一種去除金屬硅中硼雜質的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬硅中去除雜質的精煉方法，尤其涉及一種能去除硅液中硼的工藝方法。
【背景技術】
[0002]近年來，太陽能行業發展迅速，用冶金法提純金屬硅取代化學法能夠大幅度降低太陽能發電成本。而提純金屬硅，難點和重點在于去除金屬硅中的硼、磷雜質。如何能夠高效的去除金屬硅中的硼、磷雜質，是冶金法能否成功的關鍵。
[0003]造渣去雜質，已經是冶煉行業除雜的常規手段。普通造渣精煉工業硅熔體除硼的精煉劑，多為堿性氧化物，在1450~1850°C下進行造渣精煉0.5~15h，然后冷卻，最后進行渣硅分離，雜質硼伴隨著渣而得到去除。但是大多數渣系反應效果不好，反應溫度高，反應溫度控制嚴格，渣和熔體分離困難，很容易二次污染，造成除硼效果不理想。
[0004]專利CN 103570023 A公布了一種造渣除硼的方法，通過控制硅溫在1650—1800°C，加入含硫酸鈉的造渣劑進行保溫攪拌反應，最終得到的含量為0.2ppmw左右的硅。
[0005]美國專利US5788945公開了一種連續加渣除硼的方法，使硼的含量從40ppmw降低到lppmw，澄娃質量比為2:1。
[0006]專利CN 103420378 A公布了一種以硫酸鈉為主的合金氧化物造渣除硼的方法，其造渣溫度在1650— 1750°C，最后提純得到0.2ppmw的硅。
[0007]專利CN 102616787 A公布了一種真空狀態下造渣除硼、磷的方法，硼含量從1ppmw降低到0.4~lppmw，澄娃質量比為1:1。
[0008]造渣方法還存在一些問題，反應溫度高，反應時間長，所用渣量多。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種去除硅液中硼雜質的方法。
[0010]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法包括以下步驟:
(I)將金屬硅放入石墨坩禍內，通過中頻感應加熱熔化，控制溫度在1500— 1550°C。
[0011](2)以300~400m/s的速度向硅液中噴吹Ti或Zr顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述Ti與硅液的質量比為0.1-5:100 ;Zr與硅液的質量比為0.1-5:100 ；
(3)向步驟I處理后的硅液中加入S1jP Na2O的混合物，其中S1jP Na2O以質量比I:1混合，硅液與混合物的質量比為10:1 ;
(4 )倒去硅液上的懸浮層，得到去除了硼雜質的硅液。
[0012]本發明的有益效果是:通過高速噴吹Ti或Zr，使Ti或Zr與硅液中硼雜質充分反應，硼的去除效果更好，除去率達到50%左右，相比于現有技術，反應時間短，需要的反應物少。且生成的ZrB2、TiB^過比重差分離，操作簡單。
【具體實施方式】
[0013]一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法具體為:在電爐硅液精煉過程中，以300~400m/s的速度向硅液中噴吹Ti或Zr顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述!1、21.與硅液的質量之比均為0.1-5:100，使Ti或Zr進入硅液熔體里面，充分與雜質硼反應。當Ti與B反應時，生成TiB2,TiB2 (4.52g/cm3)比硅液(2.52 g/cm3)密度大，在硅液中下沉，自然分離。當Zr與B反應時，生成ZrB2, ZrB2 (6.085g/cm3)比硅液(2.52 g/cm3)密度大，在硅液中下沉，自然分離。熔液中剩余的Ti或Zr，通過加入S1jP Na2O以質量比1:1組成的混合物，硅液與混合物的質量比為10:1，通過氧化反應去除。然后倒去硅液上的懸浮層，得到去除了硼雜質的硅液。
[0014]下面結合實施例對本發明作進一步說明。
[0015]實施例1
一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法具體為:
(1)將初始硼含量為20ppmw的金屬硅放入石墨坩禍內，通過中頻感應加熱熔化，控制溫度在 1500— 1550 °C ;
(2)以300m/s的速度向硅液中噴吹Ti顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述Ti顆粒與硅液的質量比為0.1:100 ;
(3)向步驟I處理后的硅液中加入S1jPNa2O的混合物，其中S1jP Na2O以質量比1:1，硅液與混合物的質量比為10:1 ；
(4)倒去硅液上的懸浮層；
(5)再次檢測處理后的硅中的硼的質量含量為10.2ppmw，說明除硼效果達49%。
[0016]實施例2
一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法具體為:
(1)將初始硼含量為20ppmw的金屬硅放入石墨坩禍內，通過中頻感應加熱熔化，控制溫度在 1500— 1550 °C ;
(2)以330m/s的速度向硅液中噴吹Ti顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述Ti顆粒與硅液的質量比為5:100 ；
(3)向步驟I處理后的硅液中加入S1jPNa2O的混合物，其中S1jP Na2O以質量比I:1混合，硅液與混合物的質量比為10:1 ;
(4)倒去硅液上的懸浮層；
(5)再次檢測處理后的硅液中的硼的質量含量為8.3ppmw，說明除硼效果達59%。
[0017]實施例3
一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法具體為:
(1)將初始硼含量為20ppmw的金屬硅放入石墨坩禍內，通過中頻感應加熱熔化，控制溫度在 1500— 1550 °C ;
(2)以300m/s的速度向娃液中噴吹Zr顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述Zr顆粒與娃液的質量比為0.1:100 ;
(3)向步驟I處理后的硅液中加入S1jPNa2O的混合物，其中S1jP Na2O以質量比I:1混合，硅液與混合物的質量比為10:1 ;
(4)倒去硅液上的懸浮層； (5)再次檢測處理后的硅液中的硼的質量含量為lOppmw，說明除硼效果達50%。
[0018]實施例4
一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法具體為:
(1)將初始硼含量為20ppmw的金屬硅放入石墨坩禍內，通過中頻感應加熱熔化，控制溫度在 1500— 1550 °C ;
(2)以330m/s的速度向娃液中噴吹Zr顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述Zr顆粒與娃液的質量均為5:100 ；
(3)向步驟I處理后的硅液中加入S1jPNa2O的混合物，其中S1jP Na2O以質量比I:1混合，硅液與混合物的質量比為10:1 ;
(4)倒去硅液上的懸浮層；
(5)再次檢測處理后的硅液中的硼的質量含量為9.2ppmw，說明除硼效果達54%。
[0019]上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種去除硅液中硼雜質的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)以300~400m/s的速度向硅液中噴吹Ti或Zr顆粒，顆粒粒徑為0.0l-1Omm ;所述Ti與硅液的質量比為0.1-5:100 ；Zr與硅液的質量比為0.1-5:100 ； (2)向步驟I處理后的硅液中加入S1jPNa2O的混合物，硅液與混合物的質量比為10:1，其中S1jP Na2O以質量比I:1 ； (3 )倒去硅液上的懸浮層，得到去除了硼雜質的硅液。
【專利摘要】本發明公開了一種去除硅液中硼雜質的方法，該方法先向硅液中噴吹Ti或Zr顆粒；所述Ti與硅液的質量之比為0.1-5：100，Zr與硅液的質量之比為0.1-5：100。使Ti或Zr進入硅液熔體里面，充分與雜質硼反應生成TiB2或ZrB2，TiB2和ZrB2均比硅液密度大，在硅液中下沉，自然分離。熔液中剩余的Ti或Zr，通過加入SiO2和Na2O以質量比1:1組成的混合物，通過氧化反應去除。然后倒去硅液上的懸浮層，得到去除了硼雜質的硅液。該方法硼去除率高、操作簡單易行，沒有二次污染。
【IPC分類】C01B33-037
【公開號】CN104773736
【申請號】CN201510146885
【發明人】劉立新
【申請人】杭州太能硅業有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月31日