专利名称：一种在造渣法中去除硼杂质的渣剂的配方的制作方法
技术领域：
一种涉及提纯硅材料的方法，特别是在冶金物理法或强辐射催化法中使用造渣工艺从工业硅中有效地去除硼杂质的渣剂的新的配方。
背景技术：
目前化学法提纯硅材料的方法，特别是西门子法，改良西门子法和硅烷法，尽管可以达到电子级硅材料包括太阳能级硅材料的纯度，耗电量极大，四氧化硅的尾气排放会给环境造成相当的污染，不得不使人们寻我其他更廉价的更方便的提纯硅的方法。在许多不同于西门子炼硅的方法中，冶金物理法由于能够直接从工业硅中提炼高纯硅，耗电较少，无污染，一直受到人们的极大重视。冶金物理法的特点是将工业硅中的各种杂质，包括硼、磷及金属，采用不同的方法去除。然而，由于化学元素周期表中的“对角线” 原则，硼与硅的许多物理、化学性质十分相同，甚至他们的各种化合物的性质也相近。这就造成了使用冶金物理法从硅中分离硼的巨大困难。为了克服这个困难，人们试验了许多方法，包括吹气法、湿法等离子体火焰法以及造渣法等等。就经济性和实用性来估量，造渣法成功的可能性最闻。造渣法使用硼在熔渣及熔硅中不同的溶解度，将硼从工业硅中萃取出来。在本专利中，我们用提纯前硅中的硼含量与提纯后的硼含量的比值，称为提纯因子，作为提纯效率的标志。人们为了追求更高的提纯因子，主要从两方面进行努力第一是设法提高硅粉与渣剂的接触面积，第二是寻找更好的渣剂的配方。迄今为止，除了本发明者的工作以外， 造渣法所取得的最好的提纯因子为5. 5。而本发明者在强辐射催化法的研实中，从提高硅渣接触面(文献2:陈应天，《一种在提纯高纯硅的过程中原料的混合方法》，专利申请号 201110000236. I )和寻求新配方两方面作了重大改进，提纯因子达到了 10以上。现有技术的传统造渣法中的造渣剂包括SiO2和碱性金属氧化物。这种碱性氧化物包括单独或混合使用CaO，MgO, Na2O, K2O, BaO等以及Co，Mg，Na，K，Ba等的碳酸盐。人们使用这些以SiO2为主的材料做出了各式各样的配方，然而总归这些，其主要结构为SiO2和CaO，在这样的配方中，SiO2是作为氧化剂使用，CaO的主要作用是降低渣剂的共熔点。我们称之为Si02— CaO类型配方。传统造渣法的配方以Si02— CaO为主，除了加强其氧化作用以外，究其主要原因是因为需要将渣剂的共融温度降至硅的熔点附近。在SiO2和CaO混合物的相图中，这两种成分的比例，一般是处于SiO2与CaO等量或接近等量的配方情况下，在这个情况下，共熔点为1500° C左右。这种传统的Si02— CaO配方存在如下缺点1. SiO2原料中的硼含量不易去除。实际上，工业硅中的硼杂质原来是来源于在碳还原反应生成硅的过程中，由二氧化硅矿中原来含有的硼杂质残留下来的，然而在自热界中，不含硼杂质或少含硼含质的SiO2是比较稀少的，而且含有硼的SiO2不易用简单的方法去除。因此，渣剂中的硼杂质含量是提高提纯因子的重大障碍。2.传统配方是一种简单的材料的混合，这样的材料的混合，不管搅拌多么充分，都不可能实观微观均匀化。这也是提纯因子不能大大提高的一个原因。综上所述，本发明揭示了一种不同于传统的Si02— CaO类型的配方，新配方可以克服传统配方的两大缺点，其混合伴随着的膨化过程可以大大提高硅粉同渣剂的混合均匀性，其原料可以纯化为含硼杂质极微小的原料，并且还可以在熔炼以后方便地使用文献3 所发明的水淬的方法将硅料于残渣分离，(文献3 :陈应天，〈〈一种分离硅和剩渣的方法>> 专利申请号201010282839.0 )目前已达到提纯因子大于10的工艺水平，并且不难更加提高到20-30的范围。
发明内容
一种在造渣法中高效地去除硼杂质的渣剂的配方，其特征为在这种配方中，渣剂的主要成分为其混合伴随着膨化过程的，硼杂质含量极其微量的CaO-Na2O系统。实现这种配方包括以下步骤
1)寻找自然界中存在的Na2CO3，测量其中硼的含量，选其含量少于或远少于Xppm (X〈l)的原料；
2)将市场上存在的CaO进行去硼处理，其中包括净水浸泡、沉淀、除水等步骤。3)将经过步骤2)的CaO取样测量，确认其中硼含量少于或远少于Yppm (若达不到此目标，重复步骤2)，直至达到这个目标。4)将步骤3)中的CaO烘干或烘干到一定程度，只要其中CaO的质量可以计算则可以。5)将步骤4)中的CaO与步骤I)中的Na2CO3以一定比例混合，其比例以干燥的 CaO与Na2O的质量进行计算。6)将步骤5)中的混合的渣剂同一定比例的硅粉混合。7)使用文献2 (文献2 :陈应天， 一种在提纯高纯硅的过程中原料的混合方法 专利申请号为201110000236. I所规定的方法实现混合物的膨化，达到充分的均匀混合的目的，制造熔炼前的棒状或块状的预制混合物。我们通过下述说明进一步阐明上述配方的发明内容的特点
DCaO中的硼含量可以通过步骤2)所列的多次净水清洗的去硼方法减少，这种方法不但简单，而且可以实现低成本制造；
2)对Na2O中的硼含量比CaO中的要求要低很多，便于使用低廉原料；
3)根据文献2，配方中的Na2CO3可以作为膨化促进剂，便于制造高均匀性的硅渣混合
物；
4)在传统配方中，由于CaO和SiO2的比例基本处于相图的中部，其共熔点较低，十分接近硅的熔点，熔炼中硅的挥发不多，硅、渣分离可以用较长时间的沉淀法实现，当然，众所周知，沉淀法分离硅并不能达到比较干净的目的。利用新配方预制的混合物，在高温熔炼过程中，温度较高，会引起大量硅的挥发，必须尽可能缩短熔炼时间，为达到这个目的，使用本配方的硅同残渣的分离可以方便地根据文献3中的方法进行，简单地描述，可以通过水淬的方法实现。5)众所周知，作为氧化剂，新配方中所使用的CaO的性能比传统配方中所使用的SiO2的性能要差，然而以上配方可以结合运用现有技术，即文献I所提出的强辐射催化法， 使用光催化的方法促进氧化反应；
6)虽然CaO得熔点较高，单独使用不能在造渣法中提纯硅，然而在本发明配方中所述的Na2O或Na的其他盐类，如Na2CO3的加入却有助溶剂的作用，可以大大降低CaO-Na2O系统的共熔点。具体实施方案举例
我们使用一种具体的实施方案对本发明进行更详细的描述
选用工业硅，硼含量为15ppm，选用CaO，硼含量为3ppm，选用Na2CO3,硼含量为0. 5ppm。 首先将CaO按照发明内容步骤2)的描述进行去硼处理，重复这个处理过程达五次，CaO中的硼含量下降到0.08ppm，将CaO烘干，取烘干后的CaO 9. 4公斤，Na2CO3 0.6公斤，工业硅10公斤，按照文献2的步骤制造出预制混合物，按照文献I的所规定的强辐射催化法进行熔炼，取样测量后的硼含量为lppm，提纯因子达到15。
权利要求
1.本发明提出了在造渣法中高效地去除硼杂质的渣剂的配方，其特征为，渣剂的主要成分为其混合伴随着膨化过程的硼杂质含量极其微量的CaO-Na2O,实现这种具有硼杂质极其微量的CaO-Na2O系统的步骤如下1)寻找自然界中存在的Na2CO3，测量其中硼的含量，选其含量少于或远少于Xppm(X < D的原料；2)将市场上存在的CaO进行去硼处理，其中包括净水浸泡、沉淀、除水等步骤。3)将经过步骤2)的CaO取称测量，确认其中硼含量少于或远少于Yppm，若达不到此目标，重复步骤2)，直至达到这个目标。4)将步骤3)中的CaO烘干或烘干到一定程度，只要其中CaO的质量可以计算则可以。5)将步骤4)中的CaO与步骤I)中的Na2O3以一定比例混合，其比例以干燥的CaO与 Na2O的质量进行计算。6)将步骤5)中的混合的渣剂同一定比例的硅粉混合。7)使用文献专利申请“一种在提纯高纯硅的过程中原料的混合方法”(专利申请号为 201110000236. I)所规定的方法制造熔炼前的棒状或块状的预制混合物；
2.根据权利要求I的步骤I)中的所选Na2O3中的含量X，其特征为X可以为0. 5 ；
3.根据权利要求I的步骤3)中的所述的经过去硼处理的CaO中的硼含量丫其特征是Y 可以为0. I 0. 001。
4.根据权利要求I的步骤5)中所述的CaO与Na2O3两种原料以一定的比例混合，其特征是，这种混合的比例可以描述为Na2O3与这两种材料混合后的总重量的比值，其比值可为 2% 10%。
5.根据权利要求I的步骤6)中所述的混合渣剂同一定比例的硅粉混合，其特征是，这种混合的比例，用渣剂总重与硅粉重量的比值来表示，比值为0. 8 I. 2。
全文摘要
本发明涉及一种在造渣法中制造去除硼杂质予制棒的渣剂的配方，同传统的造渣法中配方不同，本发明使用了氧化钙-氧化钠类型的配方，而不是现有技术的氧化钙-二氧化硅类型的配方。新配方能够使用低成本的方法对原料进行纯化；能够在混合过程中由于膨化过程产生均匀的效用；能够在熔炼以后使用水淬的方法方便地将硅料与残渣分离。
文档编号C01B33/037GK102602934SQ20111002532
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者陈应天 申请人:北京应天阳光太阳能技术有限公司