一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于介質(zhì)熔煉領(lǐng)域，具體涉及一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝。介質(zhì)熔煉包括2～3次造渣熔煉，其步驟包括將渣劑與硅料按比例混合后放入熔煉爐內(nèi)，調(diào)整功率分次進行造渣熔煉，介質(zhì)熔煉結(jié)束后，把渣劑倒出，將硅液倒入耐熱鑄鐵模具中冷卻后取出，在每次造渣熔煉中，除了最后一次造渣熔煉加入的渣劑為新渣外，其它每次造渣熔煉加入的渣劑是任意比的新渣和舊渣，且每次加入的新渣和舊渣的總質(zhì)量與最后一次加入的新渣的質(zhì)量相同。本發(fā)明的優(yōu)點在于：介質(zhì)熔煉后，所得硅錠中硼雜質(zhì)含量小于0.3ppmw，渣劑利用率提高100%～200%，耗電量減少2000～3000度/噸，介質(zhì)熔煉生產(chǎn)成本直接降低4000～8000元/噸。
【專利說明】一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于介質(zhì)熔煉領(lǐng)域，具體涉及一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界能源危機與環(huán)境污染壓力并存，人們急需清潔、安全，可持續(xù)的新能源。太陽能作為滿足這樣要求的能源，一直都是人們追求的目標。人們對太陽能的使用最早是其熱效應(yīng)的利用，但難以完全滿足現(xiàn)代社會的需要。直到半導(dǎo)體光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，太陽能電池的制造，人們找到太陽能新的利用方式。硅作為太陽能電池的最理想原料，其中的雜質(zhì)主要有Fe、Al、Ca等金屬雜質(zhì)和B、P等非金屬雜質(zhì),而這些雜質(zhì)元素會降低娃晶粒界面處光生載流子的復(fù)合程度，而光生載流子的復(fù)合程度又決定了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，所以有效的去除這些雜質(zhì)在太陽能電池的應(yīng)用方面有著至關(guān)重要的作用。
[0003]太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于對硅原料的提純，在冶金法提純多晶硅的過程中包括介質(zhì)熔煉、定向凝固、電子束提純和鑄錠工藝。冶金法因具備工藝簡單、成本較低的優(yōu)點極具發(fā)展?jié)摿ΑＶT多步驟中以介質(zhì)熔煉要求設(shè)備最為簡單，最容易工業(yè)化推廣。因而介質(zhì)熔煉最具現(xiàn)實的研究價值和應(yīng)用前景。
[0004]傳統(tǒng)的介質(zhì)熔煉過程中，造渣劑只使用一次，介質(zhì)熔煉結(jié)束后舊渣倒出自然冷卻成為廢渣。造渣劑成本高,約占介質(zhì)熔煉總成本的1/3，傳統(tǒng)過程渣劑浪費嚴重，同時單獨處理廢渣也增加了成本投入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，將介質(zhì)熔煉工藝使用后的渣劑，按照一定比例在新的介質(zhì)熔煉工藝中重復(fù)利用，在保證原工藝效果的基礎(chǔ)上，大大降低了渣劑的成本。同時液態(tài)條件下進行液態(tài)渣劑傳輸，減少了再次熔化所需熱能，降低熔煉的耗電量。
[0006]本發(fā)明所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，介質(zhì)熔煉包括2~3次造渣熔煉，其步驟包括將渣劑與硅料按比例混合后放入熔煉爐內(nèi)，調(diào)整功率分次進行造渣熔煉，介質(zhì)熔煉結(jié)束后，把渣劑倒出，將硅液倒入耐熱鑄鐵模具中冷卻后取出，在每次造渣熔煉中，除了最后一次造渣熔煉加入的渣劑為新渣外，其它每次造渣熔煉加入的渣劑是任意比的新渣和舊渣，且每次加入的新渣和舊渣的總質(zhì)量與最后一次加入的新渣的質(zhì)量相同。
[0007]優(yōu)選方案如下:
[0008]每一次造渣熔煉中，硅料與渣劑的質(zhì)量比為(0.5~3):1。
[0009]當(dāng)介質(zhì)熔煉包括2次造渣熔煉時，第一次加入新舊渣劑質(zhì)量比為(2~4):1。
[0010]當(dāng)介質(zhì)熔煉包括3次造渣熔煉時，第一次加入渣劑全部為舊渣，第二次加入新舊渣劑質(zhì)量比為(0.2~I):1。
[0011]舊渣為參與I~3次造渣熔煉后的渣劑。這部分的渣劑的利用率可以達到70~95% ;參與造渣熔煉次數(shù)多于3次的渣劑，其中的有效成分已經(jīng)大量損耗，經(jīng)多次實驗得出，使用參與I~3次造渣熔煉后的渣劑是可以參與進行介質(zhì)熔煉工藝的。
[0012]第一次造渣熔煉在熔煉爐中加入占渣劑總質(zhì)量15~25%的渣劑和全部待提純硅料，控制加熱功率使硅料全部熔化后，再分3~5次加入剩余渣劑進行熔煉。分次加渣的目的是為了使硅料與渣劑反應(yīng)完全。
[0013]介質(zhì)熔煉溫度為1600~1800°C，每次造渣熔煉中硅料全部熔化后，繼續(xù)熔煉20~30min,保證洛劑反應(yīng)完全。
[0014]控制造渣熔煉的功率為180~300kW。
[0015]在本發(fā)明中采用的設(shè)備及裝置，都是介質(zhì)熔煉過程中的常用設(shè)備，包括盛裝反應(yīng)硅渣料坩堝容器、進行熔煉的熔煉爐和感應(yīng)加熱的線圈等。介質(zhì)熔煉中的造渣劑為常用造渣劑，包括二氧化鈦、二氧化硅、氟化鈣、碳酸鈉或硅酸鈉等組成。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，可以按照生產(chǎn)需求來增加或者減少熔煉爐子的數(shù)量；將熔煉后的舊渣倒入耐熱鑄鐵模具中，盡量保證舊渣劑在液態(tài)條件下再次轉(zhuǎn)入其它熔煉爐子進行介質(zhì)熔煉，以滿足工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的要求，同時，減少了渣劑由固態(tài)變成液態(tài)時的時間和能耗，大大的節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于:介質(zhì)熔煉后，所得硅錠中硼雜質(zhì)含量小于0.3ppmw，渣劑利用率提高100%~200%，耗電量減少2000~3000度/噸，介質(zhì)熔煉生產(chǎn)成本直接降低4000~8000元/噸。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合實施例 詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。
[0018]實施例1:
[0019]本實施例中，介質(zhì)熔煉包括2次造渣熔煉。
[0020]每份混合洛劑100kg,由80kg新洛(8kg 二氧化鈦，16kg 二氧化娃,8kg氟化鈣和48kg的娃酸鈉組成)和20kg舊洛組成；向1#爐中加入20kg該混合洛劑,再加入IOOkg娃料；調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈，控制加熱功率為250kW至硅料全部熔化后，分3次加入剩余80kg渣劑，每次加渣后繼續(xù)熔煉20min ;調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈，使熔煉溫度為1800°C，再將上層渣劑的20kg倒入到裝好IOOkg硅料的2#爐內(nèi)，剩余舊渣倒入耐熱鑄鐵模具中，2#爐內(nèi)再加入80kg新渣，調(diào)節(jié)功率到180kW，使2#爐內(nèi)硅料全部熔化，2#爐進行第一次造渣熔煉；同時，向1#爐中分4次加入IOOkg新渣劑，進行1#爐第二次造渣熔煉。
[0021]2#爐第一次造渣熔煉結(jié)束后，將2#爐的上層渣劑的20kg倒入到裝好IOOkg硅料的3#爐內(nèi)，剩余舊渣倒入耐熱鑄鐵模具中，3#爐內(nèi)再加入80kg新渣，調(diào)節(jié)功率到180kW，使3#爐內(nèi)硅料全部熔化，3#爐進行第一次造渣熔煉；同時，向2#爐中分4次加入IOOkg新渣劑，進行2#爐第二次造渣熔煉。
[0022]3#爐第一次造渣熔煉結(jié)束后，將3#爐的上層渣劑全部倒入耐熱鑄鐵模具中，向3#爐中分4次加入IOOkg新渣劑，進行3#爐第二次造渣熔煉。
[0023]控制功率直到1#、2#、3#爐內(nèi)硅料完全熔化后，將上層渣劑倒入耐熱鑄鐵模具中，硅液冷卻后得到硅錠。
[0024]實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，介質(zhì)熔煉包括2~3次造渣熔煉，其步驟包括將渣劑與硅料按比例混合后放入熔煉爐內(nèi)，調(diào)整功率分次進行造渣熔煉，介質(zhì)熔煉結(jié)束后，把渣劑倒出，將硅液倒入耐熱鑄鐵模具中冷卻后取出，其特征在于在每次造渣熔煉中，除了最后一次造渣熔煉加入的渣劑為新渣外，其它每次造渣熔煉加入的渣劑是任意比的新渣和舊渣，且每次加入的新渣和舊渣的總質(zhì)量與最后一次加入的新渣的質(zhì)量相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于每一次造渣熔煉中，硅料與渣劑的質(zhì)量比為(0.5~3):1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于介質(zhì)熔煉包括2次造渣熔煉，第一次加入新舊渣劑質(zhì)量比為(2~4):1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于介質(zhì)熔煉包括3次造渣熔煉，第一次加入渣劑全部為舊渣，第二次加入新舊渣劑質(zhì)量比為(0.2~I):1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于所述舊渣為參與I~3次造渣熔煉后的渣劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于第一次造渣熔煉在熔煉爐中加入占渣劑總質(zhì)量15~25%的渣劑和全部待提純硅料，控制加熱功率使硅料全部熔化后，再分3~5次加入剩余渣劑進行熔煉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于介質(zhì)熔煉溫度為1600~1800°C，每次造渣熔煉中硅料全部熔化后，繼續(xù)熔煉20~30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混渣的介質(zhì)熔煉工藝，其特征在于控制造渣熔煉的功率為180~300kW。
【文檔編號】C01B33/037GK103708465SQ201310654264
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】張磊, 侯振海, 譚毅, 劉瑤 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司