工(gōng)業(yè)製矽的化工工(gōng)藝(yì)流(liú)程

　更(gēng)新時間：2020-06-09　點擊量：16402

純(chún)淨(jìng)的(dí)矽(Si)是(shì)從自然界中的石(shí)英礦石(shí)(主要成(chéng)分二氧(yǎng)化矽)中(zhōng)提取(qǔ)出來的(dí),分幾步反(fǎn)應(yīng):
1.二氧(yǎng)化矽和炭粉(fěn)在高(gāo)溫條(tiáo)件下反應(yīng),生成粗(cū)矽:
SiO2+2C=Si(粗(cū))+2CO
2.粗(cū)矽(guī)和(hé)氯氣(qì)在高溫條(tiáo)件下反(fǎn)應(yīng)生成氯化矽(guī):
Si(粗)+2Cl2=SiCl4
3.氯化矽和氫氣(qì)在(zài)高(gāo)溫條(tiáo)件下(xià)反應(yīng)得(dé)到純(chún)淨矽:
SiCl4+2H2=Si(純(chún))+4HCl
以(yǐ)上(shàng)是矽(guī)的(dí)工業製(zhì)法,在實(shí)驗(yàn)室中(zhōng)可以用(yòng)以下(xià)方(fāng)法製(zhì)得(dé)較純的矽(guī):
1.將細(xì)砂粉(SiO2)和鎂(měi)粉(fěn)混合(hé)加(jiā)熱,製得粗矽:
SiO2+2Mg=2MgO+Si(粗)
2.這(zhè)些(xiē)粗矽(guī)中往往含(hán)有鎂,氧(yǎng)化(huà)鎂和矽化(huà)鎂,這些(xiē)雜(zá)質可以(yǐ)用鹽酸除去(qù):
Mg+2HCl=MgCl2+H2
MgO+2HCl=MgCl2+H2O
Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4
3.過濾,濾渣(zhā)即為純矽
一）國(guó)內外多(duō)晶矽(guī)生產的主(zhǔ)要工(gōng)藝技術
1，改良西門子(zǐ)法—閉環式三氯氫(qīng)矽氫還(huán)原法(fǎ)
改(gǎi)良(liáng)西(xī)門子法(fǎ)是用(yòng)氯和氫(qīng)合(hé)成(chéng)氯(lǜ)化氫（或(huò)外(wài)購氯化氫(qīng)），氯化氫和工(gōng)業(yè)矽(guī)粉在一定(dìng)的溫度下合(hé)成(chéng)三(sān)氯氫矽，然後對(duì)三氯(lǜ)氫矽進行分離精(jīng)餾(liù)提(tí)純(chún)，提純後的三(sān)氯氫矽在(zài)氫還原爐(lú)內進(jìn)行(háng)CVD反(fǎn)應(yīng)生(shēng)產高(gāo)純(chún)多晶(jīng)矽(guī)。國(guó)內外(wài)現有的多(duō)晶矽(guī)廠(chǎng)絕大(dà)部(bù)分采(cǎi)用(yòng)此法(fǎ)生(shēng)產電子級與太陽能(néng)級(jí)多晶(jīng)矽。

2，矽烷法(fǎ)—矽(guī)烷熱分(fēn)解法矽烷(wán)（SiH4）是以四(sì)氯(lǜ)化(huà)矽(guī)氫化法，矽合(hé)金分(fēn)解(jiě)法(fǎ)，氫化物(wù)還原法，矽(guī)的(dí)直接(jiē)氫化(huà)法等方(fāng)法製(zhì)取(qǔ)。然後將(jiāng)製(zhì)得(dé)的(dí)矽(guī)烷氣(qì)提(tí)純(chún)後(hòu)在熱分解爐(lú)生(shēng)產(chǎn)純(chún)度(dù)較高(gāo)的棒狀多晶矽。以前隻(zhī)有日(rì)本(běn)小(xiǎo)鬆(sōng)掌握此(cǐ)技(jì)術，由於發生(shēng)過嚴(yán)重的爆炸事(shì)故(gù)後，沒有(yǒu)繼(jì)續擴大生產(chǎn)。但(dàn)美(měi)國(guó)Asimi和(hé)SGS公司仍(réng)采(cǎi)用矽烷氣熱(rè)分解(jiě)生產(chǎn)純度(dù)較高的(dí)電子(zǐ)級多晶矽產品(pǐn)。

流化(huà)床法(fǎ)以(yǐ)四(sì)氯化矽(guī)，氫(qīng)氣，氯化氫(qīng)和(hé)工業(yè)矽(guī)為原(yuán)料(liào)在流(liú)化(huà)床(chuáng)內(nèi)（沸騰床(chuáng)）高(gāo)溫(wēn)高壓下生成三氯(lǜ)氫(qīng)矽，將(jiāng)三(sān)氯(lǜ)氫(qīng)矽(guī)再(zài)進一步歧化加氫反(fǎn)應生成二(èr)氯(lǜ)二(èr)氫(qīng)矽，繼(jì)而(ér)生成矽烷氣。製(zhì)得(dé)的矽烷氣(qì)通入加有(yǒu)小顆粒(lì)矽粉的(dí)流(liú)化(huà)床反應爐內(nèi)進行(háng)連續熱分解反應(yīng)，生(shēng)成(chéng)粒狀(zhuàng)多晶矽產(chǎn)品。因(yīn)為在(zài)流化(huà)床反應(yīng)爐(lú)內參與反應(yīng)的矽(guī)表麵(miàn)積大，生產(chǎn)效率高(gāo)，電耗低(dī)與(yǔ)成本(běn)低(dī)，適用(yòng)於大規模生(shēng)產(chǎn)太陽能級(jí)多(duō)晶(jīng)矽。缺(quē)點就是安全(quán)性差，危險性大。其次是產(chǎn)品純度(dù)不高，但基(jī)本(běn)能(néng)滿足太(tài)陽能(néng)電(diàn)池(chí)生(shēng)產的使用(yòng)。此法(fǎ)是(shì)美(měi)國聯合碳(tàn)化(huà)合物(wù)公(gōng)司(sī)早年研究的工藝技術(shù)。目(mù)前(qián)世(shì)界上(shàng)隻有美國(guó)MEMC公司(sī)采(cǎi)用此法生(shēng)產粒狀多晶矽(guī)。此(cǐ)法比較適合(hé)生產(chǎn)價廉(lián)的(dí)太(tài)陽能(néng)級多晶矽。
太(tài)陽能級多(duō)晶(jīng)矽新(xīn)工藝(yì)技(jì)術
除了上(shàng)述改良(liáng)西門子法，矽(guī)烷(wán)熱分解(jiě)法(fǎ)，流化床反(fǎn)應爐(lú)法三(sān)種(zhǒng)方法(fǎ)生產電(diàn)子級(jí)與(yǔ)太(tài)陽能級多(duō)晶(jīng)矽(guī)以外(wài)，還湧現出(chū)幾(jī)種(zhǒng)專(zhuān)門生(shēng)產太陽能級多晶矽新(xīn)工(gōng)藝(yì)技(jì)術。

1）冶(yě)金法生產(chǎn)太陽(yáng)能級多(duō)晶矽(guī)據資(zī)料報(bào)導[1]日本川(chuān)崎製鐵公司采(cǎi)用冶(yě)金(jīn)法(fǎ)製(zhì)得的(dí)多(duō)晶矽已(yǐ)在(zài)世界(jiè)上大的太陽能電(diàn)池廠（SHARP公(gōng)司(sī)）應(yīng)用，現(xiàn)已(yǐ)形成800噸(dūn)/年的生(shēng)產(chǎn)能力，全量(liáng)供(gōng)給(gěi)SHARP公(gōng)司(sī)。主(zhǔ)要(yào)工(gōng)藝(yì)是：選(xuǎn)擇(zé)純(chún)度(dù)較好的(dí)工(gōng)業矽（即冶(yě)金(jīn)矽(guī)）進(jìn)行水平區熔單向凝固成(chéng)矽錠(dìng)，去除矽錠(dìng)中金屬(shǔ)雜(zá)質聚(jù)集(jí)的部分和(hé)外表(biǎo)部分後，進行粗(cū)粉(fěn)碎(suì)與(yǔ)清(qīng)洗，在(zài)等離子體(tǐ)融(róng)解爐中去(qù)除硼雜質(zhì)，再(zài)進行(háng)第二(èr)次(cì)水(shuǐ)平(píng)區(qū)熔單(dān)向(xiàng)凝(níng)固(gù)成矽錠(dìng)，去除(chú)第二(èr)次區(qū)熔矽錠中金屬雜質聚集的部分和外表(biǎo)部(bù)分，經(jīng)粗粉碎(suì)與清洗後(hòu)，在(zài)電子(zǐ)束融解爐中去(qù)除(chú)磷(lín)和(hé)碳(tàn)雜質，直接(jiē)生成太陽能級(jí)多晶矽。

氣(qì)液沉積法生產粒狀太(tài)陽能級(jí)多晶(jīng)矽(guī)
據(jù)資(zī)料報導[1]以(yǐ)日(rì)本(běn)Tokuyama公司為代表，目(mù)*噸(dūn)試驗(yàn)綫(xiàn)在運行，200噸半(bàn)商業化(huà)規(guī)模生產綫在2005-2006年間投入試(shì)運行(háng)。主(zhǔ)要(yào)工(gōng)藝是：將反(fǎn)應器中的石(shí)墨(mò)管的溫(wēn)度(dù)升高到(dào)1500℃，流體三氯氫矽(guī)和氫(qīng)氣從(cóng)石墨管(guǎn)的(dí)上(shàng)部注入(rù)，在石墨管內(nèi)壁1500℃高溫處反應(yīng)生成液(yè)體(tǐ)狀矽(guī)，然(rán)後(hòu)滴入底(dǐ)部，溫(wēn)度回(huí)升變成固體(tǐ)粒狀的(dí)太陽能級(jí)多晶矽。

3）重摻矽(guī)廢(fèi)料提純(chún)法生(shēng)產太陽能級多(duō)晶矽(guī)
據(jù)美國(guó)Crystal Systems資料報(bào)導(dǎo)[1]，美國通過對重摻單晶矽(guī)生產(chǎn)過程中產生(shēng)的矽廢(fèi)料提純(chún)後(hòu)，可(kě)以(yǐ)用作太陽(yáng)能(néng)電(diàn)池生(shēng)產(chǎn)用的多(duō)晶矽(guī)，終成(chéng)本價(jià)可望控(kòng)製(zhì)在(zài)20美元/Kg以下(xià)。

上(shàng)一條(tiáo)：磷酸根分析(xī)儀的主要特(tè)點和(hé)功能(néng)
下(xià)一條(tiáo)：凝(níng)點(diǎn)傾點(diǎn)測(cè)定(dìng)儀(yí)使用方法及步(bù)驟