一种以冶金法去除多晶硅造渣剂中硼元素的方法及制备的再生造渣剂

摘要

一种以冶金法去除多晶硅造渣剂中硼元素的方法，将废弃的多晶硅造渣剂与高纯硅料混合后，于中频感应炉中熔炼，1800～2200℃下搅拌并保温15～60min，使硼反扩散至硅中，后静置5～10min，将熔体倾倒至耐火容器中，冷却，切除硅料的一端，其余部分即为去除硼元素的多晶硅造渣剂。本发明的方法可有效去除多晶硅中的杂质硼元素，使其降低至0.5～2ppmw，可以达到造渣剂的水平，造渣剂的再生利用可降低整条生产线的成本5％以上，并能节约造渣剂成本10％以上。

说明书

技术领域

本发明涉及去除多晶硅造渣剂中硼元素的方法，及由此方法制备的再生造渣剂。

背景技术

冶金法制备太阳能级多晶硅，由于其成本低、能耗小、环境友好等特点，目前被广泛的推广和采用。在提纯的工艺中，主要利用造渣熔炼的方法去除多晶硅中的硼杂质、利用定向凝固或酸洗的方法去除多晶硅中的金属杂质、利用电子束熔炼或真空熔炼的方法去除多晶硅中的磷杂质。

对于造渣熔炼工艺中，造渣剂的成本约占整个工艺成本的1/3左右，且目前造渣剂为一次性消耗品，不能重复利用。随着冶金法的发展，造渣熔炼工艺产生的废弃的造渣剂越来越多，形成了严重工业垃圾。

所以，目前迫切出现一种廉价的、无污染的、能耗小的方法，来使废弃的造渣剂能够再生利用，在减少新的造渣剂使用的同时，减少造渣剂产生的工业垃圾，同时能够降低整条冶金法多晶硅生产线的成本。

发明内容

为解决现有技术中采用造渣熔炼方法去除多晶硅中硼杂质的工艺中产生的废弃造渣剂多，形成工业垃圾，容易造成污染的问题，本发明提供一种廉价的、无污染的、能耗小的以冶金法去除多晶硅造渣剂中硼元素的方法，使硼元素的含量降到标准以下，可获得再生造渣剂。

本发明的技术方案如下：

一种以冶金法去除多晶硅造渣剂中硼元素的方法，包括以下步骤：

①将废弃的多晶硅造渣剂与高纯硅料以10～20:1的质量比混合，破碎至20～40mm的块状，置于中频感应炉中，于大气氛下熔炼，将中频感应炉的功率升至100～300kW，将温度升高至1800～2200℃以上，搅拌并保温15～60min，使硼反扩散至硅中；

②步骤①中的保温结束后，停止搅拌，静置，继续第二次保温，时间为5～10min；

③将熔体倾倒至耐火容器中，冷却，切除硅料的一端，其余部分即为去除硼元素的多晶硅造渣剂。

进一步地，步骤①中破碎可采用钨合金锤，所述搅拌可采用石墨棒，搅拌可使造渣剂中的硼快速充分反扩散至硅中，所述中频感应炉的功率以1～10kW/min的速率升高，所述高纯硅料为6N级高纯硅料。

进一步地，步骤③中所述耐火容器的材质为高铝耐火砖。

本发明的另一技术目的在于提供一种再生造渣剂，由上述冶金法去除多晶硅造渣剂中硼元素的方法制备，将去除硼元素的多晶硅造渣剂破碎至1mm～5mm的块状，封装后备用。即得所述再生造渣剂。所述破碎可采用鄂破机。

本发明的有益效果：

(1)本发明利用硼元素在硅熔体与渣熔体界面处存在的反扩散行为，在超过1800℃的温度下保温，搅动渣剂使渣中的硼元素能够快速充分的扩散至硅熔体当中，再利用硅渣分离手段将去除硼元素的渣剂分离出，经测定，造渣剂中的硼元素经处理后可降低至0.5～2ppmw，可以达到造渣剂的水平，说明本发明的方法可有效去除多晶硅中的杂质硼元素；

(2)冶金法制备多晶硅环节中造渣剂再生方法的提出，能够使造渣剂重复利用，经估算，降低整条生产线的成本5％以上，并能节约造渣剂成本10％以上。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

废弃的多晶硅造渣剂与6N级高纯硅料以10:1的质量比混合，用钨合金锤将多晶硅造渣剂与6N级高纯硅料破碎至20～40mm的块状，充分混合，置于中频感应炉的石墨坩埚中，以1kW/min的速率将其功率升高至100kW，温度升至1800℃后，保温60min，整个过程中保持搅拌，使硼反扩散至硅中。保温结束后，停止搅拌，静止，进行第二次保温，时间为10min，然后将熔体倾倒至高铝耐火砖的耐火容器中，冷却，切除硅料的一端，其余部分即为去除硼元素的多晶硅造渣剂。将其用鄂破机破碎至1mm块状，封装后备用。

经过测定，以此法制备的再生造渣剂中硼元素的含量为2ppmw。

实施例2

废弃的多晶硅造渣剂与6N级高纯硅料以15:1的质量比混合，用钨合金锤将多晶硅造渣剂与6N级高纯硅料破碎至30mm～40mm的块状，充分混合，置于中频感应炉的石墨坩埚中，以5kW/min的速率将其功率升高至200kW，温度升至2000℃后，保温40min，整个过程中保持搅拌，使硼反扩散至硅中。保温结束后，停止搅拌，静止，进行第二次保温，时间为7min，然后将熔体倾倒至高铝耐火砖的耐火容器中，冷却，切除硅料的一端，其余部分即为去除硼元素的多晶硅造渣剂。将其用鄂破机破碎至3mm的块状，封装后备用。

经过测定，以此法制备的再生造渣剂中硼元素的含量为1.8ppmw。

实施例3

废弃的多晶硅造渣剂与6N级高纯硅料以20:1的质量比混合，用钨合金锤将多晶硅造渣剂与6N级高纯硅料破碎至20mm～40mm的块状，充分混合，置于中频感应炉的石墨坩埚中，以10kW/min的速率将其功率升高至300kW，温度升至2200℃后，保温15min，整个过程中保持搅拌，使硼反扩散至硅中。保温结束后，停止搅拌，静止，进行第二次保温，时间为5min，然后将熔体倾倒至高铝耐火砖的耐火容器中，冷却，切除硅料的一端，其余部分即为去除硼元素的多晶硅造渣剂。将其用鄂破机破碎至5mm的块状，封装后备用。

经过测定，以此法制备的再生造渣剂中硼元素的含量为0.5ppmw。