矽精煉(refining of silicon)是指除去粗矽中的雜質，產出精製工業矽的過程。矽產品有精製工業矽、多晶矽和單晶矽。精製工業矽的純度一般為97%~99%。矽熔煉原料中的Al2O3、Fe2O3、CaO等在熔煉過程中未能全部還原，它們與SiO2形成熔渣，這種熔渣大多呈單一積聚體形式在出矽時與液矽分離，小部分呈細小顆粒混雜於液矽中形成粗矽的雜質。被還原的金屬鈣、鋁、鐵等幾乎全部進入液矽中，成為粗矽產品中的主要雜質。矽熔煉產出的粗矽因雜質含量過高往往不能滿足用戶要求，需通過精煉來提高它的純度。矽精煉主要有通氣法精煉和熔劑精煉等方法。
基本介紹
- 中文名：矽精煉
- 外文名：refining of silicon
- 學科：有色金屬
- 目的：產出精製工業矽
- 領域：能源
- 矽產品：精製工業矽、多晶矽和單晶矽
簡介,通氣法精煉,熔劑精煉,其他精煉法,
簡介
矽精煉(refining of silicon)是指除去粗矽中的雜質，產出精製工業矽的過程。矽產品有精製工業矽、多晶矽和單晶矽。精製工業矽的純度一般為97%~99%。矽熔煉原料中的Al2O3、Fe2O3、CaO等在熔煉過程中未能全部還原，它們與SiO2形成熔渣，這種熔渣大多呈單一積聚體形式在出矽時與液矽分離，小部分呈細小顆粒混雜於液矽中形成粗矽的雜質。被還原的金屬鈣、鋁、鐵等幾乎全部進入液矽中，成為粗矽產品中的主要雜質。矽熔煉產出的粗矽因雜質含量過高往往不能滿足用戶要求，需通過精煉來提高它的純度。矽精煉主要有通氣法精煉和熔劑精煉等方法。
通氣法精煉
通氣法精煉又分通氯氣精煉和通惰性氣體精煉。
1.通氯氣精練
這是工業上普遍採用的矽精煉方法。這種方法除鈣效果最好，也有較明顯的除鋁效果。鉻、銅和錳的平均脫除率為20%-50%，磷為10%，硼為40%，除鐵、鎳、鈦和釩的效果極微。
通入的氯氣通過物理和化學兩方面的作用來除去粗矽中的雜質，起物理作用的是氯氣通入液矽後，使矽中微小的熔渣顆粒在新相氣泡的作用下更易聚集成大的顆粒，藉助熔渣的密度與液矽的不同和液矽分離。起化學作用的是氯氣與液矽中的某些雜質發生氯化反應生成相應的氯化物，生成的這些氯化物一部分呈氣態逸出與液矽分離，一部分通過與液矽的密度差而與液矽分離。在矽精煉的條件下，矽中的金屬鈣和鈣的氧化物，都極易與氯氣反應生成氯化物而被除去。矽中的金屬鋁容易與氯氣反應而除去。但Al2O3則只有在有游離碳存在的條件下才能與氛氣反應被除去，一但熔體中的游離碳有限，而雜質鋁又有相當數量以Al2O3形式存在，所以通氯氣精煉除鋁雜質的效果一般。矽中的雜質鐵，大都以金屬狀態存在，鐵的氯化物穩定性和矽的氯化物穩定性相近，由於矽的活性大，鐵不易與氯氣發生反應，因而除鐵雜質的效果極微。
精煉的級氣壓力一般控制在0.25MPa，氯氣流量為1000L/h，通氯氣精煉20-40min。生產每噸矽消耗氯氣10-20kg。在一般情況下，通氯氣精煉法可以使矽中的鈣雜質降到0.10%以下。在原料經過精心挑選和操作制度合理的條件下，通氯氣精煉法可製得用於煉製冷軋矽鋼的特級矽。
2.通惰性氣體精煉
往液矽中通入惰性氣體或在情性氣體的熱氣流中滴入液矽的矽精煉方法。這種精煉方法是利用雜質鋁、鈣等與矽在相同溫度下蒸氣壓的差異，人為地製造強制氣化條件，通過控制合適的溫度，使蒸氣壓比矽大的鈣、鋁等氣化，而達到脫除的目的。所用惰性氣體一般是氮氣或氬氣。
熔劑精煉
加入的熔劑起降低粗矽中熔渣的熔點、密度和粘度的作用。熔渣密度降低後，其對液矽的粘附力也隨之下降，熔渣熔點和粘度的降低，都更有利於熔渣和液矽的分離。所用的熔劑可以由蘇打灰、白雲石、矽石、生石灰和蛇紋石或碎玻瑞等配成。熔劑的用量一般為精製工業矽的10%-20%。熔劑精煉可在工頻爐內或中頻爐內進行，所得精製工業矽純度一般在99%以上。
