金属辅助化学刻蚀强化去除工业硅中金属杂质

针对工业硅中杂质深度去除困难的问题,本文提出在传统湿法除杂的基础上,通过借助金属辅助化学刻蚀技术在工业硅中引入多孔结构,使工业硅内部包裹的杂质充分暴露给浸出剂以实现各主要杂质深度去除目的。系统考查了不同工业硅粉粒度、刻蚀时间对主要金属杂质Fe、Al、Ca、Ti和V的去除影响,探究了工业硅中杂质相及周边硅相形貌的原位衍变过程及多孔硅形成原理。结果表明：随着工业硅粉粒度的减小,多孔硅表面多孔形貌逐渐变得紧致,硅中杂质的去除率升高;随着刻蚀时间的延长,多孔形貌变得更为疏松并有利于杂质的去除;杂质相的存在可促进金属辅助化学刻蚀反应的进行并有利于多孔形貌的引入。在较优试验条件下,工业硅中各主要杂质去除率为Fe 98.91%、Al 98.15%、Ca 95.41%、Ti 99.76%、V 100%。     

冶金级硅吹氧精炼过程中杂质的热力学行为和赋存状态

吹气精炼是一种从冶金级硅熔体中直接去除杂质的有效方法.研究了冶金级硅中杂质在吹氧过程中的热力学行为,通过与吹氧精炼前的比较,得到了精炼后硅中杂质的去除效率.研究发现,Ca、Al的去除率高于90％,B、Yi的去除率接近50％.通过XRD手段研究了冶金级硅中杂质的赋存状态,并确定了Al3Ni、NiSi2和Al3Ni等金属间化合物的存在.同时实验发现,除了Liquid、Diamond-Si、SiB3、SiB6、SiBn和β-B六个物相外,Si-B二元系中还存在SiB4相.通过SEM-EDS分析了吹O2精炼前、后冶金级硅中夹杂物的化学组成及形态变化.由于精炼过程中大多数Ca、Al以熔渣形式氧化而被去除,硅中白色夹杂的数量大幅度减少,而Fe、Ni、Mn等由于不能氧化而去除,在夹杂物中含量升高.     

应用电磁感应造渣法去除冶金级硅中杂质硼(英文)

提出一种新的提纯工艺即通过造渣与电磁感应熔炼相结合的方法来去除冶金级硅中的杂质硼。采用自行设计的真空感应熔炼炉进行不同造渣系条件下除硼的研究。结果表明,SiO2-CaO-Al2O3渣系的除硼效果优于其它渣系,在1823K经过2h精炼后,冶金级硅中的硼含量由原来的1.5×10-5降到0.2×10-5。同时冶金级硅中的Al,Ca和Mg杂质得到了精炼,去除率分别达到85.0%,50.2%和66.7%。表明电磁感应造渣法是一种非常有效的去除冶金级硅中的硼和其他一些金属元素杂质途径。     

冶金法制备多晶Si杂质去除效果研究

采用电子束熔炼以及定向凝固对纯度为98.8%的工业Si进行提纯,研究电子束对Si中各种杂质的去除效果,以及定向凝固对金属杂质的去除效果。结果表明,电子束对Si中的各种主要杂质都有一定的去除效果,对P元素和Ca元素尤为明显,电子束熔炼可将其去除90%以上,定向凝固对Fe、Al、Ca等金属杂质的去除效果比较好。一次定向凝固可使Si中的Fe含量降到0.0001%以下。     

Ar-H_2混合气体对硅铝合金熔体精炼除硼机制的影响（英文）

提出了一种将硅铝合金化与吹气精炼复合提纯冶金级硅的方法。在合金熔体Ar-H2_吹气精炼过程中,对硅中杂质相,尤其是硼和铁的形态及转变进行了分析和表征,并对除硼机制进行了讨论。实验结果表明:合金吹气(Ar-H_2)精炼可以有效去除硅中的硼元素,细化初晶硅颗粒和增加形核点的数量,这有利于杂质元素的扩散迁移。与未通气合金样品相比,经过2.5 h吹气精炼,硼的去除率由45.83%提高到74.73%。含硼杂质相主要是Ti B_2、Al B_2和VB金属间化合物,含铁杂质相主要是β-Al_5Fe Si金属间化合物。同时,硅中部分硼与溶解的[H]结合以B_xH_y(BH,BH_2)形式在电磁搅拌作用下,由合金熔体内部扩散到表面挥发,达到除硼的目的。     

酸洗去除冶金硅中的典型杂质

以王水和氢氟酸为酸洗介质,研究酸洗对冶金硅中典型杂质元素的脱除效果。结果表明:王水和氢氟酸对金属类杂质均有明显的去除作用,但对非金属B和P去除效率差。Al杂质经王水和氢氟酸酸洗后去除率分别为80%和86.3%,Fe杂质的去除率分别为78.6%和89.4%。氢氟酸对总杂质去除率比王水提高12%,但其对Cu的去除率仅为4.8%。Cu的相态分析表明:Cu在冶金硅中主要是以Al-Si-Cu合金相存在,抗氢氟酸腐蚀性强。与氢氟酸不同,王水通过化学破碎作用使硅粉粒度变小,利于杂质相暴露。两种酸对硅粉的损失率均小于3.5%。     

含钛高炉渣直接提取Ti5Si3及杂质去除机理

采用固体透氧膜可控氧流冶金技术,利用含钛高炉渣成功提取出Ti5Si3合金粉末。SEM、XRD和EDX分析表明:含钛高炉渣中Ca、Mg、Al等金属杂质得以有效去除,获得的Ti5Si3相具有与直接电解钛硅混合氧化物(摩尔比TiO2:SiO2=5:3)产物相似的微观形貌及物相组成。同时对熔盐电解过程的杂质去除机理进行了分析。     

真空定向凝固去除硅中杂质铝的研究

Al是硅中的主要杂质元素之一,通过真空定向凝固去除硅中的Al,在工业化提纯多晶硅中得到广泛应用。采用纯度为99.98%、铝含量为1.54×10-6的硅为原料,在500kg铸锭炉内进行提纯试验。结果表明,杂质Al的去除效果明显,Al的含量最低可以降低到2.8×10-8,去除率达98.2%。通过对过程分析后发现,在采用铸锭炉进行提纯试验的过程中,杂质Al的去除主要是通过定向凝固提纯过程中的分凝与真空挥发共同作用完成的。     

采用高频磁场去除太阳能级硅熔体中的SiC粒子(英文)

高质量硅材料在光伏太阳能和电子设备中具有重要应用,然而原料中的非金属颗粒和金属杂质严重影响其电学性能和力学性能。由于SiC粒子会降低光伏电池的力学性能并导致分流问题,因此在制备太阳能电池之前必须将这些杂质从硅材料中去除。利用磁场去除液态金属中的非金属杂质是制备高纯金属的一项尖端技术。利用该方法去除冶金级硅材料中的SiC粒子,并结合杂质去除经典模型和计算流体力学对熔体中粒子浓度和分离效率进行计算。为检验该方法的有效性,采用感应炉进行多次实验。结果表明:该方法能有效去除非金属杂质,提纯硅熔体,且实验结果与模型的预测结果相符。     

高纯度Al3Ti粉末的制备及细化

以Ti、Al粉末为原料,对比研究了利用直接烧结法与球磨和烧结结合法制备较纯Al3Ti粉末的Ti、Al摩尔比和温度,并探讨了将该金属间化合物细化至纳米级粉末的可能性.结果表明,球磨和烧结结合法可降低Al3Ti的形成温度,得到更加细小的微米级别的Al3Ti粉末.球磨过程虽未直接形成AlsTi相,但粉料的细化和良好的结合、形核相的急剧细化、大量新鲜表面的存在、组元活性的增强等促使了反应温度和颗粒大小的降低.球磨烧结时Ti、Al的摩尔比为理论摩尔比1.0:3.0,大大小于直接烧结法所需的摩尔比1.0:2.5,且可避免直接烧结反应形成Al3Ti颗粒时内部有可能存在的"Ti核".利用机械球磨对Al3Ti相的细化表明,可利用常用的设备,在适当的气氛保护下就可制备得到纳米级的金属间化合物.     

熔盐电解精炼提纯金属硅(英文)

对熔盐电解质中硅的沉积过程进行电化学研究。在 973~223K,在硅氯化物熔盐中采用电解精炼提纯金属硅。结果表明,液态硅铜合金阳极有利于 CaCl2-NaCl-CaO-Si 熔盐体系的电解精炼。ICP-AES 分析结果显示,通过电解精炼可有效去除原料中大量的钛、铝、铁等金属杂质,硅中的硼和磷含量分别由 36×106和 25×106降低至 4.6×10 6和 2.8×10 6,电解能耗约为 9.3 kW·h/kg。     

由电热法一次铝硅合金制取铸造铝硅合金的研究

由电热还原法制取的一次铝硅合金含有铝55%.硅25%和一些杂质.其中的杂质主要是铁和一些金属氧化物.在实验室中研究了由一次铝硅合金制取铸造铝硅合金的工艺.研究结果得出,使用含冰晶石和氯化钠混合物的精炼剂以及金属锰为除铁剂并采取适当的工艺方法,可以有效地去除一次铝硅合金中的杂质,制取符合工业标准的铸造铝硅合金.文中对精炼剂量的大小以及过滤温度等工艺条件对铸造合金中某些金属杂质含量的影响进行了研究.     

金属硅的氧化精炼

冶金硅是生产有机硅和电子用硅的重要原材料 ,需精炼处理以降低其中的杂质。氧化法是比较有效的精炼除杂法 ,利用该法时选择具有合适密度、粘度、液相线温度和界面张力的炉渣是保证精炼反应顺利进行的关键。以钠钙硅酸盐玻璃为氧化剂对冶金硅的脱铝和脱钙进行了试验。结果表明冶金硅中的杂质铝钙去除率最高可达 93.1%和 96 .4%,铝和钙的含量最低降至 0 .0 7%和 0 .0 2 5 %,达到了很好的精炼效果。     

冶金法制备太阳能级多晶硅的热力学研究进展

冶金法制备太阳能级硅是目前多晶硅材料的研究热点。为更深入理解冶金法制备太阳能级硅的原理,本文综述了几种常见的冶金法提纯多晶硅的热力学研究进展,重点对定向凝固过程中杂质的分凝系数问题、真空精炼中杂质蒸气压与温度的关系、以及合金造渣和氧化造渣中杂质的分配规律,以及渣相和硅相体系中各组元的活度测定方法进行了分析,提出了多晶硅热力学研究中尚存在的问题。     

Phase conversion and removal of impurities during oxygen-rich alkali conversion of high titanium slag

In order to achieve high-efficiency alkali conversion and impurity removal of high titanium slag under the condition of low alkali concentration, a new way of oxygen-rich alkali conversion in KOH solution was proposed. The conversion law of element occurrence state and the influence of the conversion conditions on the titanium conversion rate and removal rate of silicon and aluminum were studied. The results showed that the KOH solution converted the titanium oxide in high titanium slag into whisker-like potassium titanate. Silicon and aluminum elements were dissolved into the solution. Under the following conditions, KOH concentration of 6 mol/L, conversion temperature of 260 °C, initial oxygen partial pressure of 2 MPa, liquid?solid ratio of 35 mL/g, conversion time of 4 h, and high titanium slag particle size of 48?74 μm, the conversion rate of titanium was 97.0%, and the removal rates of silicon and aluminum were 90.2% and 76.2%, respectively. Oxygen-rich alkali conversion product was converted to rutile with a TiO₂ grade of 99.1% by acid hydrolysis conversion.     

Hydrometallurgical purification of metallurgical grade silicon

The effects of the particle size of ground metallurgical grade silicon (MG-Si), the sort of acids, and the type of stirring on the purified efficiency of MG-Si were investigated. It was found that a particle size less than 0.1 mn was most effective for acid leaching; the extraction yield of impurities was increased by 9% with I-IF leaching compared with HCl leaching and HNO3 leaching, and increased by 7% with ultrasonic stirring compared with mechanical stilting. The principle of hydrometallurgical purification of metallurgical grade silicon under ultrasonic fields was also discussed.     

人造金刚石杂质研究

利用磁化率测定仪、扫描电镜/X射线能谱仪、氧氮分析仪等仪器综合分析了使用铁镍合金触媒合成的磨料级系列金刚石内部杂质及其组分与含量。结果表明:人造金刚石磁化率与灰分/金刚石质量比成正比。人造金刚石的主要杂质为铁、镍、镁、硅、钙、氧和氮。随着人造金刚石杂质总量的减少,除氮以外所有杂质都在减少,但杂质中的硅和钙的占比增加,提示硅和钙除了随同触媒一道,以金属包裹体的方式进入金刚石晶体,可能还有其他方式。金刚石品级越高,氧质量分数越低,而氮质量分数与品级高低无关。为进一步考察金刚石杂质来源,分析了合成金刚石试样所使用的原料石墨和触媒。使用高纯度石墨和触媒有助于合成出高纯度金刚石,但不一定是顶级金刚石。     

Thermodynamics of solar-grade-silicon refining

Solar energy will shortly be in great demand since it is inexhaustible and cleaner than any conventional energy resources. At present, an expensive grade of silicon for semiconductor (SEG-Si) is used for a solar cell to convert solar energy into electricity. However, the amount of supply is limited and we have to develop an innovative process for silicon production with low energy cost in order to spread the solar cell system widely. Using relatively inexpensive metallurgical grade silicon (MG-Si) as a starting material for making solar grade silicon (SOG-Si) is believed to be one of the ways to make solar cells less expensive. Impurities in MG-Si will shorten the lifetime of excited carriers in silicon solar cell and disturb electric generation. Hence, the removal of impurities from silicon is a significant issue in silicon solar cell fabrication. To discuss the possibility and efficiency of the impurity elimination process, evaluation of thermodynamic properties of impurities in molten silicon such as the activity coefficients and the interaction parameters of harmful impurities has been performed.