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注。
　　合金精煉作為一種雜質分離提純的新體系，改變了雜質的存在形式和位置，強化了雜質的分離屬性，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，本論文得到如下結果：
　　(1)考察了超重力分離工藝的分離效果。結果表明，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變。最終殘留在固體顆粒中的液體主要以復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。結果表明，利用感應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熱力學軟件計算結果表明，采用鋁硅合金精煉新體系，硅中的絕大部分雜質分凝系數(shù)出現(xiàn)明顯的下降，且絕大部分雜質的分凝系數(shù)隨著冶煉溫度的下降而降低。結果表明，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