[发明专利]酸蒸汽预提纯金属硅工艺及表面提纯设备

说明书

本发明公开了酸蒸汽预提纯金属硅工艺及表面提纯设备，解决了现有的金属硅酸液提纯用酸量大，效率低下的问题。本发明包括对金属硅进行球磨粉碎，再用王水蒸汽对金属硅进行表面提纯，所用到的表面提纯设备具有搅拌装置，加热装置、喷淋装置和酸液循环利用装置，通过加热酸液对金属硅进行熏蒸和冲洗，得到提纯金属硅。本发明具有酸液使用量少，提纯效果好，可用于定向凝固提纯的预提纯等优点。

技术领域

本发明涉及一种金属硅的提纯方法和设备，具体涉及酸蒸汽预提纯金属硅工艺及表面提纯设备。

背景技术

能源问题是当下全球关注的问题，为了充分利用自然界的能源而减少不可再生能源的使用，早前就提出了太阳能，即充分利用太阳所发出的光，将其转化为可利用的电能。

目前绝大部分太阳能电池是晶体硅太阳能电池，在晶体硅太阳能电池中，高纯的金属硅成为主要的原料，但是太阳能电池对硅的纯度要求很高，在现有的技术中，能达到该要求的制备方法的成本偏高，且掌握在少数发到国家手中，改良西门子法、硅烷法等，但是这就造成了价格一直居高不下，制约了该产业的发展和应用，为了克服这些产业问题必须先发展技术，尤其是原料的纯度问题。

在高纯硅的制备过程中，提纯是必要的环节，现有提纯方法有很多，如物理法，包括定向凝固，造渣法等，化学方法如酸洗法，氧化法，但是每种提纯方法都存在自己的问题，因此，出现了多种方法结合使用来增强提纯效果，如在定向凝固或氧化提纯之前对原料先进行酸洗提纯，这些方法在结合使用过程中，产生了一些积极作用。

但是对于酸洗提纯来说，被提纯原料的粒径，酸的种类，温度等等均会对提纯效果产生影响，现有的酸液提纯均是采用浸泡的方式进行，这导致酸液的使用量大，成本高，而且效率比较低，有必要发明一些新的工艺和设备来改善或克服这些问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的金属硅酸液提纯用酸量大，效率低下。

本发明通过下述技术方案实现：

酸蒸汽预提纯金属硅工艺，包括对金属硅进行球磨粉碎，再用王水蒸汽对金属硅进行表面提纯。

本发明的设计原理为：酸洗提纯主要是对金属硅表面进行提纯，因此，金属硅比表面积越大，暴露的表面越多，与酸接触就越多，提纯效果就越好，为了增大金属硅的比表面积，对金属硅进行球磨粉碎，且金属硅在球磨过程产生大量的损伤层有利于暴露其表面，在球磨中加入稀盐酸，盐酸中的水与金属硅在球磨的碰撞产生的机械能和释放的热作用下，会在金属硅表面形成薄层的硅氧层，而表层的硅氧层对Ca、Al、B等杂质的溶解度大于其在金属硅中的溶解度，因此，在硅与硅氧层的界面，杂质会向硅氧层中运动，而球磨是一个动态过程，产生的硅氧层因为很薄，结构不稳定在与玛瑙球的碰撞下会被剥离从而将富集在该薄层中的杂质一起去除，金属硅经过球磨既细化得到比表面积更大的细颗粒又能进行一定程度上的提纯，对球磨后的金属硅进行通王水蒸汽，王水蒸汽中在高温条件下包括分子和氢离子，而且扩散运动速度很快，会快速进入到金属硅的表面和间隙中，而且其球磨产生的损伤层因为能量高有利于富集杂质，王水蒸汽与金属硅的表面接触后与其反应，生成易于溶解的金属盐或者酸，通过后续清洗而去除这些杂质盐类。

本发明优选的酸蒸汽预提纯金属硅工艺，所述表面提纯具体步骤为：将金属硅置于王水之上，再对王水进行加热产生蒸汽，从而对上面的金属硅进行熏蒸，最后用高纯水冲洗金属硅的表面，金属硅表面与王水蒸汽反应生成金属盐或酸，然后再通过水冲洗而将金属硅表面的杂质溶解去除掉。

本发明优选的酸蒸汽预提纯金属硅工艺，在对金属硅进行球磨粉碎之前先对金属硅进行预处理，所述预处理包括对金属硅用稀盐酸浸泡，有利于去除金属硅表面的浮渣。

本发明优选的酸蒸汽预提纯金属硅工艺，所述球磨粉碎的具体步骤为：将预处理后的金属硅装入球磨罐中，加入玛瑙球，并加入PH＝2-2.5的稀盐酸进行球磨，盐酸的氯离子有利于降低金属硅与水反应所需的能，从而使得反应更易进行。