造渣氧化精炼提纯冶金级硅研究进展

冶金级硅是生产晶体硅太阳能电池的重要原材料,需精炼处理以降低其中的杂质含量.造渣氧化精炼是一种相对能耗低,耗时少的冶金级硅提纯技术,对新能源时代太阳能的发展具有重要影响.本文对目前造渣氧化精炼冶金级硅制备太阳能级硅的最新研究进展作了较为全面的阐述,详细介绍了国内外研究人员利用CaO-SiO2,CaO-SiO2-CaF2,CaO-SiO2-Al2O3,CaO-SiO2-Na2O等渣系氧化精炼去除冶金级硅中杂质的方法、工艺和效果;其中更着重介绍了最难去除元素之一—硼的去除,分析了这些渣系的应用特点和研究现状;最后对造渣精炼的优缺点进行了简要的总结并对其发展趋势做了展望.     

冶金级硅氧化精炼提纯制备太阳能级硅研究进展

综述了目前冶金级硅氧化精炼制备太阳能级硅的研究进展,详细介绍了熔渣精炼、吹气氧化精炼和热等离子体精炼的方法和装置以及杂质的去除效果。研究发现:上述氧化精炼方法对硅中杂质元素Al、Ca、Cu、B、P等具有很好的去除效果;熔渣和吹气氧化精炼对Fe不明显,须借助于定向凝固方法才能彻底的去除;吹气氧化精炼和等离子体精炼对硅中B的去除效果十分明显,可使其降低至0.1ppmw以下,这为当前冶金法提纯制备太阳能级硅在技术和工艺上提供了很好的思路;通过氧化精炼,硅中杂质元素完全可以达到太阳能级硅的要求。本文提出,吹气氧化精炼(或等离子体精炼)与定向凝固精炼联合使用并形成规模化和连续化精炼装置是加快我国太阳能级硅产业化进程最切实可行的办法和措施。     

钒合金真空精炼过程杂质元素去除研究

核能用钒合金要求纯净度极高,一般都要进行真空熔炼去杂质,但目前对钒合金真空熔炼去杂质的条件和机制还不很清楚。为此,本文对钒合金真空熔炼过程杂质元素的去除机制和热力学条件进行了较全面的理论计算和实验数据对比分析,结果表明:钒合金真空熔炼过程中,Al、Fe、Cr、Cu、Ni、Si、Ca、Ti等金属杂质元素都能以金属蒸汽的形式挥发去除;合金中的氧能够以碳氧化物或低价金属氧化物VO(g)、AlO(g)、Al_2O(g)、TiO(g)、SiO(g))形式除去;合金中氢的除去效果也比较好,但合金中的氮则基本不能通过真空熔炼除去。     

电子束熔炼冶金级硅中杂质钙的蒸发行为

通过双枪电子束熔炼炉熔炼冶金级硅,主要研究了在一定熔炼功率不同熔炼时间下,杂质Ca含量的变化及其蒸发行为,讨论了杂质Ca含量与Si剩余率的关系。实验结果表明,熔炼初期杂质Ca含量显著降低,随着熔炼时间的延长,下降趋势逐渐减缓。在硅熔体表面2133K温度下,杂质Ca的自由蒸发反应遵循一级反应速率方程。杂质Ca的总传质系数为2.64×10-5m/s,并且杂质Ca从熔体内部迁移到硅熔体/气相界面层是其蒸发过程的速率控制步骤。     

熔剂精炼结合湿法处理提纯冶金级硅的研究进展

冶金级硅是生产多晶体硅的主要原料,而多晶硅主要用于太阳电池的制备。为了满足制备太阳电池的条件,需精炼冶金级硅以降低其中的杂质含量。熔剂精炼是一种相对能耗低,在杂质硼、磷去除方面具有一定优势的冶金级硅提纯技术,将熔剂精炼和酸浸处理结合起来的方法能进一步提高冶金级硅的提纯效果,对制备低成本太阳能级多晶硅具有重要影响。对目前熔剂精炼提纯冶金级硅的最新研究进展作了较为全面的阐述,详细介绍了国内外研究人员采用Ca-Si、Al-Si、Sn-Si、Cu-Si等熔剂体系精炼去除冶金级硅中杂质的方法、工艺及效果。采用熔剂精炼结合湿法处理提纯冶金级硅,通过调控析出成分,使得金属杂质或非金属杂质间形成易于在晶界处沉淀析出并溶于酸的化合物,实现熔剂精炼与湿法处理对杂质的强化析出及协同去除。最后对熔剂精炼结合湿法处理提纯冶金级硅进行了总结并对其发展做出展望。     

凝固精炼、造渣精炼提纯冶金硅的研究进展

冶金法集合多种提纯手段逐步降低冶金级硅中杂质含量,是制备太阳能级多晶硅的有效手段,显示了巨大的成本压缩空间,发展潜力巨大。为了进一步降低冶金法成本,国内外学者针对冶金硅提纯过程中存在的长流程、低提纯效率等关键问题展开了大量的研究工作,采用了多种有效手段强化冶金硅净化过程中杂质的去除效果,提升了多晶硅的提纯效率。主要以杂质的分凝和氧化性质为基础,重点综述了有关凝固精炼与造渣精炼过程中杂质去除的最新研究进展,并对冶金法下一阶段的研究重点和发展前景进行了展望。     

红土镍矿真空碳热还原过程中硅的挥发行为

为了解红土镍矿在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性和还原过程的主要影响因素,在系统压力2～200 Pa下,以分析纯的SiO2、Fe2O3以及煤炭为原料,在热力学分析的基础上,采用X射线衍射、扫描电子显微镜-能量散射谱和化学成分分析等手段,研究了Fe/Si摩尔比、配碳量对SiO2还原过程、硅的挥发率和还原反应速率的影响。通过热力学计算,得出Fe,Si氧化物被碳还原的化学反应自由能和还原反应临界温度,表明在100 Pa条件下SiO2的临界反应温度降低了477～584 K。实验结果表明:Fe/Si摩尔比的增大和配碳量的增加,均降低了Si的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;SiO2发生了气化反应生成了SiO气体并在石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,且有部分SiO气体与石墨或者CO反应生成SiC;反应残渣中的石英颗粒被Fe-Si合金和SiC包围,结合紧密。     

精炼法提纯冶金硅至太阳能级硅的研究进展

随着光伏市场需求不断增加,满足光伏电池技术经济指标要求的硅材料出现严重短缺,低成本提纯冶金硅至太阳能级硅工艺技术越来越受到广泛重视,成为研究开发热点.综述了近年来国外有关基于定向凝固原理开发的精炼法提纯冶金硅至太阳能级硅的技术成果,并进行了比较分析,展望了应用前景.     

冶金级硅料在高温处理中的金属杂质表面偏聚

实验研究了经酸洗除杂的冶金级硅粉在空气中进行高温处理以再次造成表面杂质偏聚,然后继以二次酸洗去吸附除杂的方法。结果表明这种方法因其硅粉表面形成的硅氧化物进一步提高了金属杂质表面扩散偏聚的能力,比保护气氛条件下的高温处理有更好的偏聚效果,二次酸洗后金属杂质含量进一步降低。     

杂质的去除：利用高科技硅涂层去除药物杂质

防刮眼镜，容易清洁的表面，具有较长寿命的药物：高科技涂层技术正在很多领域创造着新的奇迹，包括制药包装行业在内。Schott公司的Type I就是一种可以去除杂质的硅涂层。     

真空电渣重熔的冶金特性

真空电渣重熔具有脱氧性能好,防止金属氧化等许多优异的冶金特性.本文通过对真空电渣重熔与普通电渣重熔、气体保护熔炼和真空电弧熔炼等冶金特性的分析对比,找出真空电渣重熔的冶金特性,表明发展真空电渣重熔的意义.     

SiO_2-CaO中添加CaCl_2去除冶金级硅中杂质硼的工艺研究

以硼含量为16.6×10~(-6)(质量比)的冶金级硅为原料,在高温电阻炉中,利用SiO_2-CaO-CaCl_2、SiO_2-CaCl_2和CaO-CaCl_2造渣剂进行渣硅比、精炼时间、精炼温度和CaCl_2不同配比的除硼精炼实验。研究发现,在熔渣精炼除硼过程中,随着温度的升高和精炼时间的增长,硅中硼含量越来越低,而渣中硼含量越来越高。当渣硅比为2∶1、精炼温度为1550℃、精炼时间为120 min时,硼的分配系数LB由0.93增大到2.85,杂质硼的去除效果最好。在SiO_2-CaO-CaCl_2三元体系中加入质量比为16.67%CaCl_2时,硼的分配系数最高达到3.71,精炼效果最好。本研究为进一步获得低硼含量的高纯硅产品提供了依据。     

超声场湿法提纯冶金级硅的研究

研究了在超声场作用下冶金级硅粉分别经过盐酸、硝酸、氢氟酸处理后,Al、Fe、Ti、Ca、Cu等主要金属杂质的含量变化,并与普通机械搅拌进行了对比.实验结果表明,在盐酸、硝酸、氢氟酸的酸洗情况下,杂质的去除率分别提高了16.2%、7.1%、6.8%.实验同时研究了在超声场作用下酸洗时间对金属杂质去除的影响.探讨了超声场湿法提纯冶金级硅粉的原理.     

电子束束流密度对冶金硅中杂质磷的影响

采用电子束设备对多晶硅进行熔炼,设计熔炼功率和时间相同、降束时间不同的三组实验,评价硅中杂质磷在熔炼及凝固过程中的去除效果。根据熔炼后硅锭的杂质分布特点推导出表征硅中杂质磷的去除率公式,经计算得到去除率为80%以上,并由磷的蒸发方程计算出在本实验中当电子束熔炼多晶硅锭的束流密度在235mA之上时,硅中的磷都可以被蒸发去除。     

多晶硅精炼提纯过程中铝硅合金的低温电解分离

选用AlCl3-NaCl-KCl作为电解液,铝硅合金作为阳极、不锈钢作为阴极,恒电流电解条件下实现了多晶硅精炼提纯中硅铝合金的低温分离。结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等检测手段,研究电解温度、电流密度、电解时间等实验参数对电流效率、沉积铝形貌的影响。研究结果表明:在电流密度为50mA/cm2,电解温度200℃,电解时间60min的条件下,Si-50%Al(质量分数,下同)阳极合金经阳极腐蚀后,阴极电极效率达到最大值93.7%,富硅阳极泥中含有90.4%的多晶硅。     

电子束熔炼去除冶金级硅中磷、铝、钙的研究

采用电子束熔炼方法提纯了冶金级硅材料。实验结果表明随熔炼时间延长,硅中挥发性杂质元素P、Al、Ca的含量逐渐降低。熔炼40min后,硅中P含量可以降至2.2×10-5%(质量分数);Al、Ca的最低含量为8.5×10-5%和1.5×10-4%(质量分数)。P、Al、Ca的挥发去除为一阶反应过程,反应速率常数分别为0.11、0.12和0.13min-1。     

冶金法制备高纯硅过程中石油焦粉的净化研究

为给高纯硅的制备提供一种高纯原料,详细研究了石油焦粉的酸浸除杂、超声酸浸除杂、真空高温除杂,考察了石油焦粉粒度、盐酸浓度、酸浸时间、酸浸温度、酸浸液固比和搅拌对除杂效果的影响.得到的最佳工艺条件为:石焦粉颗粒控制在150μm以下,盐酸质量分数5%,反应时间6 h,水浴温度70℃,浸出液固比10∶1,搅拌速度40 r/min.在此工艺条件下,石油焦粉中金属元素杂质的去除率可高达94.69%,非金属元素杂质的去除率达39.95%.实验同时探讨了超声场作用下酸洗时间对杂质去除效果的影响,以及在真空高温焙烧条件下杂质的去除效果,最终金属元素杂质和非金属元素杂质的去除率分别达到了99.55%和99.23%.     

真空冶金法处理脆硫铅锑矿铅、锑、铁挥发控制条件的实验研究

简单分析了烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法处理脆硫铅锑矿存在的问题,并对真空冶金法处理脆硫铅锑精矿铅、锑、铁挥发控制条件进行了实验研究,研究结果表明:在蒸馏温度为1523 K、蒸馏时间为60 min的条件下,脆硫铅锑精矿的挥发百分含量约为77%;精矿中铅、锑的挥发百分含量在99%以上;精矿中铁基本不挥发,富集于残留物中;残留物主要物相为FeS。     

真空冶金材料研究的部分新进展

首先分析了材料研究与发展中呈现出的新特点和新趋势,着重介绍了中国科学院金属研究所相关课题组近年来在超高强度马氏体时效钢、新型医用无镍奥氏体不锈钢、缓释药物冠动脉支架、抗菌不锈钢、金属氢化物空调等新材料及新材料技术方面的研究新进展.     

论真空冶金工艺的设备技术

本文论述真空技术对冶炼铁和非铁工程材料的意义，真空冶金的压强范围和典型的泵系统。概要地介绍最重要的应用。 钢的去气；真空感应炉内熔炼；电子束炉或真空电弧炉内的重熔。电子熔渣重熔工艺的可能性，铝液的真空处理以及钛铸锭的制取。还展望了真空冶金的前景。