[发明专利]一种去除金属硅中硼杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属硅中去除杂质的精炼方法，尤其涉及一种能去除硅液中硼的工艺方法。

背景技术

近年来，太阳能行业发展迅速，用冶金法提纯金属硅取代化学法能够大幅度降低太阳能发电成本。而提纯金属硅，难点和重点在于去除金属硅中的硼、磷杂质。如何能够高效的去除金属硅中的硼、磷杂质，是冶金法能否成功的关键。

造渣去杂质，已经是冶炼行业除杂的常规手段。普通造渣精炼工业硅熔体除硼的精炼剂，多为碱性氧化物，在1450~1850℃下进行造渣精炼0.5~15h，然后冷却，最后进行渣硅分离，杂质硼伴随着渣而得到去除。但是大多数渣系反应效果不好，反应温度高，反应温度控制严格，渣和熔体分离困难，很容易二次污染，造成除硼效果不理想。

专利CN 103570023 A公布了一种造渣除硼的方法，通过控制硅温在1650—1800℃，加入含硫酸钠的造渣剂进行保温搅拌反应，最终得到的含量为0.2ppmw左右的硅。

美国专利US5788945公开了一种连续加渣除硼的方法，使硼的含量从40ppmw降低到1ppmw，渣硅质量比为2:1。

专利CN 103420378 A公布了一种以硫酸钠为主的合金氧化物造渣除硼的方法，其造渣温度在1650—1750℃，最后提纯得到0.2ppmw的硅。

专利CN 102616787 A公布了一种真空状态下造渣除硼、磷的方法，硼含量从10ppmw降低到0.4~1ppmw，渣硅质量比为1:1。

造渣方法还存在一些问题，反应温度高，反应时间长，所用渣量多。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种去除硅液中硼杂质的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种去除硅液中硼杂质的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将金属硅放入石墨坩埚内，通过中频感应加热熔化，控制温度在1500—1550℃。

（2）以300~400m/s的速度向硅液中喷吹Ti或Zr颗粒，颗粒粒径为0.01~10mm；所述Ti与硅液的质量比为0.1-5：100；Zr与硅液的质量比为0.1-5：100；

（3）向步骤1处理后的硅液中加入SiO₂和Na₂O的混合物，其中SiO₂和Na₂O以质量比1：1混合，硅液与混合物的质量比为10:1；

（4）倒去硅液上的悬浮层，得到去除了硼杂质的硅液。

本发明的有益效果是：通过高速喷吹Ti或Zr，使Ti或Zr与硅液中硼杂质充分反应，硼的去除效果更好，除去率达到50%左右，相比于现有技术，反应时间短，需要的反应物少。且生成的ZrB₂、TiB₂通过比重差分离，操作简单。

具体实施方式

一种去除硅液中硼杂质的方法，该方法具体为：在电炉硅液精炼过程中，以300~400m/s的速度向硅液中喷吹Ti或Zr颗粒，颗粒粒径为0.01~10mm；所述Ti、Zr与硅液的质量之比均为0.1-5：100，使Ti或Zr进入硅液熔体里面，充分与杂质硼反应。当Ti与B反应时，生成TiB₂，TiB₂（4.52g/cm³）比硅液（2.52 g/cm³）密度大，在硅液中下沉，自然分离。当Zr与B反应时，生成ZrB₂，ZrB₂（6.085g/cm³）比硅液（2.52 g/cm³）密度大，在硅液中下沉，自然分离。熔液中剩余的Ti或Zr，通过加入SiO₂和Na₂O以质量比1:1组成的混合物，硅液与混合物的质量比为10:1，通过氧化反应去除。然后倒去硅液上的悬浮层，得到去除了硼杂质的硅液。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种去除硅液中硼杂质的方法，该方法具体为：

（1）将初始硼含量为20ppmw的金属硅放入石墨坩埚内，通过中频感应加热熔化，控制温度在1500—1550℃;

（2）以300m/s的速度向硅液中喷吹Ti颗粒，颗粒粒径为0.01~10mm；所述Ti颗粒与硅液的质量比为0.1：100；