专利名称：一种湿法提纯硅的方法
技术领域：
本发明属于无机化工领域，涉及一种湿法提纯硅的方法，涉及纯硅的提纯精炼技 术领域。
背景技术：
硅产品的用途、附加值一定程度上取决于硅的纯度、杂质的类别与含量等，同时， 市面上的工业硅纯度通常为96%-98%，尚未达到工业硅的相关质量指标。因此，对所得产 品硅进行提纯是相当有必要的。目前，国内外提纯硅产品的途径主要分为化学法、冶金 法(也称为物理法)，其中，所谓化学法，是指采用化学的方法将工业硅转化为中间产品，进 而转化成纯度较高的硅，如西门子法，其主要步骤为=SiHCl3的制备、SiHCl3的精馏提纯、 SiHCl3的还原，涉及的主要化学反应方程式
经过多次的更新换代，西门子法生产技术已相当成熟，可以将工业硅提纯至纩11 N，现 成为生产多晶硅的主流技术，这是因为西门子法可实现连续化生产，且生产线产能可达千 吨级，技术、设备体系能够工程化，产品具有质量高，性能稳定，产出率高等优点；但是，西门 子法工艺流程环节过多，一次转化率偏低，且具有基建费较高，材耗成本高，能耗高等。冶金法最早是在1996年由川崎制铁公司(Kawasaki Steel Corp.)开发的由工业 硅生产太阳能级硅的方法。冶金法主要采用冶炼的方法对工业硅进行提纯，目前，由国内外 科研工作人员开发的冶金法主要包括定向凝固、真空熔炼、等离子体熔炼、电子束精炼、造 渣提纯、氯化精炼、氧化精炼、合金化提纯、湿法提纯、熔盐电解等方法。通常单纯的一种方 法尚达不到太阳能级硅的纯度要求，往往需要多种方法的耦合或集成来实现。目前，冶金法 虽然技术不够成熟，但具有基建投资少，建设周期短，能耗相对较低，环境友好等优点，被公 认为高纯硅制备工艺中最有前途的一种工艺。因此，近年来采用冶金法制备高纯硅越来越 成为硅材料研究与开发的热点，涌现出许多新技术、新突破，打开了一个低成本生产高纯硅 的新局面。硅材料冶金法提纯工艺要追求低能耗、低成本，湿法提纯将是个不错的选择，正是 因为这一点，近些年来湿法提纯硅材料已成为国内外科研工作者探索与研究的热点。湿法 提纯，是利用冶金级硅中的杂质元素溶于一定的溶剂，将冶金级硅粉碎至一定粒径的硅粉， 选择合适的浸出剂将冶金级硅中的杂质元素浸出，进而达到提纯的效果，因浸出剂多为无 机酸及其混合物，故也可称之为酸浸或酸洗。湿法提纯工艺主要是基于冶金级硅杂质分布 的特性，先通过冶金级硅的破碎使集中在硅晶界处的大部分杂质暴漏在硅粉表面，使湿法提纯的过程成为可能。湿法提纯工艺可以在常温下进行，具有能耗低，成本低，设备简单，处 理量大等优点，缺点是单纯采用湿法提纯工艺仅能使冶金级硅提纯至2 4N的水平，须结 合其他方法才能到达太阳能级硅材料的质量要求，特别是对P、B等非金属杂质基本上没有 去除效果。湿法提纯工艺因能耗低、成本低，已成为硅材料冶金法提纯工艺中的重要环节之
发明内容
本发明的目的旨在于克服现有技术中的不足，提供一种能有效减少硅的损失，并 能兼顾硅的高纯度，且提纯效果明显，硅的损失小，成本低的湿法提纯硅的方法。为实现上述目的，本发明采用两级湿法提纯，浸取剂依次为盐酸(HCl)、氢氟酸 (HF)，选用双氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)为助剂，具体技术方案如下
a.硅粉准备将纯硅破碎后，选用标准筛进行筛分，得到粒度为D=150 75μ m的硅
粉；
b.一次湿法提纯选用质量分数为8. 0%的盐酸(HCl)为浸出剂，提纯；
c.一次分离将硅粉与盐酸(HCl)浸出剂分离；
d.二次湿法提纯将步骤C分离出的硅粉再次提纯，浸出剂质量分数为5.0%的氢氟酸 (HF)，并加入双氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)为助剂，提纯；
e.二次分离将硅粉与氢氟酸(HF)浸出剂和双氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)助剂分离 开来；
f.水洗至中性；
g.干燥，进一步除去硅粉中的浸出剂、水分；
h.冷却，将干燥后的硅粉冷却至室温，得到硅的纯度为99.94%的产品。步骤a所述的纯硅为自制单质硅，其硅的纯度约为98. 0%。步骤b所述的湿法提纯，盐酸(HCl)与硅粉的液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池。步骤d所述的二次湿法提纯，氢氟酸(HF)与硅粉的液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池。步骤d所述的二次湿法提纯，选用双氧水(H2O2)、氨水(NH3 · H2O)为助剂，其浓度 分别为2. 0% 10. 0%，双氧水和氨水的浓度不相同，但选择的范围均为2. 0% 10. 0%，双氧 水和氨水的体积比为5 1 1 5。本发明所述的一种湿法提纯硅的方法，在硅的湿法提纯过程中，选用双氧水 (H2O2)、氨水(NH3 ·Η20)为助剂，在保证较好的提纯效果的同时，有效地降低了湿法提纯中硅 的损失。目前，硅的湿法提纯过程中降低硅损失的研究及相关报道较少。本发明选用双氧水(H2O2)、氨水(NH3 ·Η20)为助剂，在保证较好的提纯效果的同时， 有效地降低了湿法提纯中硅的损失，所述方法具有提纯效果明显，硅的损失小，成本低等优 点ο
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但不限于实施例。
实施例1
筛选出粒度为D=150 75 μ m的硅粉，选用8. 0%的盐酸(HCl)为浸出剂，在液固比 为5 1，搅拌速率为140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺 条件下，进行湿法提纯；分离后，选用5. 15%的氢氟酸(HF)为浸出剂，选用2. 5%的双氧水 (H202)、5.0%的氨水(ΝΗ3·Η20)为助剂，其体积比为5 1，在液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺条件下，进行二次湿法 提纯；二次分离、水洗至中性、干燥、冷却后，即可得到产品。实施例2
筛选出粒度为D=150 75 μ m的硅粉，选用8. 0%的盐酸(HCl)为浸出剂，在液固比 为5 1，搅拌速率为140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺 条件下，进行湿法提纯；分离后，选用5. 15%的氢氟酸(HF)为浸出剂，选用5. 0%的双氧水 (H202)、5.0%的氨水(ΝΗ3·Η20)为助剂，其体积比为3 1，在液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺条件下，进行二次湿法 提纯；二次分离、水洗至中性、干燥、冷却后，即可得到产品。实施例3
筛选出粒度为D=150 75 μ m的硅粉，选用8. 0%的盐酸(HCl)为浸出剂，在液固比 为5 1，搅拌速率为140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺 条件下，进行湿法提纯；分离后，选用5. 15%的氢氟酸(HF)为浸出剂，选用7. 5%的双氧水 (H202)、2.5%的氨水(ΝΗ3·Η20)为助剂，其体积比为1 1，在液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺条件下，进行二次湿法 提纯；二次分离、水洗至中性、干燥、冷却后，即可得到产品。实施例4
筛选出粒度为D=150 75 μ m的硅粉，选用8. 0%的盐酸(HCl)为浸出剂，在液固比 为5 1，搅拌速率为140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺 条件下，进行湿法提纯；分离后，选用5. 15%的氢氟酸(HF)为浸出剂，选用5. 0%的双氧水 (H202)、7.5%的氨水(ΝΗ3·Η20)为助剂，其体积比为1 1，在液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺条件下，进行二次湿法 提纯；二次分离、水洗至中性、干燥、冷却后，即可得到产品。实施例5
筛选出粒度为D=150 75 μ m的硅粉，选用8. 0%的盐酸(HCl)为浸出剂，在液固比 为5 1，搅拌速率为140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺 条件下，进行湿法提纯；分离后，选用5. 15%的氢氟酸(HF)为浸出剂，选用2. 5%的双氧水 (H202)、7.5%的氨水(ΝΗ3·Η20)为助剂，其体积比为3 1，在液固比为5 1，搅拌速率为 140rad · mirT1的磁力搅拌，浸出温度为70°C，浸出时间为池的工艺条件下，进行二次湿法 提纯；二次分离、水洗至中性、干燥、冷却后，即可得到产品。
实施例所得产品分析结果如下所示 表1实施例所得产品分析结果
权利要求
1.一种湿法提纯硅的方法，采用两级湿法提纯，其特征在于，其步骤为a.硅粉准备将纯硅破碎后，选用标准筛进行筛分，得到粒度为D=150 75μ m的硅粉；b.一次湿法提纯选用质量分数为8. 0%的盐酸为浸出剂，提纯步骤a所得的硅粉；c.一次分离将硅粉与盐酸浸出剂分离；d.二次湿法提纯将步骤C分离出的硅粉再次提纯，浸出剂质量分数为5. 0%的氢氟 酸，并加入双氧水、氨水为助剂，提纯；e.二次分离将硅粉与氢氟酸浸出剂和双氧水、氨水助剂分离开来；f.水洗至中性；g.干燥，进一步除去硅粉中的浸出剂、水分；h.冷却，将干燥后的硅粉冷却至室温，得到硅的纯度为99.94%的产品。
2.根据权利1所述的一种湿法提纯硅的方法，其特征在于步骤a所述的纯硅为自制 单质硅，其硅的纯度的质量分数为98. 0%。
3.根据权利1所述的湿法提纯硅的方法，其特征在于步骤b所述的湿法提纯，盐酸与 硅粉的液固比为5 1，搅拌速率为140rad ^irT1的磁力搅拌，浸出温度为71 °C，浸出时间 为3h。
4.根据权利1所述的湿法提纯硅的方法，其特征在于步骤d所述的二次湿法提纯，氢 氟酸与硅粉的液固比为5 1，搅拌速率为HOradmirT1的磁力搅拌，浸出温度为71°C，浸 出时间为3h。
5.根据权利1所述的湿法提纯硅的方法，其特征在于步骤d所述的二次湿法提纯， 双氧水、氨水为助剂，双氧水、氨水的浓度分别为2. 0% 10. 0%，它们的体积比为5 1 1:5。
全文摘要
一种湿法提纯硅的方法属于无机化工领域，涉及一种湿法提纯硅的方法，涉及纯硅的提纯精炼技术领域，本发明采用两级湿法提纯，其步骤为a.硅粉准备将纯硅破碎后，选用标准筛进行筛分，得到粒度为D=150～75μm的硅粉；b.一次湿法提纯选用质量分数为8.0%的盐酸为浸出剂，提纯步骤a所得的硅粉；c.一次分离将硅粉与盐酸浸出剂分离；d.二次湿法提纯将步骤c分离出的硅粉再次提纯，浸出剂质量分数为5.0%的氢氟酸，并加入双氧水、氨水为助剂，提纯；e.二次分离将硅粉与氢氟酸浸出剂和双氧水、氨水助剂分离开来；f.水洗至中性；g.干燥，进一步除去硅粉中的浸出剂、水分；h.冷却，将干燥后的硅粉冷却至室温，得到硅的纯度为99.94%的产品。本发明选用双氧水(H2O2)、氨水(NH3·H2O)为助剂，在保证较好的提纯效果的同时，有效地降低了湿法提纯中硅的损失，所述方法具有提纯效果明显，硅的损失小，成本低等优点。
文档编号C01B33/037GK102079524SQ201110055248
公开日2011年6月1日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者李勇辉, 李崇贵, 李志祥, 李英翔 申请人:云南云天化国际化工股份有限公司