CN104512894A

CN104512894A - 硅块的处理方法

Info

Publication number: CN104512894A
Application number: CN201410487347.3A
Authority: CN
Inventors: 林晓军; 韦奋崇; 吴志能; 庞爱锁; 焦政; 赵龙; 文亚雄
Original assignee: Dongyang Dongguan City Chang'an Light Aluminum Research And Development Co Ltd
Current assignee: Dongyang Dongguan City Chang'an Light Aluminum Research And Development Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2015-04-15

Abstract

本发明涉及一种硅块的处理方法，包括酸浸泡、水洗、干燥的工序。本发明通过下述技术方案予以实现：将硅块浸没在酸液中，并对酸液进行加热及保温，对经过酸浸泡后的硅块裂解成的硅粉颗粒进行洗涤，直至电导率≤20μS/cm，对洗涤后的硅粉进行干燥，最终得到目数>10的硅粉。本发明操作简单易行，不产生粉尘污染，适合于在大规模生产中应用；本发明在实施过程中，间接提高了硅纯度，缓解了硅料应用中的高纯度要求问题，特别适合在多晶硅提纯、有机硅合成等应用领域中推广。

Description

硅块的处理方法

技术领域

本发明涉及工业硅的生产及应用技术领域，具体涉及一种硅块的处理方法。

背景技术

工业硅块通常是由二氧化硅和碳(或铝、镁等)经高温反应而得，其硅含量一般为97.0％-99.9％。作为多晶硅、有机硅、含硅合金的原材料，工业硅块在生产、包装及应用过程中，往往要被制成硅粉。如在西门子法多晶硅的生产过程中，通常需要将工业硅块制备成40-120目的粉体；在冶金法多晶硅的酸洗提纯工艺中，通常要将硅块处理至目数大于80目；在有机硅的生产中，则通常要求将硅块处理至目数大于30目。

目前，硅块处理成硅粉的最常见方法是机械粉碎法，即通过颚式破碎机、对辊破碎机、雷蒙磨等一系列设备，利用机械力将硅块分级破碎成粉体。如专利CN 201931085U、CN201692862U、CN 102862989A等均使用了机械粉碎的方式来处理硅块。该处理方法存在粉尘污染大、噪声大、设备占地面积大，且制粉过程中易引入金属杂质等缺点。

专利CN 103043665 A公开了一种利用喷雾方式将硅块处理成硅粉的方法，该方法先对硅料进行加热，使其熔化成硅液，再让硅液经由雾化器飞喷出来，最终冷却成硅粉。该方法对雾化盘材料的耐高温性能及加工精度有很高的要求，工序较复杂，且高温环境下操作存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明所提及溶液的浓度百分数，均采用质量体积比，如“浓度是5％-37％的盐酸”是指在每100ml的溶液中含有氯化氢的质量为5-37g。

本发明的目的是提供一种简便易行的硅块处理方法，以解决现有技术中存在的缺陷。本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明的技术方案提供了一种硅块的处理方法，包括如下步骤：

1)酸浸泡：将硅块浸没在酸液中，对酸液进行加热并保温至硅块裂解成颗粒；

2)洗涤：对步骤1)中的硅粉进行洗涤，直至废液电导率≤20μS/cm；

3)干燥：对步骤2)洗涤后的硅粉进行干燥，最终得到目数>10的硅粉；

其中，步骤1)中加热及保温的温度为15-85℃。

根据本发明上述技术方案提供的硅块处理方法，在一些实施方案中，步骤1)中所述硅块是纯度97％-99.9％的工业硅块。

在本发明的另一些实施方案中，硅块是上述工业硅块经吹气处理和/或造渣处理后得到的硅块。

根据本发明上述技术方案提供的方法，在一些实施方案中，酸液选自无机酸。

在本发明的另一些实施方案中，酸液选自盐酸、硝酸、氢氟酸或其组合。

在本发明的另一些实施方案中，酸液是浓度为5％-37％的盐酸或5％-68％的硝酸或其组合。

根据本发明上述技术方案提供的方法，在一些实施方案中，步骤1)浸泡的时间为3-60小时。

根据本发明上述技术方案提供的方法，在一些实施方案中，步骤2)洗涤所使用的洗涤剂为去离子水。

根据本发明上述技术方案提供的方法，在一些实施方案中，步骤3)干燥的温度为80-150℃。

根据本发明的技术方案提供的硅块的处理方法，其益处在于：1)其利用酸液与硅块中杂质反应，从而使硅块裂解成硅粉颗粒，同时，硅中杂质溶解于酸液中，亦有利于硅纯度的提高；2)操作简单易行，不产生粉尘污染，适合于在大规模生产中应用；3)在实施过程中，间接提高了硅纯度，缓解了硅料应用中的高纯度要求问题，特别适合于在多晶硅提纯、有机硅合成等应用领域中推广。

本发明所使用的术语“洗涤”表示通过洗涤剂从被洗涤对象中除去不需要的成分的过程。洗涤的目的是除去酸浸泡过程中引入的酸，使硅粉的pH值呈中性，电导率≤20μS/cm。洗涤所用洗涤剂可以为水或其他极性质子溶剂。

本发明所使用的术语“干燥”表示借能量使物料中水或溶剂气化，并带走所生成的蒸汽的过程。本发明的实施方案所采用的干燥方式为真空干燥。应当指出，可以达到相同效果的干燥方法还包括但不限于烘干、冷冻干燥、气流干燥、微波干燥、红外线干燥和高频率干燥等。

本发明所使用的术语“吹气”表示利用在熔融硅液中通入氧气、空气或水蒸气的办法来降低工业硅中特定杂质元素含量的一种方法。

本发明所使用的术语“造渣”表示表示利用在熔融硅液中引入渣剂的办法来降低工业硅中特定杂质元素含量的一种方法。大量造渣剂的引入可能会降低工业硅的纯度。

具体实施方式

以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。

实施例1

取市售Si-2102牌号工业硅块2kg；将其放入反应釜中，在反应釜中加入20％盐酸浸没硅块，反应温度控制在70℃，浸泡4小时后硅块断裂成小块状，24小时后，硅块完全碎裂成硅粉；过滤去除酸液，用去离子水洗涤硅粉，直至废液电导率为17μS/cm；然后将硅粉放置在120℃真空干燥箱内进行干燥；干燥后获得的硅粉粒度分布为10目-18目占24wt.％，目数>18的占76wt.％。工业硅块和处理后硅粉主要杂质含量及纯度如下表所示。

	Fe杂质含量	Al杂质含量	Ca杂质含量	Si纯度
					Si-2102硅块	0.184％	0.089％	0.014％	99.71％
硅粉(目数>18)	0.125％	0.062％	0.011％	99.80％

实施例2

取市售Si-311牌号工业硅块2kg，将其放入反应釜中，在反应釜中加入含5％HCl和15％HF混酸，浸没硅块，反应温度控制在60℃，浸泡6小时后硅块断裂成小块状，24小时后，硅块完全碎裂成硅粉；过滤去除酸液，用去离子水洗涤硅粉，直至废液电导率20μS/cm；然后将硅粉放置在120℃真空干燥箱内进行干燥；最后获得的硅粉粒度分布为10目-18目占17wt.％，目数>18的占83wt.％。工业硅块和处理后硅粉主要杂质含量及纯度如下表所示。

	Fe杂质含量	Al杂质含量	Ca杂质含量	Si纯度
					Si-311硅块	0.287％	0.077％	0.052％	99.59％
硅粉(目数>18)	0.179％	0.032％	0.023％	99.76％

实施例3

取市售Si-553牌号工业硅块2kg，将其放入反应釜中，在反应釜中加入含18％HCl和32％HNO₃混酸，浸没硅块，反应在15℃室温下进行，浸泡12小时后硅块断裂成小块状，60小时后，硅块完全碎裂成硅粉；过滤去除酸液，用去离子水洗涤硅粉，直至废液电导率7μS/cm；然后将硅粉放置在120℃真空干燥箱内进行干燥；获得的硅粉粒度分布为10目-18目占16wt.％，目数>18的占84wt.％。工业硅块和处理后硅粉主要杂质含量及纯度如下表所示。

	Fe杂质含量	Al杂质含量	Ca杂质含量	Si纯度
					Si-553硅块	0.514％	0.457％	0.289％	98.74％
硅粉(目数>18)	0.359％	0.282％	0.193％	99.16％

实施例4

市售Si-311牌号工业硅经造渣和吹气处理后，取处理后的硅块1kg，将其放入反应釜中，在反应釜中加入王水，浸没硅块，在15℃室温下进行酸液浸泡，浸泡3小时后硅块断裂成小块状，12小时后，硅块完全碎裂成硅粉；过滤去除酸液，用去离子水洗涤硅粉，直至废液电导率11μS/cm；然后将硅粉放置在80℃真空干燥箱内进行干燥；最后获得的硅粉粒度分布为10目-18目占2wt.％，目数>18的占98wt.％。硅块和处理后硅粉的主要杂质含量及纯度如下表所示。

	Fe杂质含量	Al杂质含量	Ca杂质含量	Si纯度
					造渣吹气后硅块	0.295％	0.017％	0.014％	99.67％
硅粉(目数>18)	0.224％	0.008％	0.010％	99.75％

实施例5

市售Si-553牌号工业硅经造渣后，取造渣后的工业硅块1kg，将其放入反应釜中，在反应釜中加入37％HCl酸液，浸没硅块，反应在83℃下进行，浸泡1小时后硅块断裂成小块状，3小时后，硅块完全碎裂成硅粉；过滤去除酸液，用去离子水洗涤硅粉，直至废液电导率5μS/cm；然后将硅粉放置在150℃真空干燥箱内进行干燥；最后获得的硅粉粒度分布为10目-18目占2wt.％，目数>18的占98wt.％。硅块和处理后硅粉的主要杂质含量及纯度如下表所示。

	Fe杂质含量	Al杂质含量	Ca杂质含量	Si纯度
					造渣后硅块	1.285％	0.142％	1.527％	97.04％
硅粉(目数>18)	0.664％	0.76％	0.542％	98.03％

实施例6

纯度99.9％硅经造渣后，取造渣后硅块1kg，将其放入反应釜中，在反应釜中加入18％HCl酸液，浸没硅块，反应在85℃下进行，浸泡4小时后硅块断裂成小块状，8小时后，硅块完全碎裂成硅粉；过滤去除酸液，用去离子水洗涤硅粉，直至废液电导率为18μS/cm；然后将硅粉放置在100℃真空干燥箱内进行干燥；最后获得的硅粉粒度分布为10目-18目占2wt.％，目数>18的占98wt.％。硅块和处理后硅粉的主要杂质含量及纯度如下表所示。

	Fe杂质含量	Al杂质含量	Ca杂质含量	Si纯度
					造渣后硅块	0.062％	0.001％	0.281％	99.65％
硅粉(目数>18)	0.033％	0.001％	0.097％	99.86％

Claims

1.一种硅块的处理方法，其特征是包括以下步骤：

其中，步骤1)中加热及保温的温度为15-85℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤1)中所述硅块是纯度97％-99.9％的工业硅块。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤1)中所述酸液选自无机酸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤1)中所述酸液选自盐酸、硝酸、氢氟酸或其组合。

5.根据权利要求1或3或4所述的方法，其特征是，所述酸液为浓度是5％-37％的盐酸或浓度是5％-68％的硝酸或其组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤1)中所述浸泡的时间为3-60小时。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤2)中所述洗涤所使用的洗涤剂为去离子水。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤3)中所述干燥的温度为80-150℃。