本文關(guān)鍵詞：冶金級(jí)硅爐外吹氣—熔渣聯(lián)合精煉除硼、磷的工藝研究

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【摘要】：全球煤炭、天然氣、石油、等傳統(tǒng)化石能源逐漸枯竭,能源危機(jī)日益嚴(yán)重,太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮�、生物能等新能源逐漸取代傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)。在這些新能源中,太陽能光伏利用得到快速發(fā)展。2015年全球太陽能電池產(chǎn)量達(dá)54.5GW,多晶硅是太陽能利用的主要基礎(chǔ)材料,在晶體硅太陽能電池生產(chǎn)過程中,多晶硅材料成本占電池生產(chǎn)成本的70%,低成本、低能耗、低污染的冶金法多晶硅的技術(shù)正成為全球關(guān)注的焦點(diǎn),但就目前工藝技術(shù)來說,非金屬雜質(zhì)硼的深度去除是冶金法制備太陽能級(jí)多晶硅技術(shù)的關(guān)鍵。本文以某廠生產(chǎn)的硼、磷含量分別為14.7ppmw和64ppmw 的冶金級(jí)硅為原料,創(chuàng)新性的提出采用吹氣-熔渣聯(lián)合精煉的方法對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行爐外精煉。研究冶金級(jí)硅中雜質(zhì)硼、磷的去除工藝和技術(shù)；同時(shí),分析了吹氣、熔渣以及吹氣-熔渣聯(lián)合精煉時(shí)造渣劑和氣體氧化性介質(zhì)與硅中雜質(zhì)硼、磷的作用過程和機(jī)理。選取傳統(tǒng)的硅酸鈣渣為基礎(chǔ),在高溫頂吹爐中向二元熔渣中添加CaCl2形成CaO-SiO2-CaCl2三元渣,研究三元熔渣組成、精煉時(shí)間、精煉溫度、渣硅比等對(duì)硼、磷去除效果的影響,同時(shí)也研究了聯(lián)合精煉時(shí)Ar-H2O-O2氣體組成、吹氣量、吹氣速率等對(duì)除硼、磷去除效果的影響。采用CaO-SiO2二元渣精煉,當(dāng)渣硅比為1：1、溫度1550℃,精煉3h時(shí),硼含量可低至4.59ppmw,而采用CaO-SiO2-CaCl2三元渣,當(dāng)CaCl2添加量為15%時(shí),硼含量降低至3.12ppmw,硼的分配系數(shù)達(dá)到2.47,研究也表明,單獨(dú)造渣精煉對(duì)磷的去除效果不明顯,去除效率低于10%。單獨(dú)的吹02或吹H20氣體對(duì)硼、磷去除效果較差,而當(dāng)利用H20/O2(體積)為2、氣體總流量為100ml/min的濕氧混合氣體在1550℃進(jìn)行吹氣精煉時(shí),3h后硅中硼含量可降低至9.8ppmw,磷含量降低至52.63ppmw。對(duì)于吹氣-熔渣聯(lián)合精煉實(shí)驗(yàn),當(dāng)固定熔渣組成為42.5%CaO-42.5%SiO2-15%CaCl2,隨著混合氣體中H20蒸汽比例的增加、吹氣時(shí)間的延長以及氣體流量的增大,雜質(zhì)硼磷的去除效率也相應(yīng)提高。同時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)氣體總流量為100ml/min的40%Ar-40%H2O-20%O2混合氣體,同時(shí)加入42.5%CaO-42.5%SiO2-15%CaCl2組成的熔渣,在1550℃進(jìn)行吹氣精煉時(shí),3h后硅中硼和磷含量可分別降低至0.75ppmw和34.15ppmw,去除率分別達(dá)到95%和47%,硅中雜質(zhì)主要為二氧化硅和硅酸鈣。
【關(guān)鍵詞】：冶金級(jí)硅 硼 磷 吹氣-熔渣 聯(lián)合精煉
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.12
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-33
• 1.1 立題背景11-14
• 1.1.1 能源危機(jī)與太陽能利用11-13
• 1.1.2 多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2 硅的性質(zhì)和硅中主要雜質(zhì)14-18
• 1.2.1 硅的性質(zhì)14-15
• 1.2.2 硅中主要雜質(zhì)15-18
• 1.3 太陽能級(jí)多晶硅的提純工藝18-31
• 1.3.1 化學(xué)法18-22
• 1.3.2 冶金法22-31
• 1.4 本論文研究的目的與意義31
• 1.5 本論文研究的內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)31-33
• 1.5.1 研究內(nèi)容31-32
• 1.5.2 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)32-33
• 第二章 爐外吹氣-熔渣聯(lián)合精煉原理33-41
• 2.1 造渣劑與精煉氣體的選取33-35
• 2.1.1 造渣劑選擇的原則33-34
• 2.1.2 二元渣體系的選取34-35
• 2.1.3 三元渣體系的選取35
• 2.1.4 精煉氣體的選取35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原理35-40
• 2.2.1 冶金級(jí)硅造渣精煉35-37
• 2.2.2 冶金級(jí)硅爐外吹氣精煉37-39
• 2.2.3 冶金級(jí)硅爐外吹氣-熔渣聯(lián)合精煉39-40
• 2.3 本章小結(jié)40-41
• 第三章 實(shí)驗(yàn)41-45
• 3.1 試劑及藥品41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備41-42
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法與流程42-45
• 第四章 爐外吹氣-熔渣聯(lián)合精煉除硼、磷實(shí)驗(yàn)研究45-69
• 4.1 造渣精煉除硼、磷研究45-55
• 4.1.1 CaO-SiO_2二元渣精煉46-49
• 4.1.2 CaO-SiO_2-CaCl_2三元渣精煉49-54
• 4.1.3 造渣精煉對(duì)除磷效果的影響54-55
• 4.2 爐外吹氣精煉除硼、磷研究55-59
• 4.2.1 Ar-O_2對(duì)硼、磷去除效果的影響56-57
• 4.2.2 Ar-H_2O對(duì)硼、磷去除效果的影響57-58
• 4.2.3 Ar-H_2O-O_2對(duì)硼、磷去除效果的影響58-59
• 4.3 爐外吹氣-熔渣聯(lián)合精煉除硼、磷研究59-68
• 4.3.1 Ar-O_2與熔渣聯(lián)合精煉對(duì)硼、磷去除效果的影響60-61
• 4.3.2 Ar-H_2O與熔渣聯(lián)合精煉對(duì)硼、磷去除效果的影響61-62
• 4.3.3 Ar-H_2O-O_2與熔渣聯(lián)合精煉對(duì)硼、磷去除效果的影響62-65
• 4.3.4 精煉后渣硅物相與形貌分析65-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-79
• 致謝79-81
• 附錄81

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本文編號(hào)：1092022