熔体硅精炼渣结构及性质研究

发布时间：2020-10-29 15:01

　　 熔渣精炼是冶金行业中最主要且有效的精炼方法之一。已广泛应用于钢铁、有色金属及多种合金精炼中。例如高纯钢精炼过程中的脱氮,杂质的去除都是在熔渣精炼的基础上进行的。熔渣精炼对于硅中B元素的去除有着显著效果。通过课题组前期研究可以确定熔渣的物化性质以及结构对熔渣的精炼效果有重要的影响。因此熔渣结构以及熔渣性质的研究对于解决B的去除,推进冶金法的发展以及推进光能产业的发展有重要的意义。CaO-SiO_2熔渣是渣精炼的基础渣系,在精炼过程中B元素会被氧化吸收从而形成CaO-SiO_2-B_2O_3渣系。因此对于CaO-SiO_2-B_2O_3熔渣结构以及性质研究十分重要。电导率是熔渣重要的物化性质,不仅可以为模型建立提供基础,还能反映熔渣结构方面的信息。熔渣性质由熔渣结构决定,本文从结构层面出发研究熔渣电导率。实验过程中采用四电极法对熔渣电导率进行精确测量与研究,利用拉曼光谱于固体核磁核磁等检测熔渣网络结构聚合度以及B元素在熔渣中的存在形式。结果显示随着B_2O_3含量的增加熔渣网络结构聚合度增高,并且出现BO_3三角体结构单元和BO_4正四面体结构单元,其中BO_3三角体结构单元占主导地位。随着B_2O_3含量增加熔渣电导率增加,熔渣电导率随着熔渣温度升高而增加。在1600℃时随着B_2O_3含量从0%增加到10%,熔渣电导率从0.118增加到0.224Ω~(-1)cm~(-1),熔渣电导率与温度服从阿伦尼乌斯公式。根据建立的熔渣结构-电导率模型可以得到熔渣电导率会随着熔渣网络聚合度的增加而减小,随着BO_3三角体结构单元含量增加而增加,随着BO_4四面体结构单元含量增加而降低,各个结构单元对于熔渣的电导率的影响顺序为BO_3三角体结构单元BO_4四面体结构单元NBO。对CaO-SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3渣系进行结构以及电导率研究,采用四电极法测量熔渣电导率,使用拉曼,核磁等检测手段进行熔渣结构测量。发现熔渣的网络聚合度随着B_2O_3的增加而增加。熔渣中主要的结构单元为BO_3三角体结构单元、BO_4四面体结构单元、四配位AlO_4、五配位AlO_5与六配位的AlO_6。熔渣中Ca~(2+)的含量下降会使得四配位的AlO_4向着五配位的AlO_5与六配位的AlO_6转化。其中五配位AlO_5结构单元的存在对于电导率影响较小。BO_3三角体结构单元与六配位的AlO_6结构单元对熔渣电导率影响最为显著,其影响效果高于其他的结构单元一个数量级。AlO_6结构单元对电导率的影响程度是BO_3三角体结构单元的四倍。通过在熔渣精炼过程中施加不同电场,通过拉曼检测手段对熔渣不同位置进行结构分析,并通过对高温状态下取样快速冷却得到的样品进行结构分析来研究电场对熔渣结构的影响,发现电场的引入会造成结构的改变,使得熔渣网络结构发生解聚作用,增加电场的强度熔渣网络结构解聚程度会进一步增强,其结构单元存在的形式会发生改变,向着更加简单的结构单元转化。熔渣精炼的结果与熔渣的性质与结构密切相关。本研究主要通过对熔渣电导率和熔渣结构进行研究,探索结构与性质之间的构效关系,加深对结构以及性质的认识。通过研究电场对熔渣结构影响,探究电场与熔渣结构的关系。为电场调控熔渣结构强化熔渣精炼提供理论基础。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF111.1
【部分图文】：

昆明理工大学硕士学位论文2图1.12010-2016年我国多晶硅生产情况Fig1.12010-2016polysiliconproductioninChina图1.2改良西门子法生产工艺流程示意图Fig.1.2ModifiedSiemensprocessformulticrystallinesilicon

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第一章绪论3图1.3流化床法工艺流程图Fig1.3Thefluidizedbedprocessformulticrystallinesilicon图1.4新硅烷法的工艺流程Fig.1.4Thesilaneprocessformulticrystallinesilicon冶金法具有能耗低，投资少等优点，在降低成本，简化流程以及节能环保等方面有重大潜力，因此冶金法生产太阳能级多晶硅受到了国内外专家的广泛关注。冶金法生产太阳能多晶硅的发展对于光伏产业的推广，以及解决现阶段广受关注的能源问题与环境问题有着显著的促进作用。硅中B元素的去除一直阻碍着冶金法的发展。熔渣精炼是去除硅中B元素的有效的手段，并且研究发现在精炼过程中引入电场会显著的提高精炼效果。通过钱国余博士与王志研究员[1]等的研究可
【参考文献】

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本文编号：2861065