一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本實用新型涉一種分離硅鋁合金的裝置，特別是涉及一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置。
【背景技術】
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[0002]太陽能級硅是光伏產品的主要原材料，其提純成本和產品質量成為制約光伏產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要因素。冶金法是一種低成本、低能耗的多晶硅提純方法，其中合金精煉法是向硅中加入鋁與硅形成硅鋁合金熔體，再通過控制降溫速度，利用雜質在初晶硅與合金熔體之間的分凝效應進行提純。
[0003]硅鋁合金的制取有熔兌法、礦熱還原法和熔鹽電解法等，但其后如何分離硅、鋁是合金精煉法提純多晶硅技術實際應用的難點。目前，對于硅鋁合金相的分離主要有酸溶、合金過濾、感應熔煉、超重力、定向凝固等方法。其中，酸洗是用酸溶出硅鋁合金中鋁，耗酸多，鋁難以回收。消耗大量酸試劑與金屬，造成環(huán)境污染、能耗增加，或者是操作溫度高、設備復雜、效率低下。
【實用新型內容】:
[0004]本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、便于操作、高效的低溫電解分離硅鋁合金的裝置。
[0005]本實用新型以碳質坩禍底部鋁板為陰極，其上方不銹鋼陽極框為陽極，將待分離的硅鋁合金置于籃筐中，在低溫電解質中，通過固態(tài)電解使硅鋁合金分離，得到初晶硅與海綿狀鋁，再經過進一步處理可以獲得太陽能級硅和高純鋁兩種產品。
[0006]本實用新型的目的由如下技術方案實施，一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其包括電解槽和陽極籃筐，所述陽極籃筐插入所述電解槽內；所述電解槽的主體為碳質坩禍，所述碳質坩禍的外壁上貼合設有保溫層，所述保溫層外貼合設有鋼制外殼，所述鋼制外殼價格低易于加工，所述碳質坩禍的底部與所述保溫層之間設有導電板，所述導電板的一端向外延伸至所述鋼制外殼的外側，所述碳質坩禍的內側壁上貼合設有絕緣層，所述碳質坩禍的底部貼合設有鋁板，選用鋁板作陰極，以避免碳陰極與電解產物形成碳化物；
[0007]所述陽極籃筐包括一開口向下的陽極框和開口向上的籃筐，所述陽極框的開口與所述籃筐的開口上下相對搭接成一體，所述陽極框的開口與所述籃筐的開口通過活扣連接，所述籃筐的底部為網狀結構。
[0008]所述陽極框為不銹鋼材質陽極框，所述籃筐底部的網狀結構為不銹鋼絲網，不銹鋼材質陽極框與不銹鋼絲網耐熔鹽腐蝕，且價格低廉。
[0009]所述導電板為低碳鋼導電板。
[0010]所述絕緣層為氮化硅板或耐熱溫度在200°C以上的工程塑料。
[0011]所述電解槽的上口端面涂有氮化硅保護層或耐火水泥保護層。
[0012]所述碳質坩禍的底部一側設有凹槽，便于收集電解產物，所述凹槽表面貼合設有所述鋁板。
[0013]所述碳質坩禍由石墨底板和4塊石墨側板砌成的方形坩禍或由碳磚底板和4塊碳磚側板砌成的方形坩禍。
[0014]所述陽極框的頂部設有提升導電桿、惰性氣體充氣口、壓力計、溫度計和抽氣口，所述提升導電桿的底端固定在所述陽極框的頂部。所述提升導電桿的頂端由電機驅動式陽極提升裝置所夾持，所述提升導電桿在電機驅動式陽極提升裝置驅動下可帶動所述陽極籃筐上下移動。
[0015]所述陽極框外側壁上部設有耐氯氣腐蝕的玻璃纖維密封層，所述陽極籃筐置于所述電解槽內，所述玻璃纖維密封層與所述電解槽開口處的內壁之間密封連接。
[0016]本實用新型的工作原理:選用低溫熔鹽電解質體系，硅鋁合金作為陽極進行恒電流沉積。根據熱力學原理，在陽極合金的各種金屬元素中，只有鋁在陽極上溶解，而如硅、鐵等比鋁不活潑的金屬元素并不溶解，仍留在合金內。在電解液迀往陰極的各種陽離子中，鋁的電極電位比較正，故Al3+優(yōu)先在陰極上獲得電子，析出金屬鋁。電解后，硅以陽極泥形式存在，鋁以陰極產物沉積。
[0017]本實用新型的優(yōu)點:(I)本實用新型裝置結構簡單，操作容易，而且產量大；(2)制造本實用新型裝置所用材料選用較普通的材料即可達到生產要求，生產制造成本低；(3)在低溫下電解，進料和出料均是固體料，避免了高溫氧化；(4)分離硅鋁合金制備初晶硅和高純鋁流程短，操作過程簡單，產量大，生產效率大大提高；(5)大量節(jié)省酸試劑用量，降低材料成本，并可同時回收太陽能級多晶硅和純度為99.3wt%?99.7wt%的鋁，克服了目前酸洗工藝中耗酸量大，鋁難以回收的問題；(6)本實用新型工藝不會對環(huán)境造成污染，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
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[0018]圖1為實施例1低溫電解分離硅鋁合金的裝置結構示意圖。
[0019]圖2為實施例1低溫電解分離硅鋁合金的裝置使用狀態(tài)示意圖。
[0020]導電板1，保溫層2，石墨底板3，石墨側板4，氮化硅板5，籃筐6，陽極框7，氮化硅保護層8，玻璃纖維密封層9，充氣口 10，壓力計11，提升導電桿12，溫度計13，抽氣口 14，電解質15，初晶硅16，海綿鋁17，鋁板18，鋼制外殼19，凹槽20。
【具體實施方式】
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[0021]實施例1:一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其包括電解槽和陽極籃筐；電解槽的主體為碳質坩禍，碳質坩禍由石墨底板3和4塊石墨側板4砌成的方形坩禍，或者碳質坩禍由碳磚底板和4塊碳磚側板砌成的方形坩禍。碳質坩禍的外壁上貼合設有保溫層2，保溫層2外貼合設有鋼制外殼19，鋼制外殼19價格低易于加工，電解槽的上口端面涂有氮化硅保護層8，氮化硅保護層8還可以用耐火水泥保護層代替。碳質坩禍的底部與保溫層2之間設有導電板I，導電板I的一端向外延伸至鋼制外殼19的外側，導電板I為低碳鋼導電板。碳質坩禍的內側壁上貼合設有氮化硅板5，氮化硅板5還可以用耐熱溫度在200°C以上的工程塑料代替。碳質坩禍的底部貼合設有鋁板18，選用鋁板18作陰極，以避免碳陰極與電解產物形成碳化物；碳質坩禍的底部一側設有凹槽20，便于收集電解產物，凹槽20表面貼合設有鋁板18。
[0022]陽極籃筐包括一開口向下的陽極框7和開口向上的籃筐6，陽極框7的開口與籃筐6的開口上下相對搭接成一體，陽極框7的開口與籃筐6的開口通過活扣連接，陽極框7為不銹鋼材質陽極框，籃筐6的底部為不銹鋼絲網，不銹鋼材質陽極框與不銹鋼絲網耐熔鹽腐蝕，且價格低廉。陽極框7的頂部設有提升導電桿12、惰性氣體充氣口 10、壓力計11、溫度計13和抽氣口 14，提升導電桿12的底端固定在陽極框7的頂部。提升導電桿12的頂端由電機驅動式陽極提升裝置所夾持，提升導電桿在電機驅動式陽極提升裝置驅動下可帶動陽極籃筐上下移動；陽極框7外側壁上部設有耐氯氣腐蝕的玻璃纖維密封層9，陽極籃筐置于電解槽內，玻璃纖維密封層9與電解槽開口處的內壁之間密封連接。
[0023]本實用新型以碳質坩禍底部鋁板18為陰極，其上方不銹鋼陽極框7為陽極，將待分離的硅鋁合金置于籃筐6中，在低溫電解質15中，通過固態(tài)電解使硅鋁合金分離，得到初晶硅16與海綿鋁17，再經過進一步處理可以獲得太陽能級硅和高純鋁兩種產品。
【主權項】
1.一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:其包括電解槽和陽極籃筐，所述陽極籃筐插入所述電解槽內；所述電解槽的主體為碳質坩禍，所述碳質坩禍的外壁上貼合設有保溫層，所述保溫層外貼合設有鋼制外殼，所述碳質坩禍的底部與所述保溫層之間設有導電板，所述導電板的一端向外延伸至所述鋼制外殼的外側，所述碳質坩禍的內側壁上貼合設有絕緣層，所述碳質坩禍的底部貼合設有鋁板； 所述陽極籃筐包括一開口向下的陽極框和開口向上的籃筐，所述陽極框的開口與所述籃筐的開口上下相對搭接成一體，所述陽極框的開口與所述籃筐的開口通過活扣連接，所述籃筐的底部為網狀結構。2.根據權利要求1所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述陽極框為不銹鋼材質陽極框，所述籃筐底部的網狀結構為不銹鋼絲網。3.根據權利要求1所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述導電板為低碳鋼導電板。4.根據權利要求1所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述絕緣層為氮化硅板或耐熱溫度在200°C以上的工程塑料。5.根據權利要求1所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述電解槽的上口端面涂有氮化硅保護層或耐火水泥保護層。6.根據權利要求1-5任意一項所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述碳質坩禍的底部一側設有凹槽，所述凹槽表面貼合設有所述鋁板。7.根據權利要求6所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述碳質坩禍由石墨底板和4塊石墨側板砌成的方形坩禍或由碳磚底板和4塊碳磚側板砌成的方形坩禍。8.根據權利要求6所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述陽極框的頂部設有提升導電桿、惰性氣體充氣口、壓力計、溫度計和抽氣口，所述提升導電桿的底端固定在所述陽極框的頂部。9.根據權利要求6所述的一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其特征在于:所述陽極框外側壁上部設有玻璃纖維密封層，所述陽極籃筐置于所述電解槽內，所述玻璃纖維密封層與所述電解槽開口處的內壁之間密封連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種低溫電解分離硅鋁合金的裝置，其包括電解槽和陽極籃筐；所述電解槽的主體為碳質坩堝，所述碳質坩堝的外壁上貼合設有保溫層，所述保溫層外貼合設有鋼制外殼，所述碳質坩堝的底部與所述保溫層之間設有導電板，所述導電板的一端向外延伸至所述鋼制外殼的外側，所述碳質坩堝的內側壁上貼合設有絕緣層，所述碳質坩堝的底部貼合設有鋁板。本實用新型裝置結構簡單、操作容易、產量大；在低溫下電解，進料和出料均是固體料，避免了高溫氧化，操作過程簡單且節(jié)能環(huán)保，生產成本低。
【IPC分類】C30B28/04, C25C3/06, C01B33/037
【公開號】CN204702812
【申請?zhí)枴緾N201520234333
【發(fā)明人】石富
【申請人】內蒙古機電職業(yè)技術學院
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年4月17日