复合熔析精炼去除工业硅中硼杂质的研究

发布时间：2018-05-15 09:39

本文选题：复合熔析精炼 + 非金属杂质硼　；参考：《昆明理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：目前,太阳能作为一种可再生清洁能源受到广泛的关注,而作为太阳能电池主要原料的太阳能级多晶硅需求量急剧增加。多晶硅的制备技术主要有改良西门子法、硅烷法和冶金法等。由于以改良西门子法为代表的化学法在材料提纯过程中物料经过了多次相态转变(固态-气态、气态-固态)过程,造成了产品成本及生产能耗高,并不能满足光伏产业的生产要求。近年来,冶金法制备太阳能级多晶硅已经成为国际上的研究热点。B是一种极为重要的难去除杂质。精炼过程中,由于非金属杂质B的分凝系数较大,很难通过传统冶金法中的定向凝固、酸洗等过程去除。氧化造渣精炼对B杂质有一定的去除效果,但是就目前的研究而言存在净化效果不理想、渣硅分离困难等亟待解决的难题。复合熔析精炼是在合金熔析精炼的同时进行熔渣氧化精炼的过程。本文采用复合熔析精炼的方法提纯工业硅,较为高效的去除了工业硅中B杂质,并缩短了工艺流程、降低了能耗。本论文分别从渣系和合金两个方面探讨了热力学、动力学及物性等因素对精炼效果的影响,并且探讨了电场强化复合熔析精炼对B杂质去除的效果与机理。(1)复合熔析精炼对杂质B有较好的去除效果。随着合金中Sn含量的提高,B的分配系数呈增大趋势,LB从3.16增大到13.8。当合金中Sn含量为70%时,精炼后硅中B含量仅为0.89 ppmw,得到了极为理想的净化效果。在复合熔析精炼过程中,合金粘度将直接影响渣金界面处杂质B的氧化过程及氧化产物的最终去除。原料合金化后极大的降低了合金粘度,由最初的0.94 mPa·s降低到0.67mPa-s,降低了近三分之一。随着合金中Sn比例的增加,合金粘度降低,两种渣的LB都呈上升趋势,分别从1.8和2.3提高到10.1和12.3,大大提升了精炼效果。而且由于熔渣与Sn-Si合金的密度相差较大,而且冷却后合金物理性质如韧性、强度等跟熔渣有较大差异,通过复合熔析精炼能够很好的解决渣金分离困难、硅损失率高的问题。(2) CaO-SiO2-Al2O3三元渣系在光学碱度为0.65～0.67范围内,LB随光学碱度的增大而从3.2提高至10.08,精炼硅中杂质B剩余量明显降低,当光学碱度为0.67时仅为1.2ppmw,而其分配系数高达10.08。加入Na2O成分后可以适当增加光学碱度,达到提高渣系氧化能力的目的。在CaO-SiO2-Al2O3-Na2O四元渣系对Sn-50%Si合金进行精炼时,精炼效果随着渣系成份的变化而改变,当Na2O的增加时,LB最高可达11。(3)电场强化复合熔析精炼可极大的提高杂质B的去除效率。本文提出了一个电场强化下的复合熔析精炼热力学公式。该公式可以直观的展现出电场强化下复合熔析精炼过程中各因素如B及B01.5的活度系数等热力学参数和外加电场对LB的影响。随着电压的增大,硼的分配系数呈增大趋势。在精炼工业硅的过程中,电压为6v时LB高达5.7,其值较之于外加电场为Ov时提升了近十倍。当在6v的电压下通过CaO-SiO2-Al2O3三元渣系精炼Si-50% Sn时,LB最高值可达32.8。
[Abstract]:This paper discusses the effect and mechanism of chemical process on the removal of impurity B from slag system and alloy . ( 2 ) The CaO - SiO2 - Al2O3 ternary slag has an optical basicity of 0.65 - 0.67 , and LB increases from 3.2 to 10.08 with the increase of optical basicity , and the residual amount of impurity B in refined silicon is obviously reduced . When the basicity is 0.67 , the residual amount of impurity B is obviously increased . As the amount of Na2O increases , the distribution coefficient of boron can be increased as much as 10.08 . In the process of refining industrial silicon , the value of LB is up to 5.7 , and the maximum value of LB is up to 32.8 when the Si - 50 % Sn is refined through CaO - SiO2 - Al2O3 ternary slag at 6v .

【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.2;TM914.4

【参考文献】