两步热还原法制备太阳能级硅
如何制备高纯硅
用冶金法制备高纯硅一、方法及原理1、方法：冶金法制备太阳能级多晶硅是指采用冶金工艺去除工业硅中的各种杂质元素提纯多晶硅，从而使其纯度符合太阳能级多晶硅的提纯技术，冶金工艺包括：湿法冶金、合金法、定向凝固、真空精炼、电子束精炼、等离子体精炼、湿法冶金、直拉单晶等。
2、原理：电磁感应原理、造渣精炼原理等（1）电磁感应原理电磁感应现象是法拉第发现的，即当通过金属导体闭合回路的总磁通量改变时，则导体回路将会产生电流。
在导体回路中产生的电势称为感应电动势。
（2）造渣精炼原理造渣氧化精炼去除杂质的机理是高温条件下硅溶体中不易挥发的杂质会与氧化物发生氧化反应，杂质氧化后形成渣相，密度高的渣相沉于硅溶体底部，密度低的则浮于硅溶体表面，凝固后渣相与硅分离达到除杂效果。
二、工艺流程及主要设备1、工艺流程冶金级硅→酸洗→氧化精炼→真空处理→凝固精炼→太阳能级硅2、主要设备：真空中频感应炉、石英陶瓷坩埚、磁场发生器、电阻炉以及石墨坩埚。
三、可行性分析目前，世界上生产太阳能级多晶硅主要是采用改良西门子法，改良后的西门子法增加30%沉积速率，在一定程度上降低了生产成本和对环境的污染，但是国内并没有掌握西门子法的核心技术，在生产太阳能级多晶硅时不仅成本较高而且污染严重；同时在依靠国家政府补贴的条件下，大量生产造成了产能过剩，所以国内高成本和高污染的太阳能级多晶硅生产工艺成为光伏产业的障碍。
在这种形势下，研究相对低成本、低污染、高效率的太阳能级多晶硅制备工艺有非常重要的意义。
四、优缺点分析1、优点（1）冶金法制备太阳能级多晶硅己经在生产成本和环境保护方面展现出其特有的优势冶金法能耗低、成本低、无污染，生产安全，所以被公认为多晶硅制备工艺中最有前途的一种工艺。
（2）硅所用的矿热炉具有工艺流程短、生产效率高、环境污染小、节约能源、生产成本低的特点，且矿热炉的结构简单、容易控制、占地面积小、投资小、建成速度快、工艺操作成熟。
2、缺点（1）冶金硅是在矿热炉中以硅石和碳质还原剂为原料制得的。
多晶硅
多晶硅产品分类:多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（工业硅）、太阳能级、电子级。
1、冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。
一般含Si 为90 - 95％以上，高达99.8％以上。
2、太阳级硅（SG）：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。
一般认为含Si在99.99 ％– 99.9999％（4～6个9）。
3、电子级硅（EG）：一般要求含Si > 99.9999 ％以上，超高纯达到99.9999999％～99.999999999％（9～11个9）。
多晶硅生产流程：1，西门子法，改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成H C l（或外购HCl），HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3进行分离精馏提纯，提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。
改良西门子法包括五个主要环节：即SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。
改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产太阳能级与电子级多晶硅。
改良西门子法生产多晶硅属高能耗的产业，其中电力成本约占总成本的70%左右。
2，硅烷热分解法，1956年，英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷（SiH4 ）热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。
1959年，日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。
后来，美国联合碳化物公司采用歧化法制备SiH4，并综合上述工艺且加以改进，便诞生了生产多晶硅的新硅烷法。
硅烷法与改良西门子法接近，只是中间产品不同，改良西门子法的中间产品是SiHCl3，而硅烷法的中间产品是SiH4。
SiH4是以SiCl4氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法来制取，然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。
日本小松公司曾采用过此技术，但由于发生过严重的爆炸事故，后来就没有继续推广了。
硅热还原法
硅热还原法简介硅热还原法（Silicon Thermite Reduction）是一种用于产生纯度较高的硅的工艺方法。
硅是一种重要的材料，广泛应用于半导体行业、太阳能电池、玻璃制造等领域。
硅热还原法通过热还原反应，将硅矿石转化为纯度较高的硅。
工艺步骤硅热还原法主要包括以下几个步骤：1.原料准备：硅矿石是硅热还原法的主要原料。
通常使用的硅矿石包括二氧化硅矿石和含有氧化铝、氧化铁等杂质的矿石。
原料需要进行粉碎和筛分，以获得适合反应的颗粒大小。
2.配料混合：将粉碎后的硅矿石与适量的还原剂混合。
常用的还原剂包括金属铝粉、铁粉等。
还原剂在反应中起到还原二氧化硅的作用。
3.反应炉装载：将混合好的原料装入反应炉中。
反应炉通常由耐火材料制成，能够承受高温和化学反应的侵蚀。
4.热还原反应：反应炉中的原料在高温条件下进行热还原反应。
反应的主要化学方程式为： SiO2 + 2Al -> Si + 2Al2O3在反应过程中，金属铝被氧化成为氧化铝，同时还原二氧化硅生成纯度较高的硅。
5.冷却与分离：反应结束后，将反应炉冷却，并将产生的硅与氧化铝进行分离。
可以通过物理方法，如破碎、筛分等，将硅和氧化铝分开。
6.精炼与深加工：得到的硅可以通过精炼工艺进一步提高纯度，使其达到特定的应用要求。
精炼方法包括区熔、浮选、氧化物溶解等。
精炼后的硅可以进行深加工，制成所需的形状和尺寸。
工艺特点硅热还原法具有以下几个特点：1.高纯度：硅热还原法能够生产高纯度的硅。
在热还原反应中，金属铝能够更好地与氧化硅反应，减少杂质的存在。
通过精炼工艺，还可以进一步提高硅的纯度。
2.制备成本低：硅热还原法的原料成本相对较低。
硅矿石广泛存在于自然界中，是一种取之不尽的资源。
还原剂如金属铝也具有较低的成本，并且可循环利用。
3.工艺简单：硅热还原法的工艺相对简单，不需要复杂的装置和高能耗。
原料的准备和反应炉的装载都比较简便。
同时，反应过程中无需添加其他化学试剂，降低了工艺的复杂性。
硅的制备和提纯
硅的制备和提纯硅是一种非金属元素，化学符号为Si，原子序数为14。
它是自然界中第二多的化学元素，仅次于氧气。
硅在地壳中的含量非常丰富，主要以二氧化硅的形式存在于石英、玻璃和硅酸盐等矿物中。
硅可以通过多种方法制备和提纯，本文将对其制备和提纯的相关内容进行探讨。
硅的制备硅可以通过多种方法制备，其中最常用的方法是通过还原氧化硅或氯化硅制备。
下面我们将分别介绍这两种方法的具体步骤。
还原氧化硅制备硅还原氧化硅是一种常见的制备硅的方法，主要步骤如下：1. 将高纯度的二氧化硅粉碎成粉末状。
2. 将粉末状的二氧化硅与还原剂（通常为木炭或焦炭）混合均匀。
3. 将混合物加入到电阻炉或石墨炉中，进行加热反应。
4. 通过高温还原反应，二氧化硅和还原剂发生化学反应，生成硅和一氧化碳气体。
5. 将生成的硅冷却后进行分离和提纯。
这种方法制备的硅常称为冶金硅，主要用于合金制备和半导体工业。
氯化硅制备硅氯化硅制备硅是另一种常见的方法，其步骤主要如下：1. 将二氧化硅与氯气在高温条件下进行氯化反应，生成氯化硅。
2. 将氯化硅加入于液态锂中，进行还原反应。
3. 通过还原反应，氯化硅被还原成硅，并生成氯化锂。
4. 将生成的硅冷却后进行分离和提纯。
这种方法制备的硅常称为多晶硅，主要用于半导体工业和太阳能电池制造。
硅的提纯在实际应用中，由于制备过程中会引入一些杂质，因此需要对硅进行提纯，以满足不同行业的需求。
常见的硅提纯方法包括氧化法、凝聚法和氢气还原法等，下面将分别介绍这些方法的具体步骤。
氧化法氧化法是一种常见的硅提纯方法，其主要步骤如下：1. 将硅与氧气在高温条件下进行氧化反应，生成一氧化硅。
2. 通过高温挥发法或水热法去除一氧化硅中的杂质。
3. 将提纯后的一氧化硅在还原条件下生成硅。
这种方法通常用于提纯工业级硅，以满足半导体行业和光伏行业的需求。
凝聚法凝聚法是另一种常见的硅提纯方法，其主要步骤如下：1. 将硅蒸气在低温条件下进行凝聚，生成块状硅。
硅的制备及其晶体结构
硅的制备及其晶体结构硅是一种广泛应用于电子、光学和太阳能等领域的重要材料。
在本文中，我们将探讨硅的制备方法以及硅的晶体结构。
硅的制备方法有多种，常见的包括物理和化学两种方法。
物理方法主要包括熔融法和气相沉积法。
化学方法则包括褐煤炭化方法、金属硅还原法和硅酸盐熔融法等。
熔融法是硅的传统制备方法之一，其主要步骤包括矿石选矿、冶炼和提纯。
选矿过程是从矿石中分离出含硅矿石的步骤，冶炼过程是将含硅矿石加热至高温以分解硅矿石，生成气态的硅化物，然后将其冷凝收集。
提纯过程是通过化学反应和物理分离等方法进一步提高硅的纯度。
气相沉积法是一种现代化学气相沉积技术，通过将硅源气体（例如氯硅烷）和载气（例如氢气）送入高温反应室中，使硅源气体发生热解，生成纯净的SiH4气体，然后将其沉积在基底上形成硅薄膜。
褐煤炭化方法是一种将褐煤作为原料进行硅制备的方法。
褐煤中含有大量的有机物和硅质颗粒，通过加热褐煤至高温，使硅质颗粒脱除有机物并形成硅化物，然后通过浸出、焙烧和还原等步骤提取出纯净的硅。
金属硅还原法是一种将二氧化硅与金属硅在高温条件下反应生成金属硅的方法。
该方法需要高温和高压条件，并能够生产高纯度的硅。
硅酸盐熔融法是一种利用硅酸盐矿石制备硅的方法。
矿石经过破碎、石灰烧结和还原等步骤，将硅酸盐矿石中的硅氧化为气态硅酸盐，然后进行湿法提取、干燥、还原等处理，最终得到纯净的硅。
硅的晶体结构是面心立方结构，每个硅原子和其周围的四个硅原子形成共价键。
硅晶体的晶格常数约为0.543 nm，每个晶胞中有8个硅原子。
硅晶体具有良好的热稳定性和电性能，可用于制备半导体器件。
总结起来，硅的制备方法有物理和化学两种。
物理方法包括熔融法和气相沉积法，化学方法包括褐煤炭化方法、金属硅还原法和硅酸盐熔融法。
硅的晶体结构是面心立方结构，每个硅原子与其周围的四个硅原子形成共价键。
硅的制备和晶体结构研究对于进一步应用和发展硅材料具有重要意义。
如何提炼硅
如何提炼硅&多晶硅生产工艺纯净的硅(Si)是从自然界中的石英矿石(主要成分二氧化硅)中提取出来的,分几步反应:1.二氧化硅和炭粉在高温条件下反应,生成粗硅:SiO2+2C==Si(粗)+2CO2.粗硅和氯气在高温条件下反应生成氯化硅:Si(粗)+2Cl2==SiCl43.氯化硅和氢气在高温条件下反应得到纯净硅:SiCl4+2H2==Si(纯)+4HCl以上是硅的工业制法,在实验室中可以用以下方法制得较纯的硅:1.将细砂粉(SiO2)和镁粉混合加热,制得粗硅:SiO2+2Mg==2MgO+Si(粗)2.这些粗硅中往往含有镁,氧化镁和硅化镁,这些杂质可以用盐酸除去:Mg+2HCl==MgCl2+H2MgO+2HCl==MgCl2+H2OMg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH43.过滤,滤渣即为纯硅（一）国内外多晶硅生产的主要工艺技术1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。
2，硅烷法——硅烷热分解法硅烷（SiH4）是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。
然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。
以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。
但美国Asimi和SGS 公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
3，流化床法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。
制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。
因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。
工业硅生产和冶金法太阳能级多晶硅的制取
～
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量 不多
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太阳能级多晶硅生产工艺介绍
流化床法是美国 Boeing 公司研发的多晶硅生产工艺，该方法主要采用硅籽作为 沉积体，再将其与卤硅烷进行反应，进而制造多晶硅。流化床法制造多晶硅需要 用到流化床反应器，具体反应过程如下：将 SiHCl3 和 H2 由底部注入到反应装 置中，在经过加热区和反应区后，可以和装置顶部的硅晶体进行反应，反应条件 需要处在高温环境，同时在气相沉积的作用下，硅晶体将会不断增多，最终可以 形成多晶硅产物。该方法与西门子法相比主要具有以下优势：第一，可以进行连
加的节能，能耗大约在 40kW·h/kg 左右。然而，该方法存在着一定的安全问题， 这是由硅烷的特性决定的，硅烷是一种易燃、易爆的气体，这极大地增加了硅烷 的保存难度，在日常生产过程中不易于管理。产品和晶种相对容易受到污染，存 在超细硅粉问题，工艺和设备成熟度较低。
3. 冶金法
冶金法制备多晶硅主要分为两个步骤：第一，需要采用真空蒸馏、定向凝固等方 式对工业硅进行提纯，去除工业硅中的杂质，使其纯度达到要求。第二，通过等 离子炉清除 C、B 等元素，得到更加纯净的硅元素。通过这种方式制备的多晶硅 具有 P-极性，并且电阻系数较小，因而具有较高的光电转化效果。日本 Kawasaki Steel 企业采用的就是这种制造方式，可以有效地对工业硅进行提纯。此外，上 述方法还可以进行优化，优化过程主要用到了湿法精炼极性处理。通过这种方式 可以对多晶硅进一步进行精炼，与未使用该方法相比，可以将太阳能电池的工作 效率提升到 15%左右。由此可见，多晶硅的纯度非常的重要，通过提高多晶硅 的纯度可以极大地改变多晶硅的物理特性，能够在很大程度上提高太阳能电池的 工作效率。
6. 电解法
电解法采用电解硅酸盐的方式得到纯度较高的硅，在电解装置中，以 C 作为阳 极，反应温度控制在 1000℃，在经过一段时间的电解反应后，Si 单质将会在阴 极上附着，阳极生成 CO2 气体。电解反应对电极材料的要求较高，这是因为在 电解反应中，尤其是温度较高的反应条件下，电极极易发生腐蚀，进而将新的杂 质引入反应体系中，如 B、P 等，对硅的纯度造成影响。以 CaCl2 作为熔盐电解 为例，使用石墨作为阳极，阴极采用特制材料。电解完成后，需要将阴极置于真
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和对可再生能源的迫切需求，太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
太阳能级多晶硅作为太阳能电池的主要原料，其质量对太阳能电池的光电转换效率具有决定性影响。
研究和开发高效、环保的太阳能级多晶硅制备技术，对于推动太阳能产业的发展具有重要意义。
本文旨在探讨冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的研究。
我们将简要介绍太阳能级多晶硅的制备原理及其在太阳能电池中的应用。
我们将重点阐述冶金提纯法的原理、工艺流程及其优点，同时分析该方法在制备太阳能级多晶硅中的适用性。
我们将通过实验数据，详细分析冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的效果，包括纯度、晶体结构、光电性能等方面的评价。
我们将对冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的前景进行展望，并提出可能的改进方向和建议。
通过本文的研究，我们期望能够为太阳能级多晶硅的制备提供一种新的、高效的方法，为推动太阳能产业的发展做出贡献。
二、太阳能级多晶硅的制备方法与比较冶金法提纯：冶金法提纯多晶硅主要包括硅矿的破碎、熔炼、精炼等步骤。
通过高温熔炼，硅矿石中的杂质如铁、铝、钙等被氧化去除，得到较为纯净的硅液。
随后，硅液经过进一步的精炼处理，如定向凝固、区域熔炼等，以去除残余杂质，最终得到太阳能级多晶硅。
冶金法提纯具有原料丰富、成本低廉的优点，但其提纯效率相对较低，且对环境污染较大。
化学气相沉积法（CVD）：CVD法是通过在反应器中使含硅气体在高温下分解，生成硅沉积在基底材料上，再经过退火、切割等工艺得到多晶硅。
该方法提纯效率高，制备的多晶硅纯度高，适用于大规模生产。
CVD法所需的设备投资大，运行成本高，且制备过程中产生的废气处理难度较大。
硅烷法：硅烷法是通过硅烷气体的热分解制备多晶硅。
硅烷气体可通过氢化硅烷化反应制备，其纯度较高。
硅烷法制备的多晶硅纯度高，且制备过程相对简单。
硅烷气体具有毒性，储存和运输过程中需采取严格的安全措施，限制了其在大规模生产中的应用。
国内外太阳能级多晶硅生产企业
国内外太阳能级多晶硅生产企业国外厂商1、tokuyama（日本）以三氯氢硅和氢气为原料，管状炉反应器，…VLD‟工艺使用石墨管将温度升高到1500℃，三氯氢硅和氢气从石墨管上部注入，在1500℃的石墨管壁上反应生成液体硅，然后滴入底部，降温变成固体粒状硅。
此工艺研发始于1999年，除反应器外主工艺仍属西门子工艺。
2、wacker（德国）以三氯氢硅和氢气为原料，流化床反应器，工业级试验线用了两个多晶硅反应器，反应器为FBR型。
100吨试验线在2004年10月投入运行，除反应器外主工艺仍属于西门子工艺。
与保定英利签有长期合同。
德国Wacker公司与Simens公司合作开发了西门子法，并于1959年开始工业化生产多晶硅325公斤。
Wacker公司是目前世界第二大多晶硅厂，也是目前世界上最大的半导体硅材料厂之一，其产业链包括多晶硅、单晶硅（CZ和FZ）、硅片（磨片和抛光片）、太阳电池用铸锭硅和切片。
Wacker公司的多晶硅计划的增产速度较快，在短短四年中增产8400吨。
除了资金和成熟技术的实力外，更重要的是Wacker 公司也是德国最大的化学工业厂。
不仅有丰富的原辅材料，同时还有自备的水利发电厂。
3、hemlock（美国）世界第一大多晶硅生产企业。
4、EMC（美国）MEMC有2年扩张计划，由目前3800吨到2年后的8000吨，扩张部分主要为太阳能级多晶硅。
与无锡尚德签有长期合同，合同金额高达60亿美元。
5、厂商：俄罗斯：拟在乌索里－西伯尔斯科建一个年产2000吨的多晶硅厂，5年扩产至5000吨，采用俄稀有院技术。
距莫斯科200公里的巴斗尔斯克的化学冶金工厂建一个1500吨/年的硅厂，设备以购置西方为主。
俄铝业巨头拟在东西伯利亚建一个3500吨硅厂。
乌克兰：德国在乌克兰的康采恩拜尔公司以贷款方式，恢复乌克兰的两个多晶硅厂。
扎巴罗日厂生产的多晶硅以80美元/公斤价格来低偿贷款。
韩国的DC Chemical 宣布投资2.5亿美元，建立多晶硅厂。
赛维生产实习报告
赛维生产实习报告一、实习目的作为一名太阳能光伏的大学生，三年多的专业学习，掌握了很多太阳能光伏的专业知识。
理论知识、生产工艺路线通过学习都有了一定认识，但是之前所有的学习都是抽象、空洞的。
理论知识必须要通过自己的亲身体验，才能彻底理解和掌握，这就是我们常说的“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。
知识是虚的，只有我们把理论知识应用于生产，才会体现知识的价值和力量。
这一点对于工科大学生来说尤为重要，在以后的工作岗位上，我们就是把大学所学到的知识应用于生产，只有专业知识与生产相结合，才能体现我们的专业性，否则，我们的优势就体现不出来。
二、实习内容此次安排实习的企业是位于江西新余的赛维LDK，实习时间为：2015/10/21-2015/10/28,具体安排为：2015/10/21:第一天的安排比较轻松，上午主要是由赛维集团的培训师给我们介绍赛维LDK的企业文化、公司业务、营运状况等，此外还给我们在以后的职场生涯提供了很多值得借鉴的忠告和建议。
通过老师的介绍，我们对赛维LDK有了一个比较全面的了解，对于赛维在多晶硅太阳电池生产领域对行业的贡献感到敬佩；对公司从创立到如今，企业脚踏实地，在推动中国太阳能进步的过程中负责任的态度感到敬佩；对赛维绿色、智慧、超越、奉献的核心价值感到敬佩。
从05年创立到现在，赛维的历程就如同过山车般跌宕起伏，有高潮有低谷，但是公司坚持了下来，现在逐渐好转，这种坚持不懈的精神值得我们学习。
另一方面，老师对我们的职场建议，让我们受益匪浅，特别是职场的坚持，对于刚入职的新人来说尤为重要，频繁的变换工作对于一个新人来说不是一件好事。
下午主要是一个趣味游戏，主要是考验我们的团队，以及思考问题的能力，通过这次趣味游戏，我们明白了团队之间的团结与合作对于团队成功的重要性，很对时候我们都把注意力放在自己身上，没有意识到自己也是团队的一员。
此外思考问题的能力在这个趣味游戏中也暴露出了很大的问题，首先是对于游戏规则的理解，在游戏中没有合理应用规则，拘泥于以往的经验，理所当然的理解游戏规则，导致游戏最终没能成功。
硅的提纯
为了将粗硅提纯到太阳能级电子级硅所需的纯度，硅必须经过化学提纯或者物理提纯。 所谓硅的化学提纯是把低纯度硅用化学方法转化为硅的中间化合物，再将中间化合物提纯至 所需的高纯度，然后再还原、分解成为高纯硅单质。中间化合物一般选择易于合成、化学分 离和提纯的中间产物。曾被研究过的中间化合物有四氯化硅、四碘化硅、硅烷等，现在通用 的是三氯氢硅还原法（即西门子法），硅烷法[1-3]。中间化合物提纯到所需要的纯度后，在后 续的还原工艺中应特别注意，因为在还原过程中如果工艺技术不恰当，将会造成污染而降低 产品的纯度。因此，还原也是重要的工艺过程。化学法提纯高纯多晶硅的生产方法大多数分 为三个步：①中间ห้องสมุดไป่ตู้合物的合成；②中间化合物的分离提纯；③中间产物被还原或者是分解 成高纯硅还原成高纯硅。
图 3-1 理想溶液的 T-X-Y 图 在图 3-1 中，横坐标表示组分（X 表示液相的组分，y 表示气相的组分），坐标 T 表示 温度，Ta，Tb 分别表示 A、B 组分的沸点。下面一条曲线称为液相线，上面一条曲线成为气 相线。这两条曲线把 T-X-Y 图分为三个区域，液相线以下为液相区，气相线以上为气相区， 两线之间为气液共存区。对组分为 XF 的溶液，温度从低到高上升到 T1 时，遇到液相线（J 点）。这时，正好产生第一个气泡，故液相线又称为泡点曲线。该组分气从高温状态下降温 度直至遇到气相线（H 点），则产生第一个液滴，相应的温度为 T3，即露点，故气相线称为 露点曲线。溶液的组元不同时，T-X-Y 曲线也各异，可由实验测得。 从图 3-1 可见，在任一温度下，气相中易挥发组分 B 的含量总是高于液相中易挥发组 分 B 的含量。所以将双组分溶液进行简单蒸馏，加热溶液到沸点，用冷凝器将所产生的蒸 汽冷凝并收集馏出液，进行一段时间就把原液分成含易挥发组分较多的馏出液和难挥发组分 较多的残留液。蒸馏是一种简单的分离手段，虽有分离提纯作用，但效果不够理想。精馏则 是一种很有效的提纯技术。 2 精馏原理[8, 9] 如图 3-1 所示，某双组分溶液加热到（J 点），液体开始沸腾，产生的蒸汽组成为 Y1， Y1 与 XF 平衡，这时 Y1 中的易挥发成分 B 大于 XF 中的 B 成分。温度若再继续升温到 T3(H 点),液相终将消失，这时蒸汽的组成与溶液的最初组成 XF 相同，但在 JH 之间加热，却进行 着部分汽化和部分冷凝，使溶液成为不同成分的液体和蒸汽，如图 3-2 所示, XF 加热到 T2 时，气、液两相共存，液体组成为 X2，蒸汽组成为 Y2。如分别收集，就可得到组分不同的 物质。所以，部分汽化和冷凝能使成分得到改变。如让 X2，Y2 成分再进行部分汽化和部分 冷凝，一步一步地蒸馏和冷凝的过程如图 3-2 的所示箭头方向，终将使 A 与 B 两种组元完 全分离。这是不切实际的很不经济的方法，不过这一原理促成了精馏技术的发展。
制高纯硅的化学方程式-解释说明
制高纯硅的化学方程式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述制备高纯硅是一项重要的化学工艺，高纯硅在电子、光伏、半导体和其他领域具有广泛应用。
本文将介绍制备高纯硅的方法和相关化学方程式，并探讨其在不同领域的应用。
通过深入了解高纯硅的制备和应用，可以为相关行业提供参考和指导，促进产业技术的进步和发展。
内容1.2 文章结构本文将首先介绍制备高纯硅的方法，包括传统的化学还原法、气相法和物理方法等。
然后详细讨论制备高纯硅时所涉及的化学方程式，包括反应物、生成物以及反应条件等。
最后，将探讨高纯硅在应用领域的广泛用途，如半导体制造、光伏产业和化工领域。
通过对这些内容的分析，我们可以更好地了解高纯硅的制备方法和应用价值。
1.3 目的：本文旨在探讨制备高纯硅的化学方程式，介绍制备高纯硅的方法以及其在应用领域的重要性。
通过对化学方程式的详细讲解和分析，让读者对高纯硅的制备过程有更深入的了解，同时展望高纯硅在未来的发展前景。
希望通过本文的阐述，能够让读者对高纯硅有更全面的认识，对相关领域的研究和实践有所帮助。
2.正文2.1 制备高纯硅的方法制备高纯硅主要有两种常用的方法，一种是通过硅矿石还原法，另一种是通过硅烷化合物加热分解法。
硅矿石还原法是将硅矿石与焦炭或木炭在高温下进行还原反应，得到冶炼的金属硅，然后再通过化学纯化的方法得到高纯度硅。
这种方法主要用于工业生产中，能够获得较高纯度的硅，但成本较高且工艺较为复杂。
硅烷化合物加热分解法是指利用硅烷类化合物（如三氯硅烷、氢氯硅烷）作为原料，经过氢化后得到高纯度的硅。
这种方法相对来说工艺简单，成本较低，适合实验室小规模制备高纯硅。
除了以上两种常用方法外，还有一些其他制备方法，如溅射法、气相淀积法等，这些方法在特定领域有着独特的应用优势。
总的来说，制备高纯硅的方法有多种多样，选择合适的方法取决于具体的需求和应用场景。
随着技术的不断发展，相信会有更多更高效的制备方法被研发出来。
硅的工业制法
硅的工业制法硅是一种非金属元素，化学符号为Si，原子序数为14。
它在自然界中广泛存在于岩石、矿物和土壤中，也是地球上最丰富的元素之一。
硅具有良好的导电性、耐高温性和抗腐蚀性，因此被广泛应用于电子、半导体、太阳能电池等领域。
硅的工业制法主要有两种：炼铁炉法和气相沉积法。
1. 炼铁炉法炼铁炉法是最早用于生产硅的方法之一。
该方法利用高温还原反应将二氧化硅还原成纯度较高的硅。
具体步骤如下：（1）将二氧化硅与焦碳混合后放入电弧炉或冶金炉中加热，使其发生还原反应；（2）在高温下，焦碳与二氧化硅反应生成一氧化碳和二氧化碳，同时将二氧化硅还原成纯度较高的硅；（3）将产生的一氧化碳和二氧化碳通过冷却系统收集并处理。
该方法可以生产出高纯度的硅，但生产成本较高，且对环境污染较大。
2. 气相沉积法气相沉积法是一种新型的硅制备方法，也是目前最常用的方法之一。
该方法利用化学反应将气态硅源沉积在基板上形成薄膜或晶体。
具体步骤如下：（1）将硅源（如三氯化硅、三甲基硅烷等）和载气（如氢气、氮气等）混合后送入反应室中；（2）在高温下，硅源与载气发生化学反应生成SiH4等化合物；（3）将SiH4等化合物通过导向系统输送到基板表面，在表面发生沉积反应生成薄膜或晶体。
该方法具有生产周期短、成本低、污染小等优点，可以制备出高质量、大面积的硅材料。
总结：以上是两种主要的硅制备方法。
随着科技的进步和工业技术的不断创新，还会出现更多更先进的制备方法。
无论采用哪种方法，都需要考虑到生产成本、环境保护和产品质量等因素。
硅作为一种重要的工业原料，将继续在各个领域发挥重要作用。
世界上主要的几种多晶硅生产工艺
世界上主要的几种多晶硅生产工艺1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。
2，硅烷法——硅烷热分解法硅烷（SiH4）是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。
然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。
以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。
但美国Asimi和SGS 公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
3，流化床法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。
制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。
因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。
唯一的缺点是安全性差，危险性大。
其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。
此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。
目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。
此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。
4，太阳能级多晶硅新工艺技术除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外，还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。
1）冶金法生产太阳能级多晶硅据资料报导[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂（SHARP公司）应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。
主要工艺是：选择纯度较好的工业硅（即冶金硅）进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。
多晶硅制备工艺发展历程
多晶硅制备工艺发展历程光伏的发现到太阳能电池的诞生目前可知的最早的有关的光伏发现的资料是1839年，Alexandre Edmond Becquerel（亚历山大.埃德蒙.贝克勒尔）通过电极的导电溶液暴露在光线下观察到的光生伏特效应。
光生伏特效应原理图1873年，Willoughby Smith（威洛比.史密斯）发现，硒显示光电导。
1883年，Charles Fritts （查尔斯.弗瑞兹）开发出通过使用硒镀在一个薄层的黄金上面来形成发电设备——发出小于1％的效率的太阳能电池。
从1839年科学家发现了光生伏特现象，到1883年开发出太阳能发电电池，历时近半个世纪，尽管效率才1%左右。
在随后的半个多世纪，产生了很多关于太阳能电池的专利，但基本没有里程碑式的突破。
下一次历史性的重大突破要到1954年，贝尔实验室开发出大约6%效率的现代太阳能硅电池。
这距离1883年的1%效率的电池，时隔七十年之久。
杜邦发明锌还原法，多晶硅诞生1865年，美国杜邦公司发明了锌还原法，在900~1000℃的高温下使用锌还原四氯化硅（SiCl4，STC）产生单质硅。
经过7-8年的探索，制得30-100Ω.cm电阻率的多晶硅样品。
锌还原法又称杜邦法。
SiCl4 + 2Zn ==== Si + 2ZnCl2 900-1000℃提拉法的发明让多晶硅成功转化为单晶硅1916年，波兰科学家Jan Czochralski（杨.柴可拉斯基）偶然发现了一种方法来生长单晶体金属——提拉法，并经过研究总结写成论文，于1918年发表在德国Zeitschrift fuer Physikalische Chemie（物理化学学报）上。
此后，这样方法流行开来，成为此后提纯锡、锌、铅等金属的方式。
1948年，Gordon Teal（戈登.蒂尔）和JohnLittle（约翰.利特尔）采用此柴氏提拉晶体生长法，先是生长出单晶锗，继而生长出单晶硅。
提拉法原理图四氯化硅氢还原法（贝尔法）贝尔实验室于1930-1955年发明四氯化硅氢还原法生产多晶硅，并在钼丝上沉积，然后将多晶硅剥下来拉制单晶硅，或在石英管内反应制得针状硅收集后拉制单晶硅，制得P型电阻率100-3000Ω·cm的单晶硅。
硅知识点总结
硅知识点总结硅是一种重要的非金属元素，也是半导体材料的主要组成部分。
在现代科技发展中，硅的应用越来越广泛，涉及到电子、信息、能源等众多领域。
深入了解硅的性质和应用，对于我们更好地理解现代科技的发展具有重要的意义。
本文将对硅的知识点进行总结，以便读者更好地了解这个重要的元素。
一、硅的基本性质1.1物理性质硅的原子半径为0.118 nm，原子序数为14，相对原子质量为28.09，密度为2.33 g/cm3。
硅的晶体结构为面心立方晶系，共有三种常见结构：金刚石型结构、锗型结构和立方晶型结构。
硅的熔点为1415℃，沸点为2355℃，比熔对为-168℃，是一种典型的半导体材料。
硅的热导率、电导率、热膨胀系数和硬度都比较高，可以用于制造高温、高压的电子元件。
1.2化学性质硅在常温下不与大多数化学物质反应，但是会与强氧化剂如氧气、水等反应。
硅和氧气反应可以生成二氧化硅，化学式为SiO2。
二氧化硅是一种重要的无机化合物，在材料科学、环保和净水等领域都有广泛的应用。
二、硅的制备方法2.1物理制备硅的物理制备主要有两种方法：热分解和顶硼热还原法。
其中热分解法是将硅化物在高温下进行分解，生成纯度较高的硅；顶硼热还原法是将硅化铝和贫硅化物在高温下反应生成硅。
2.2化学制备化学制备硅的方法主要有两种：氢氧化钠法和三氯硅烷法。
其中氢氧化钠法是将高纯度的二氧化硅与氢氧化钠进行反应，生成硅酸钠，并经过还原反应得到硅质量；三氯硅烷法是将三氯硅烷和氢气在催化剂作用下反应生成硅，适用于大规模生产。
三、硅的应用领域3.1电子领域硅是电子工业中半导体材料的主要成分之一，广泛应用于半导体器件、集成电路、太阳能电池等领域。
其中硅晶体管是电子工业中的重要发明，可以放大电信号，是电子通信领域的核心元件。
3.2信息领域硅还广泛应用于计算机、手机等信息产品中，硅片是制造集成电路的重要材料。
除此之外，硅还可以用于制造LCD显示器等多种信息产品。
3.3能源领域硅在能源领域的应用主要是太阳能电池。
多晶硅制备技术
第二章太阳能级多晶硅生产工艺简介近年来出现了不少新技术、新工艺，其中改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应器法三种技术已比较成熟，应用也较为广泛，既可用于太阳能级多晶硅的生产，也可用于电子级多晶硅的生产，其它几种则主要是用于太阳能级多晶硅的生产。
2.1 改良西门子法—闭环式SiHCI3氢还原法1955年西门子公司研究成功开发了用H2还原SiHCI3，生成的硅沉积在发热的硅芯上的工艺技术，并于1957年建厂进行工业规模生产，这就是通常所说的西门子法。
随后，西门子工艺的改进主要集中在减少单位多晶硅产品的原料、辅料、电能消耗以及降低成本等方面，于是形成当今广泛应用的改良西门子法5。
改良西门子法在西门子法工艺基础上，增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，所以又称（闭环式SiHCI3氢还原法）。
改良西门子法包括5个主要生产环节：(1)、SiHCI3的合成2Si+10HCI 200---800或0.05---3MPa 2SiHCI3+SiCl4+4H2该反应所用反应器经历了从固定床、搅拌床到流化床的发展过程。
工艺也从间歇式发展到连续式。
反应器由碳钢制成，预先将硅粉加到反应器中，然后加热到所需地温度后，从底部连续通入氯化氢气体，产物及未反应的物料被连续输出，经除尘精制后，用于生产高纯多晶硅和高纯硅烷。
且上述反应为放热反应，反应热为-141.8KJ/mol· L。
高温有利于提高反应速率，但同时也导致了三氯氢硅的选择性下降，通过优化反应温度，可明显提高三氯氢硅的选择率。
例如在310-—420℃和2—5KPa条件下,硅和氯化氢反应，产物以700—950Kg/h输出，三氯氢硅的选择率竟高达70—78%，或者在冶金级多晶硅中掺入微量的铝时，会加快反应的速度，降低反应的温度，提高了三氯化硅的收率，其中副产物包括质量分数为1%—2%二氯硅烷和1—4%的缩聚物，其余为四氯化硅。
氯化氢气体中的水分会影响三氯氢硅的收率，因此必须严格干燥。
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SiC还原SiO2制备纯硅试验研究
摘要：通过SiC还原SiO2制备纯硅实验研究，采用X 射线衍射分析、荧光分析和化学分析方法及拉曼分析，得到在电流为200A左右温度约为2200℃时采用SiC:SiO2=1:3.5时，SiO2能被彻底还原。
这为两步法制备纯硅提供了依据，为由碳热直接还原SiO2制备高纯硅提供了新的思路。
关键词：二氧化硅碳化硅热还原制备纯硅
硅材料既是人类进步的基石，又是社会现代化的物质基础与先导。
硅是最重要的半导体材料，其用量占全部半导体材料的90%以上，硅有许多得天独厚的特点：如硅资源丰富，无匮乏之虞；硅中杂质的分凝系数对物理提纯非常有利，可以获得接近本征的纯度；硅工艺非常成熟，已形成一个颇具规模的大工业等特点。
硅的物理化学性质及以上特点决定硅有着丰富的用途例如整流器、晶体三极管、集成电路、探测器、传感器、太阳能电池等光敏元件；金属陶瓷；光导纤维等。
以二氧化硅制备纯硅的方法很多，主要包括热还原法和熔盐电解法等，而热还原法多用碳作为还原剂，而在本研究中以碳化硅为还原剂制备纯硅；该方法是一种新的制备纯硅的工艺。
有其独特的优势，可以为制备二氧化硅还原制备太阳能级纯硅
实验设备实验原料及研究方法
实验原料
利用PW2040X射线荧光光谱仪对原料硅和二氧化硅进行定性半定量分析，分析结果如下表所示：
二氧化硅矿石主要化学成分（wt%）
Si O Gr
由上表数据经过计算得可能有少量的单质硅单质硅（1.3042）SiO2纯度达到98.6296% ，没有一般硅石里含有的Fe、Al、Ga等杂质，而杂质Gr的含量相对较高。
使用BT-2001型激光粒度仪对试验原料二氧化硅进行粒度分析，检测结果如下图所示，由图可得二氧化硅的粒度分布区间时2um～342um，中位径为92.23um。
实验设备及过程
本实验在钨极电弧真空熔炼炉中进行，该设备如图所示该装置由杭州大华仪器公司和中国科学院材料物理重点实验室联合研制，由真空机组、真空室、电弧枪、熔炼电源、铜坩埚、水冷设备及测量系统等组成。
主要技术指标1、电极直径：
5mm；电极长度: 80mm；2、样品：ISSP-AMF1型：一次熔炼7个样品，每孔熔炼总量：5~20g；ISSP-AMF2型、ISSP-AMF3型：一次熔炼6个样品，每孔熔炼总量：30～50g；3、极限真空度：ISSP-AMF1、ISSP-AMF2型：2×10-3Pa；4、ISSP-AMF2、ISSP-AMF3型含一个吸铸工位及两个孔径的浇铸模具；5、供电电源：ISSP-AMF1型：单相AC220V，50Hz；额定工作电流: 160A；ISSP-AMF2、ISSP-AMF3型：三相AC380V，50Hz；最大熔炼电流：500A。
试验过程是: 首先将SiO2粉末和SiC粉末按1：2、1:3、1:4的比例混合并加入到熔炼坩埚中。
接着对炉体抽真空并通入氩气做保护气氛，打开熔炼电流调至200A 左右，此时熔炼温度约为2000℃～2200℃后恒温10 min, 最后断电降温。
整个试验过程一直通入气体，并对排气阀排出的气体进行分析检测。
经冷却后将反应产物取出, 进行X射线衍射分析、拉曼分析和化学成分分析。
实验结果与讨论
补一个
结论。