[发明专利]一种高纯多晶硅的生产方法及生产装备

权利要求书

1.一种高纯多晶硅的生产方法，所述的生产方法包括如下步骤： 硅料准备、熔炼包装料、硅料熔炼、除渣、熔融硅精炼、硅液挡渣浇 铸、硅液真空脱气与定向凝固、硅锭出炉和去皮切割，其中，所述硅 料准备步骤中所使用的硅料为冶金级还原硅；

所述硅料熔炼步骤包括加入轻质碱性氧化物2～40％、碳酸盐0～ 35％、助熔剂1～25％，以与熔炼过程形成的氧化硅生成低熔点、低密 度、低黏度硅酸盐渣的步骤；在所述硅料熔炼步骤中采用的加热方式 包括化学燃烧加热，所述化学燃烧加热为吹煤氧燃烧加热、吹氧燃烧 硅加热，所述吹煤氧燃烧加热的燃料为重油、煤粉、煤气或天然气； 所述硅料熔炼步骤在非真空或负压环境下进行，其中非真空环境是指 大气环境，负压环境是指由排风机或引风机产生的低压环境；

所述熔融硅精炼步骤包括精炼提纯过程，该精炼提纯过程包括以 下步骤：依次向硅液中吹入氩气、氧气、水蒸气混合气，其中氧气和 水蒸气之和占体积百分比为1～15％；氩气、氧气混合气，其中氧气占 体积百分比为1～15％；氩气、氢气混合气，其中氢气占体积百分比为 1～10％；所述精炼提纯过程在低真空下进行，所述低真空是指：真空 度为1～9000Pa；在所述精炼过程中加入总量为硅液重量0.1～10％的 轻质碱性氧化物、碳酸盐、助熔剂及二氧化硅，它们之间的重量份关 系为轻质碱性氧化物占5～35％、碳酸盐1～35％、助熔剂5～20％、二氧 化硅1～10％，各组分百分比之和为100％；所述精炼过程对硅液的提温 和保温方式包括电加热和/或等离子枪加热，所述电加热为采用精炼 包内衬的外侧预埋的石墨或硅碳块电阻加热元件通电加热，所述等离 子枪加热为将等离子枪从精炼炉上部插入精炼室内，对硅液表面进行 加热。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：在所述熔炼 包装料步骤之前还包括熔炼包预热步骤，所述熔炼包预热的温度为 1000～1600℃。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述硅料熔 炼步骤中加入的所述轻质碱性氧化物包括氧化镁、氧化钙或氧化钡， 所述助熔剂为萤石。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：在所述硅料 熔炼步骤中采用的加热方式还包括电加热，所述电加热为感应加热、 电阻加热或电子束加热。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：在所述硅料 熔炼步骤完成并达到1430～1700℃后，采用刮渣装置对硅液表面进行 除渣。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述熔融硅 精炼步骤中采用蒸汽喷射泵对精炼提纯过程中使用的精炼炉抽真空。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：在所述精炼 过程中加入的所述轻质碱性氧化物包括氧化镁和/或氧化钙，所述助 熔剂为萤石。

8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：将精炼完成 的硅液铸入定向凝固包中，并送入定向凝固炉中进行定向凝固，所述 定向凝固包在铸入硅液前进行预热处理，预热温度为1400～1600℃。

9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于：在所述装入 硅液的定向凝固包被送入定向凝固炉中后，首先进行硅液真空脱气处 理步骤，处理时间为0.5～10小时、真空度为10^-2～10^-3Pa、温度为 1450～1600℃；然后进行定向凝固步骤，凝固生长速度为2～60mm/ 小时。

10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：还包括将定 向凝固后的硅锭部分地返回硅料准备阶段、重新进行破碎并与预处理 后的硅料混合的步骤，硅锭返回进行重新熔炼的比例为5～30％。

11.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：将定向凝固 后的硅锭进行去皮切割，并将切割余料返回硅料准备阶段进行破碎和 湿法处理，重新进行熔炼。