工業(yè)硅合金精煉過程中硅-合金熔劑的分離與提純.pdf

1、隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，太陽能級多晶硅的需求急劇增加，由于化學(xué)法（改良西門子法、硅烷法等）存在能耗高、污染大、安全隱患大等嚴重問題，冶金法提純太陽能級多晶硅越來越受到人們的關(guān)注。
　　合金精煉作為一種雜質(zhì)分離提純的新體系，改變了雜質(zhì)的存在形式和位置，強化了雜質(zhì)的分離屬性，并實現(xiàn)低溫凈化。該工藝有望大幅降低冶金法提純硅的總能耗。針對合金精煉工藝中存在的硅/合金熔劑分離難的問題，并根據(jù)硅與合金熔劑之間的熔化與凝固過程特性差異分別提出了

2、超重力離心分離工藝和合金精煉-定向凝固耦合強化分離與提純過程。本論文討論了硅/合金熔劑分離工藝的分離效果及其影響因素，并深度分析其分離機理。最后，研究了合金精煉-定向凝固過程中晶體硅的提純熱力學(xué)與提純效果，并探討其分離機理。
　　通過實驗和理論的研究，本論文得到如下結(jié)果：
　　(1)考察了超重力分離工藝的分離效果。結(jié)果表明，該工藝能有效地實現(xiàn)硅與合金熔劑的高溫相分離，并能將合金熔劑直接回收利用。此方法與直接酸洗離子化分離合金

3、熔劑相比，可減少90％以上的耗酸量。
　　(2)探討了超重力分離機理。結(jié)果表明，在分離過程中合金熔劑在固體硅顆粒間的賦存狀態(tài)不斷發(fā)生改變。其狀態(tài)逐漸由自由的液體向毛細管液體轉(zhuǎn)變。最終殘留在固體顆粒中的液體主要以復(fù)雜曲面的毛細管液體賦存于固體硅顆粒的接觸處與表面缺陷處。
　　(3)探討了合金精煉-定向凝固過程中的硅晶體的生長行為。結(jié)果表明，利用感應(yīng)加熱定向凝固的方法能有效地實現(xiàn)硅晶體與合金熔劑的分離。通過控制G/V值（溫度梯度

4、與下拉速度的比值），獲得了無合金熔劑夾帶的塊狀硅，并對塊狀硅的形成條件進行量化。此外，感加熱過程中產(chǎn)生的電磁攪拌的作用能夠進一步強化硅與合金熔劑分離。
　　(4)考察了合金精煉-定向凝固過程析出硅的提純效果。通過Factsage熱力學(xué)軟件計算結(jié)果表明，采用鋁硅合金精煉新體系，硅中的絕大部分雜質(zhì)分凝系數(shù)出現(xiàn)明顯的下降，且絕大部分雜質(zhì)的分凝系數(shù)隨著冶煉溫度的下降而降低。結(jié)果表明，合金精煉-定向凝固過程能高效地、同步地去除硅中的主要雜質(zhì)