飞, 韩晓龙, 黄碧龙 申请人:上海太阳能工程技术研究中心有限公司