[发明专利]一种由金属硅精炼高纯硅的方法

说明书

本发明公开了一种由金属硅精炼高纯硅的方法，通过本发明特定的三种造渣剂依次处理，能够有效除去金属硅中的Fe、Al等金属杂质以及P、B、C等非金属杂质，精炼金属硅，再结合定向凝固操作，得到纯度高达99.999％以上的高纯硅。本发明方法工艺简单、成本低廉，值得推广使用。

技术领域

本发明涉及高纯硅冶炼领域，特别是涉及利用由金属硅精炼高纯硅的方法。

背景技术

硅约占地壳总重量的25.7％，仅次于氧。在自然界中，硅通常以含氧化合物形式存在，其中最简单的是硅和氧的化合物硅石SiO2。石英、水晶等是纯硅石的变体。

高纯硅是指含硅量比较高的硅材料，高纯的单晶硅可用于制作半导体、集成电路、光伏电池等，在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型半导体。p型半导体和n型半导体结合在一起形成p-n结，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路(包括人们计算机内的芯片和CPU)都是用高纯硅做的原材料。

冶炼单质硅，通常是采用硅石作原料，冶炼得到金属硅(纯度98％左右)，这往往无法达到高纯硅的纯度要求(99.99％以上)，想要得到高纯硅，就需对金属硅进行进一步地深度除杂提纯，往往需要通过化学方法与物理方法相结合，如通气吹炼、熔炼、多次酸洗等多种步骤相结合，才能得到纯度合格的高纯硅，工艺十分繁琐。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种由金属硅精炼高纯硅的方法，通过分步骤添加不同的造渣剂，能够大大提高金属硅的纯度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种由金属硅精炼高纯硅的方法，其特征在于，包括如下内容：将金属硅熔化成硅液后依次加入第一造渣剂、第二造渣剂、第三造渣剂；

其中，所述第一造渣剂包括MgCl₂、Na₂CO₃、NaNO₃和MnO₂，所述第二造渣剂包括CaO、BaO、CaF₂和白云石，所述第三造渣剂包括CaO、CaF₂和SiO₂。

进一步地，所述第一造渣剂的添加量为金属硅质量的10～20％，所述第二造渣剂的添加量为金属硅质量的10～15％，所述第三造渣剂的添加量为金属硅质量的15～35％。

进一步地，所述第一造渣剂包括如下重量份组分：MgCl₂ 3～8份、Na₂CO₃ 3～8份、NaNO₃ 2～5份和MnO₂ 1～2份。

进一步地，所述第一造渣剂中NaNO₃：MnO₂的质量比为(1～4)：1。

NaNO₃和MnO₂均有氧化性，发明人发现，按特定的比例搭配使用，在熔炼温度下可有效将硅泥中的铁、铝等金属杂质氧化，进行氧化造渣，除去杂质。当然，本发明的第一造渣剂不限于只氧化金属杂质，其他非金属杂质如C等也可能被氧化。

进一步地，所述第二造渣剂包括如下重量份组分：CaO 3～8份、BaO 1～2份、CaF₂1～2份和白云石3～8份。

所述白云石的主要成分为CaMg(CO₃)₂。

所述第二造渣剂通过添加白云石和BaO，在配合其余组分，主要可有效去除去硅中的磷。