专利名称:一种化学提高金属硅纯度的生产方法
技术领域：
本发明涉及电子工业、半导体材料，具体地说是一种化学提高金属硅纯度的生产方法。
背景技术：
硅是自然界分布最广的元素之一，应用于电子行业的工业硅(高纯硅)具有明显的半导体性质，是一种优良的半导体材料，是国家鼓励发展的集成电路、电子元件必不可少的原材料。提高金属硅纯度与应用已成为当今国内外重要的工业技术材料开发项目之一，高纯度的金属硅已广泛应用于冶金、化工、电子信息、机械制造、航天航空、船舶制造、能源开发等各工业领域，是现代工业尤其是高科技产业必不可少的材料。
当用于生产集成电路半导体，制造太阳能电池等材料，要求产品含硅纯度高，要求含含硅纯度大于99.99(重量)％以上。
含硅纯度高的金属硅应用范围相当广泛，用量越来越大，但在我国目前很少有能生产出这种金属硅产品的厂家，大部分依赖进口，消耗了大量外汇。
目前我国所产的工业硅，无论是供国内需要还是出口，绝大部分都是用于配制铝硅合金，属冶金级硅这一品种。从近几年的情况看，工业硅在有机硅和半导体方面的消费量增长最快，在国际市场上，每吨化学用硅比一般冶金级硅售价高200美元左右。
随着铝合金、黑色冶金、化工和半导体工业的发展，对工业硅的产量特别是质量提出了更高的要求。为了提高工业硅的纯度，虽然可以采用纯度高的原料进行冶炼，但却受到资源和成本的限制，常用的精炼法有气体精炼法(如氯化法)和熔剂法。用这种选择性氯化或选择行氧化的方法，对去除工业硅中的铝和钙是很有效的，但均不能去除工业硅中的杂质铁。
工业硅的杂质元素主要是铁、铝、钙，硅在液体状态下能与铁、铝、钙等元素组成共熔体，经氯化精制后，铝可除去60(重量)％左右，钙可除去90(重量)％左右，而铁却无法除掉。因此铁是影响工业硅产品质量的主要杂质元素，铁产生偏析是影响工业硅产品均匀性的主要因素。
近年来，工业硅在电子和化学方面的应用越来越广泛，随着工业硅应用范围的扩大和变化，国内外工业硅用户对产品质量提出了更高技术要求。不同国家的化学用硅是根据实际需要按不同标准生产的，各国商业性标准中对化学成分和粒度都有要求。例如江苏省专利CN1562744A公开了一种超纯超细硅粉及其制作方法。这种方法局限性很大，工艺复杂。
而本发明应用范围广、耗电少、产品纯度高、工艺简单、操作方便、成本低利润高；本发明适用于各品种的用户要求，可达到金属硅的纯度。
发明内容本发明的目的在于提供一种化学提高金属硅纯度的生产方法，以有效降低生产成本，提高金属硅的纯度。
按照本发明所提供的技术方案，该金属硅含硅纯度大于99.97(重量)％、铁小于0.003(重量)％、铝小于0.01(重量)％、钙小于0.01(重量)％，剩余为其它杂质。
本发明为达到上述目的提供了(1)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中以高纯度工业硅为原料，将硅块中的底料除去，使上述原料经如下工艺步骤鄂破、磨粉、筛分及磁选、化学提纯、甩干和烘干、精密磁选，然后得到高纯度的金属硅。
而且还提供了以下优选的实施方案。
(2)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中所述的高纯度工业硅可以为“2202”高纯度工业硅。所述的“2202”高纯度工业硅为市售产品，其组成含量为Si99(重量)％Fe0.20(重量)％Al0.20(重量)％Ca0.02(重量)％。
(3)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中所述的鄂破步骤是将硅块破碎成粒径为0-15厘米。
(4)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中所述的磨粉是将硅块磨成小于等于200目的硅粉。所采用的筛为200目标准筛。
(5)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中所述的筛分及磁选是，将上述硅粉在筛分机上筛选，小于等于200目的硅粉再进入磁选机内进行磁选，以除去硅粉中的磁性物质。
(6)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中将所述的筛分与磁选中大于200目的硅粉再进行研磨。
(7)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中所述的化学提纯是，一、将除去磁性物质的硅粉放入防腐罐中，用蒸馏水冲洗后，加入硝酸浸泡48小时以上，然后放掉硝酸，加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡7小时以上；二、然后向原防腐罐中再加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡放置7小时以上，再慢慢加入氢氰酸与双氧水、待激烈反应后，搅拌均匀，浸泡放置48小时以上，用蒸馏水冲洗至pH值为7。
(8)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中在化学提纯时，用蒸馏水冲洗至PH值为7，直至用硝酸银检验不显氯离子反应为止。
(9)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中所述的精密磁选，采用静电磁选。
(10)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中采用上述方法得到的高纯度金属硅产品，其含硅纯度大于99.97(重量)％、铁小于0.003(重量)％、铝小于0.01(重量)％、钙小于0.01(重量)％，剩余为其它杂质。
(11)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中在甩干和烘干时，所用设备分别为离心机和烘干窑。
(12)一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其中采用如下工艺步骤，a、采用“2202”高纯度的工业硅作原料，将硅块中的炉底料除去；b、鄂破，将硅块鄂破成粒径为0-15厘米；c、磨粉，经过球磨机研磨成小于等于200目的硅粉；d、筛分及磁选，将上述硅粉在筛分机上筛选，小于等于200目的硅粉在进入磁选机内进行磁选，以除去硅粉中的磁性物质；e、化学提纯，将除去磁性物质的硅粉放入防腐罐内，用蒸馏水冲洗后，加入硝酸浸泡48小时以上，然后放掉硝酸，加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡7小时以上；然后向原防腐罐中，再加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡、放置7小时以上，再慢慢加入氢氰酸(或氢氟酸)与双氧水、待激烈反应后，搅拌均匀，浸泡、放置48小时以上，用蒸馏水冲洗至pH值为7，得到产品含硅纯度大于99.97(重量)％、铁小于0.003(重量)％、铝小于0.01(重量)％、钙小于0.01(重量)％的高纯度金属硅；f、甩干和烘干，将清洗后的硅粉放入离心机内甩干，在烘干窑内烘干；g、精密磁选，采用静电磁选。
利用本发明后能够生产含硅纯度高的高纯度工业硅，为步入太阳能级时代打下良好基础。
本发明的效果，除去的杂质不限于铁、铝、钙。碳也是通过氧化反应除去的杂质。
本发明仅以“2202”小于等于200目的硅粉为例进行了说明，但并不限制于此，本发明同样适用于其它粒度的高纯度工业硅，如140目、150目、180目等；另外本发明仅以“2202”高纯度工业硅为例进行了说明，但并不限制于此，本发明同样适用于其它型号类别的高纯度工业硅原料，如“421”、“3303”等。因此采用其它高纯度依然在本发明的范围之内。
附图简要说明图1是说明该化学提高金属硅纯度的生产方法的工艺流程图。
实施例实施例11.原材料选用“2202”高纯度的硅块。
2.鄂破将“2202”硅块破碎成粒径为0-15厘米。
3.研磨将破碎的硅块研磨成小于等于200目的硅粉。
4.筛分及磁选将上述硅粉在筛分机上筛选，大于200目的再进行研磨，小于等于200目的硅粉进入磁选机内进行磁选，以除去硅粉中的磁性物质，将存在于硅粉中的铁等元素清除掉。
5.化学提纯以下四种物质的浓度以质量百分比计A.硝酸含量(65-68％)B.盐酸含量(36-38％)C.氢氰酸含量(2-3％)(或氢氟酸)D.双氧水含量(30％)按质量百分比计，上述四种物质相对于研磨后硅粉的加入量分别为100公斤硅粉加入量硝酸量为，将硅粉全部润湿浸泡盐酸量为，加入20公斤氢氰酸量为，加入10公斤双氧水量为，加入5公斤另外，加酸量还根据硅粉原料反应情况而定。
E.搅拌反应每隔3个小时搅拌一次，加入氢氰酸与双氧水后，可提高反应速度，将存在硅粉中的其它杂质全部清除。
F.用蒸馏水清洗，冲洗至pH值为7，用硝酸银检验不显氯离子反应为止。
6.甩干，将上述硅粉放入离心机内甩干。
7.将甩干后的硅粉放入烘干窑内烘干。
8.精密磁选，选用静电磁选。
9.包装，在包装前必须检验合格，用自动包装机进行包装。
该金属硅的主要成分为含硅纯度大于99.97(重量)％，铁小于0.003(重量)％，铝小于0.01(重量)％，钙小于0.01(重量)％，剩余为其它杂质。
实施例2当原料采用“421”高纯度工业硅时(该原料中主要杂质含量为Fe0.40(重量)％Al0.20(重量)％Ca0.1(重量)％，利用与实施例1相同的工艺步骤提纯后，Fe0.0029(重量)％Al0.0067(重量)％Ca0.0014(重量)％。
权利要求
1.一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其特征在于以高纯度工业硅为原料，将硅块中的底料除去，使上述原料经如下工艺步骤鄂破、磨粉、筛分及磁选、化学提纯、甩干和烘干、精密磁选，然后得到高纯度的金属硅。
2.如权利要求
1的生产方法，其特征在于所述的高纯度工业硅可以为“2202”高纯度工业硅。
3.如权利要求
1-2中任一的生产方法，其特征在于所述的鄂破步骤是将硅块破碎成粒径为0-15厘米。
4.如权利要求
1-3中任一的生产方法，其特征在于所述的磨粉是将硅块磨成小于等于200目的硅粉。
5.如权利要求
1-4中任一的生产方法，其特征在于所述的筛分及磁选是，将上述硅粉在筛分机上筛选，小于等于200目的硅粉再进入磁选机内进行磁选，以除去硅粉中的磁性物质。
6.如权利要求
1-5中任一的生产方法，其特征在于将所述的筛分与磁选中大于200目的硅粉再进行研磨。
7.如权利要求
1-6中任一的生产方法，其特征在于所述的化学提纯是，一、将除去磁性物质的硅粉放入防腐罐中，用蒸馏水冲洗后，加入硝酸浸泡48小时以上，然后放掉硝酸，加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡7小时以上；二、然后向原防腐罐中再加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡放置7小时以上，再慢慢加入氢氰酸或氢氟酸与双氧水、待激烈反应后，搅拌均匀，浸泡放置48小时以上，用蒸馏水冲洗至pH值为7。
8.如权利要求
1-7中任一的生产方法，其特征在于在化学提纯时，用蒸馏水冲洗至pH值为7，直至用硝酸银检验不显氯离子反应为止。
9.如权利要求
1-8中任一的生产方法，其特征在于所述的精密磁选，采用静电磁选。
10.如权利要求
1-9中任一的生产方法，其特征在于采用上述方法得到的高纯度金属硅产品，其含硅纯度大于99.97(重量)％、铁小于0.003(重量)％、铝小于0.01(重量)％、钙小于0.01(重量)％，剩余为其它杂质。
11.如权利要求
1-10中任一的生产方法，其特征在于在甩干和烘干时，所用设备分别为离心机和烘干窑。
12.一种化学提高金属硅纯度的生产方法，其特征在于采用如下工艺步骤，a、采用“2202”高纯度工业硅作原料，将硅块中的炉底料除去；b、鄂破，将硅块鄂破成粒径为0-15厘米；c、磨粉，经过球磨机研磨成小于等于200目的硅粉；d、筛分及磁选，将上述硅粉在筛分机上筛选，小于等于200目的硅粉在进入磁选机内进行磁选，以除去硅粉中的磁性物质；e，将除去磁性物质的硅粉放入防腐罐中，用蒸馏水冲洗后，加入硝酸浸泡48小时，然后放掉硝酸，加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡7小时以上，得到含硅纯度为大于99.94(重量)％、铁小于0.04(重量)％的高纯度金属硅；然后向原防腐罐中，再加入盐酸溶液反应，搅拌均匀，浸泡、放置7小时以上，再慢慢加入氢氰酸或氢氟酸与双氧水、待激烈反应后，搅拌均匀，浸泡、放置48小时以上，用蒸馏水冲洗至pH值为7，得到产品含硅纯度大于99.97(重量)％、铁小于0.003(重量)％、铝小于0.01(重量)％、钙小于0.01(重量)％的高纯度金属硅；f、甩干和烘干，将清洗后的硅粉放入离心机内甩干，在烘干窑内烘干；g、精密磁选，采用静电磁选。
专利摘要
本发明涉及电子工业，半导体材料，具体地说是一种化学提高金属硅纯度的生产方法，该金属硅的主要成分为产品含硅纯度大于99.97(重量)％，含硅纯度大于99.97(重量)％、铁小于0.003(重量)％、铝小于0.01(重量)％、钙小于0.01(重量)％；这种化学提高金属硅纯度的生产步骤如下a.原料处理；b.鄂破；c.磨粉，经过球磨机研磨成小于等于200目的硅粉；d.筛分及磁选、将上述硅粉在筛分机上筛选，小于200目的硅粉再进入磁选机内进行磁选，以除去硅粉中的磁性物质；e.化学提纯，将除去磁性物质的硅粉放入防腐罐内，用蒸馏水冲洗后，加入硝酸溶液浸泡，然后放掉硝酸，加入盐酸溶液发生反应，然后加入氢氰酸与双氧水溶液发生反应；f.甩干和烘干；g.精密磁选；这种方法能有效降低生产成本，提高金属硅的纯度。
文档编号C01B33/00GK1994877SQ200610170726
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月26日
发明者朱喜斌, 朱超, 宗秀文 申请人:朱喜斌导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan