非石墨坩堝在中頻爐上精煉硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬冶金法提純多晶硅技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種非石墨坩禍在中頻爐上精煉硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題一直是全世界關(guān)注的兩大全球新問(wèn)題。太陽(yáng)能由于其分布廣泛、清潔、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新能源。
[0003]目前，提純太陽(yáng)能多晶硅的方法主要有西門(mén)子法、新硅烷法、流化床法、冶金法等；其中冶金法具有產(chǎn)量高，投資少，成本低，無(wú)污染等特點(diǎn)。主要包括:吹氣精煉法、電子束熔煉、等離子熔煉法、定向凝固、造渣法、真空熔煉法、高溫融鹽電解法、高純?cè)咸紵徇€原法等方法。目前國(guó)內(nèi)大部分廠(chǎng)家采用的冶金法主要有造渣、吹氣精煉、等離子熔煉等，需在中頻爐石墨坩禍內(nèi)熔化金屬硅來(lái)完成提純。
[0004]專(zhuān)利CN102344142A公開(kāi)了一種去除硼的硅提純方法，通過(guò)將硅采用中頻爐石墨坩禍加熱重新熔化成硅液，采用通氣和造渣的方法去除硅中硼雜質(zhì)。專(zhuān)利CN101671023A公開(kāi)了一種多晶硅除硼提純方法，通過(guò)采用中頻爐石墨坩禍加熱將硅熔化成硅液，通過(guò)二次造渣去除硅中硼雜質(zhì)。CN103072993A公開(kāi)了一種多晶硅除硼的新方法，該方法為:將硅塊裝入中頻感應(yīng)爐石墨坩禍中加熱，并熔化成硅液；向硅液中投入造渣劑，繼續(xù)加熱使造渣劑完全熔化，并保持硅液溫度；將帶有通氣孔道的石墨棒預(yù)熱，待預(yù)熱充分后將通氣棒插入到硅液中，開(kāi)始通氧氣；同時(shí)開(kāi)啟高壓等離子發(fā)生器，在室溫下將氧氣通道中的氧氣電離成氧離子并通過(guò)石墨棒注入硅液中；將得到的硅液注入保溫爐中凝固，待硅錠冷卻后，去除硅錠表面渣塊。上述專(zhuān)利均采用中頻爐石墨坩禍提純多晶硅，而石墨坩禍?zhǔn)芸諝庋趸霸煸鼊┣治g，消耗迅速，恪煉成本尚；大規(guī)格石墨樹(shù)禍制備困難，造價(jià)尚；石墨中的B、P含量尚，石墨坩禍在熔煉過(guò)程中對(duì)硅液污染嚴(yán)重。
[0005]專(zhuān)利CN103833036A公開(kāi)了一種低成本剛玉坩禍造渣除硼的方法，將礦熱爐出的硅水裝入自制中頻爐剛玉坩禍內(nèi)進(jìn)行造渣精煉。該方法僅適用于礦熱爐前使用，對(duì)于普遍采用固體金屬硅做原料的精煉并不適用。而其他采用非石墨坩禍中頻爐提純硅的方法未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。普通熔煉工藝會(huì)造成高純硅的金屬、B、P受到污染，污染量在百萬(wàn)分之一到萬(wàn)分之一不等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種在非石墨坩禍中頻爐內(nèi)熔化精煉硅的方法，以提高坩禍尺寸，延長(zhǎng)坩禍壽命，降低熔煉成本，熔煉污染小于千萬(wàn)分之一，無(wú)需外部加熱設(shè)備。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
本發(fā)明是一種非石墨坩禍在中頻爐上精煉硅的方法，包括如下步驟:
(I)使用非石墨材料制成的坩禍，該坩禍包括但不限于氧化鋁坩禍、氧化鋯坩禍或剛玉莫來(lái)石坩禍；步驟(I)中使用的坩禍為非石墨質(zhì)坩禍，無(wú)法在中頻爐內(nèi)感應(yīng)生熱，無(wú)氧化。坩禍可以使用中頻爐澆注料在中頻爐上整體澆鑄成型，也可以是預(yù)制成型的坩禍。
[0008](2)在中頻爐內(nèi)使用石墨電極加熱升溫:在燒結(jié)好的坩禍中放置高功率石墨電極，底部和四周鋪上硅粉，緩慢增加中頻爐輸出功率，當(dāng)硅粉熔化下落時(shí)，不斷向爐內(nèi)添加硅粉。
[0009](3)坩禍內(nèi)壁形成一層硅渣保護(hù)層:加入硅粉重量達(dá)到坩禍容量的0.55-0.85后拔出石墨電極，繼續(xù)添加硅粉到，待硅粉全部熔化后，保持硅液溫度1420°C -1600°C，使坩禍內(nèi)壁形成一層厚度為l-3cm的硅渣保護(hù)層；
(4)加入造渣劑:每爐倒水后坩禍內(nèi)剩余一定量硅水:步驟(3)后緩慢加入造渣劑進(jìn)行造渣精煉，造渣精煉完成后將渣扒除干凈，倒出高純硅水，隨后向中頻爐內(nèi)繼續(xù)添加硅粉，恪化完后加造澄劑精煉；
(5)扒渣倒水:扒除浮渣，倒出部分硅液，留少量硅液在坩禍內(nèi)，進(jìn)行下一爐的熔硅和造渣精煉。
[0010]步驟(2)中的石墨電極包括但不限于超高功率電極、高功率電極、普通功率電極。
[0011]步驟(2)中底部和四周鋪上硅粉粒度為200-500目。
[0012]步驟(3)中硅渣保護(hù)層主要成分為硅和二氧化硅混合物，粘附于坩禍內(nèi)壁，熔煉過(guò)程不脫落。硅渣保護(hù)層的形成通過(guò)控制中頻爐參數(shù)和硅熔體溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。該硅渣保護(hù)層有效保護(hù)坩禍不受硅熔體的沖刷和造渣劑的侵蝕，同時(shí)保證硅熔體不被坩禍污染。
[0013]步驟(3)中硅粉的粒度為10目-1000目，優(yōu)選200目-500目，硅粉填充高度應(yīng)略高于正常熔煉硅液面高度，熔化過(guò)程中不得將爐襯內(nèi)壁上粘附的硅渣保護(hù)層捅落破壞。
[0014]步驟(3)中保持硅液溫度在1420°C _1430°C并加大冷卻水流量，降低爐壁溫度，使硅渣保護(hù)層在爐壁內(nèi)襯形成并得到生長(zhǎng)。
[0015]所述的坩禍包括本發(fā)明的非石墨坩禍包括紅外測(cè)溫儀、中頻爐爐殼、線(xiàn)圈紅泥、水冷線(xiàn)圈、坩禍、硅渣保護(hù)層、耐火水泥；水冷線(xiàn)圈內(nèi)側(cè)敷線(xiàn)圈紅泥，將線(xiàn)圈紅泥烘烤燒結(jié)。線(xiàn)圈紅泥燒結(jié)完成后，中頻爐內(nèi)內(nèi)置坩禍模具，使用澆注料澆鑄成型坩禍。或?qū)㈩A(yù)制成型坩禍置于中頻爐內(nèi)，四周填充干振料。熔煉過(guò)程在坩禍內(nèi)形成一層硅渣保護(hù)層，在坩禍底部與中頻爐爐殼之間填充有耐火水泥。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要優(yōu)點(diǎn):
(I)坩禍容量不受限制，可以做到石墨坩禍無(wú)法實(shí)現(xiàn)的大容量，從而提高了生產(chǎn)效率。
[0017](2)本發(fā)明使用非石墨坩禍，坩禍不被氧化，使用壽命遠(yuǎn)大于石墨坩禍，熔煉成本大幅降低。
[0018](3)坩禍可以修補(bǔ)后重復(fù)使用。
[0019](4)坩禍內(nèi)壁可以形成硅渣保護(hù)層，即保護(hù)了坩禍不受造渣劑的侵蝕，也阻斷了坩禍自身材質(zhì)對(duì)高純硅熔體的污染。
[0020](5)本工藝操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，成本低，每爐倒水剩余足量硅液，保證中頻爐連續(xù)生產(chǎn)，特別適合用于冶金法提純太陽(yáng)能級(jí)多晶硅工藝中。
[0021](6)本發(fā)明對(duì)于原料硅的形狀沒(méi)有限制，可以是硅粉或者硅塊。
[0022](7)本發(fā)明對(duì)于造渣劑形態(tài)和加入方式?jīng)]有限制，可以從硅液面上方加入，也可以通過(guò)氣管吹入到硅液內(nèi)。造渣劑形態(tài)可以是粉料、也可以壓制成型、燒結(jié)成塊，也可以是熔融態(tài)。
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明非石墨坩禍的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的非石墨坩禍包括紅外測(cè)溫儀1、中頻爐爐殼2、線(xiàn)圈紅泥3、水冷線(xiàn)圈4、澆鑄成型坩禍(預(yù)制成型坩禍)5、硅渣保護(hù)層6、硅熔體7、耐火水泥8。水冷線(xiàn)圈4內(nèi)側(cè)敷線(xiàn)圈紅泥3，將線(xiàn)圈紅泥3烘烤燒結(jié)。線(xiàn)圈紅泥3燒結(jié)完成后，中頻爐內(nèi)內(nèi)置坩禍模具，使用澆注料澆鑄成型坩禍5，或?qū)㈩A(yù)制成型坩禍5置于中頻爐內(nèi)，四周填充干振料。熔煉時(shí)，坩禍5內(nèi)形成一層硅渣保護(hù)層6，在坩禍5底部與中頻爐爐殼2之間填充有耐火水泥8。在坩禍5內(nèi)為精煉的硅熔體7。
[0026]本發(fā)明一種非石墨坩禍在中頻爐上精煉硅的方法的第一個(gè)實(shí)施例，具體步驟如下:
將容量為3t硅的坩禍內(nèi)膜固定在中