[发明专利]一种冶金法多晶硅金属杂质湿法冶金提纯工艺

说明书

技术领域

本发明涉及冶金法多晶硅提纯技术领域，特别是涉及一种湿法冶金提纯方法。

背景技术

光伏能源是21世纪最重要的新能源之一。近年来，全球光伏产业高速发展，世界各国为了为了满足光伏产业的迅速发展，都致力于开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅新制备技术和工艺，例如改良西门子法、新硅烷法、硫化床法、冶金法等。其中，冶金法制备太阳能级多晶硅被认为是一种有效降低生产成本，专门定位于太阳能级多晶硅的生产方法。

目前，冶金法制备太阳能级多晶硅技术已成为国内外研究的热点。湿法冶金提纯是冶金法制备太阳能级多晶硅的重要工序，其工艺路线具备设备简单、能耗低、易扩大产能、生产成本低等优点。

硅具有较强的耐酸腐蚀能力，并且大部分金属元素杂质在熔融硅中的溶解度高，在固态硅中溶解度都小，以致最终都富集于晶界晶面上。对凝固后硅锭进行破碎，由于硅锭晶界的强度较低，硅锭主要沿晶界处破碎，金属元素杂质主要暴露在硅颗粒表面。湿法冶金就是将已破碎的硅料，利用酸与金属的化学反应，金属杂质以离子态进入溶液，达到有效地去除多晶硅中大部分金属杂质目的。

“湿法冶金工业硅粉”从Tucker首创以来已历时80多年，国外不少学者在上世纪六七十年代开始对不同来源的冶金级硅进行了酸浸提纯研究，Hunt等人在论文中写到：采用颗粒尺寸不大于50μm，在75℃的王水中反应12h的酸浸过程，冶金级硅中的杂质能够去除90％以上；Norman等人采用三个步骤：王水、氢氟酸以及盐酸获得了99.9％的硅。国内的相关领域的研究起步于上世纪末，目前国内对大规模湿法冶金提纯硅材料的报道尚未见到，王宇、尹盛等人实验将纯度98％的冶金级硅破碎成约67μm的硅粉，经过稀盐酸、王水、氢氟酸、浓盐酸清洗后，将硅的纯度提高为99.96％；马晓东、张剑等人也对超声场作用下湿法提纯冶金级硅作了研究。

综上所述，现有湿法冶金技术能使冶金级硅从98％的纯度达到99.9～99.96％的纯度(即3N)，在这些文献中虽一致表明采取不同的酸和浸出条件是可行的，但给出的最佳浸出条件范围很大，实验条件和结果出现了很大的差异性。究其原因是湿法冶金提纯效果与硅料来源品质、硅粉颗粒度大小、使用酸的种类、酸的浓度、浸泡时间、温度以及搅拌方式、等条件因素有密切关系。现有技术中，还没有一种兼顾实施方便、生产成本、效率与除杂效果的湿法冶金工业化生产方法。如何将多晶硅湿法提纯纯度达到4N级(即99.98-99.99％)目前还没有见到相关的公开资料。

发明内容

本发明的目的是针对现有的湿法冶金提纯纯度的不足之处，提出一种可将冶金硅湿法提纯纯度达到4N级(即99.98-99.995％)湿法冶金提纯方法。

本发明的技术方案为：本发明定位于该种湿法冶金方法是冶金法多晶硅初级提纯的一种方法。通过介质调控、因素优化，实现金属杂质与硅组分的高效分离，有目的性、选择性、递级性地去除硅中的典型杂质。该湿法冶金提纯方法的思路是：将破碎、分筛至一定颗粒度的硅粉，择优选用几种不同的酸，按照一定顺序和温度、浓度对硅粉进行酸洗操作，控制酸洗过程中浸泡时间并加以搅拌，优化酸洗工艺流程，达到最佳除杂效果、最佳经济成本，达到提纯纯度为4N级高纯冶金硅。

本发明的提纯方法为：将颗粒度为100～200目的硅粉，进行磁选机磁选备用，并分以下步骤进行提纯：

a.预清洗：将上述硅粉用去离子水清洗4遍，在第二遍时适量加入一次表面活性剂；

b.稀盐酸酸洗：用浓度为8％的稀盐酸进行酸洗，固液比为1∶3，浸泡12-16小时，在浸泡中每隔1小时搅拌15min，后用去离子水漂洗3遍，离心甩干后使用800目滤布过滤；

c.稀氢氟酸酸洗：用浓度为8％的稀氢氟酸进行酸洗，固液比为1∶3，浸泡12-16小时，在浸泡中每隔1小时搅拌15min，后用去离子水漂洗3遍，甩干；

d.王水酸洗：用浓度为盐酸36～38％、硝酸65～68％配制的王水进行酸洗，固液比为1∶3，浸泡12-16小时，在浸泡中每隔1小时搅拌15min，后用去离子水漂洗3遍，离心甩干；

e.稀氢氟酸和过氧化氢酸洗：用浓度25％的氢氟酸和2％过氧化氢进行酸洗，固液比为1∶3，浸泡12-16小时，在浸泡中每隔1小时搅拌15min，后用去离子水漂洗多遍，直至水的PH值为中性，离心甩干、烘干、包装。

前述各步骤的酸洗温度为20-25℃。一次表面活性剂可以是十二烷基苯磺酸钠、丁基萘磺酸钠(拉开粉)、十七碳烷基羧酸钠中的任何一种。

本发明具有如下显著效果：