冶金硅中杂质相存在形式研究
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。
冶金过程中硅元素的控制及其对金属材料性能的影响研究
冶金过程中硅元素的控制及其对金属材料性能的影响研究硅元素在冶金工业中是非常重要的一个元素。
在不同的金属材料中，硅含量不同，因此，在冶金过程中，硅的控制非常重要，对于获得合适的金属材料性能有着至关重要的作用。
1. 硅在冶金过程中的作用硅元素在冶金过程中有着非常重要的作用。
首先，硅是钢铁、铜、铝等金属的重要添加剂，以钢为例，硅的加入可以提高钢的耐磨性、强度和韧性。
其次，作为铸造中的熔剂，硅可以提高铸件的强度、硬度和耐腐蚀性。
此外，硅也是太阳能、电子等工业的重要原料。
2. 硅在冶金过程中的控制在冶金工业中，硅元素的含量是需要控制的。
因为过高的硅含量会影响铁的磁性、导热性和韧性，降低铜、铝等金属的可加工性，影响金属的质量和性能。
过低的硅含量则会导致铁不易熔化，影响铸造的质量。
因此，在冶金过程中，硅的控制是非常重要的。
硅的控制主要分为两个方面：一是通过熔炼工艺控制硅含量，另一个是通过添加硅元素的方式调控硅含量。
在熔炼过程中，控制硅含量是通过添加不同的冶炼剂、熔炼条件和炉子温度等因素来实现的。
而在添加硅元素方面，目前主要采用的是硅锰合金和硅铁合金这两种合金材料。
这是因为硅锰合金和硅铁合金能够同时向金属中添加硅和锰等元素，从而提高金属的性能。
3. 硅对金属材料性能的影响硅对金属材料性能的影响是非常显著的。
在钢铁中，硅含量的变化会影响钢铁的硬度、耐磨性、强度和韧性等性能。
通常情况下，钢铁中硅含量在0.15%~0.35%之间比较适宜，硅含量低于这个范围会导致钢铁的韧性下降，而高于这个范围则会影响钢铁的可加工性。
在铝合金中，硅含量的变化也会影响合金的性能。
硅含量低于0.1%时，铝合金的抗拉强度、屈服强度和硬度都会下降，而硅含量高于0.5%时则会导致铝合金的韧性降低。
在铜合金中，硅的加入可以提高合金的强度和硬度，同时还可以改善合金的耐腐蚀性。
但是，硅含量过高则会导致铜合金的可塑性下降，影响加工质量。
总之，在不同的金属材料中，硅元素的含量都对材料性能有着重要的影响。
粗硅提纯的原理
粗硅提纯的原理
粗硅提纯的过程通常包括冶金法和化学法两种方法。
以下是粗硅提纯的原理：
1.冶金法：
冶金法是通过物理方法将杂质从硅中分离出来的方法之一。
其中，最常用的方法是冶金还原法，通常用于提取金属硅。
冶金还原法中，将含有硅的原料（如二氧化硅SiO2）与还原剂（如焦炭或木炭）在高温下反应，生成金属硅和气态氧化物（如CO2）。
金属硅在反应后会凝固形成块状，而氧化物等杂质则以气态形式排出，从而实现硅的提纯。
2.化学法：
化学法是通过化学反应将硅中的杂质转化为易溶于溶剂的形式，然后进行溶解和沉淀分离的方法。
一种常见的化学提纯方法是用氢氟酸（HF）或氢氧化钠（NaOH）等溶剂溶解硅，使杂质形成易溶性化合物，然后通过过滤或沉淀分离硅和杂质。
另一种方法是氧化还原反应，通过氧化杂质或硅本身，使其转化为易溶性或易挥发性化合物，然后进行分离。
3.结晶法：
结晶法是通过溶解硅并逐渐结晶析出纯硅的方法。
在这个过程中，杂质通常会留在溶液中，而纯硅会逐渐结晶出来。
结晶法可以通过逐步降低温度或者控制溶剂的挥发来实现硅的结晶和提纯。
电子束熔炼冶金级硅中杂质钙的蒸发行为
其中Ｃ ａ含 量 为 ５ ８ ． ８×１ ０
（ 量 分 数 ） 实 验 质 。
前 ， ３０ 将 ０ ｇ原 料 破 碎 成 小 块 ， ５ 的 盐 酸 （ 析 用 分 纯 ） １ 的氢 氟酸 （ 析 纯 ） 、 分 １：１配 比 清洗 液 ， 在超 声 振荡 下清 洗 １ ｍｉ ， ５ ｎ 以去 除表 面残 留 的 油 污 和灰 尘 。清 洗过 的硅 块 经 烘 干 处 理 后 装 入 水 冷 铜 坩 埚 内； 抽取 炉体 真 空 至 １ ～ １ Ｐ 、 子 枪 真 空 至 ０ ０ ａ电 １ — ～１ Ｐ 后 启 动 电子枪 发 射 电 子束 至硅 块 上 ， ０３ ０ ａ 逐渐 增加 电子束 功率 直 至硅 料 全 部 熔 化 ； 持 电子 保 束 功 率在 １ ｋ ， 持 １ ０ ｓ 熔 炼 完 成 后 逐 渐 下 降 ５Ｗ 维 ８０ ；
２ 实 验
实验 中使 用 的 设 备 为 Ｓ Ｂ ３ Ａ 型 双 枪 电 子 Ｅ Ｍ－０ 束 熔炼 炉 ， 单枪 功 率最 高 为 ３ ｋ ， 图 １ 示 。设 Ｏｗ 如 所
减缓 。在 硅 熔 体 表 面 ２ ３ Ｋ 温 度 下 ， １３ 杂质 Ｃ ａ的 自
由蒸发反 应 遵循 一 级反 应 速 率 方程 。杂 质 Ｃ ａ的总 传质 系数 为 ２ ６ ×１ 一ｍ／ ， ．４ ０ ｓ 并且 杂质 Ｃ 从 熔体 内 ａ
彭 旭 等 ： 子 束熔 炼 冶 金 级 硅 中杂 质 钙 的蒸 发行 为 电
电子束 熔 炼 冶 金 级 硅 中杂 质 钙 的 蒸 发 行 为
彭 旭 ， 一 董 伟 ， 谭 毅 ， 姜大川１ ， ， 王 强 ， 国斌 ２ 。李
电子束熔炼去除冶金级硅中磷、铝、钙的研究
同时对 Ａ１Ｃ 、 ａ等金 属杂 质也 有很 好去 除效 果 。
前期 研究 只 能将 ＭＧ Ｓ 中 Ｐ含量 降 至 （ ～ ６ —ｉ ３ ）
硅 中 Ｐ含量 可 以 降至 ２ ２ ０ ． ×１
和 １ ５ ０ ． １ ｘ
量 分 数 ）。Ｐ、 、 Ａｌ Ｃａ的 挥 发 去 除 为 一 阶 反 应 过 程 ，
研 究 了熔 炼 时 间 对硅 中杂 质 元 素 Ｐ、 、 ａ去 除 效 Ａ１Ｃ 果 的影 响 ， 并对 其去 除机 理作 了分 析 。以期 对 Ｅ Ｍ Ｂ
方 法 在冶金 法 提纯 制备 Ｓ Ｇ－ｉ 域 的进一 步 应 用 Ｏ Ｓ领 提供 理论指 导 。
子枪、 炉体 、 水冷 铜坩 埚 、 真空 系统 （ 机械 泵 、 茨泵 、 罗
Ｓ — ｉ 为 近年 来 的研 究 热 点 。通 常 ＭＧ Ｓ 中 ＯＧ Ｓ 成 ］ —ｉ
Ｐ含 量在 １ ～１ ０ Ｏ （ 量分 数 ） 右 ， Ｓ Ｇ—ｉ 质 左 而 Ｏ Ｓ
油 扩散 泵 ） 等组 成 。观 察 窗 由一层 铅 玻 璃 和 一 片带 有 狭缝 的钢 板组 成 ， 炼 过 程 中 ， 板 高 速旋 转 ， 熔 钢 防 止 硅蒸 镀到 铅玻 璃上 影 响观察 效果 。实 验装 置如 图
１所 示 。
Ｅｌｅ ｍ ｎ ｅｔ 。 ｇ ｎ ｍ ” －
要 求 Ｐ含量 低 于 １ Ｏ ×１
（ 质量 分 数）口 。虽然 定 ］
向凝 固可 以有效 去 除 硅 中 大多 数 杂 质 元 素 ， 由于 但
Ｐ的分凝 系数 较大 （ ． ５ ＿ ， 以通 过 该方 法 除 去 ， Ｏ ３ ）３ 难 ］
多晶硅的制备及其缺陷和杂质
第四章多晶硅的制备及其缺陷和杂质近年来围绕太阳能级硅制备的新工艺、新技术及设备等方面的研究非常的活跃，并出现了许多研究上的新成果和技术上的突破，那么到现在为止研究的比较多且已经产业化或者今后很有可能产业化的廉价太阳能级硅制备新工艺主要是以下几种：4.1 冶金级硅的制备硅是自然界分布最广泛的元素之一，是介于金属和非金属之间的半金属。
在自然界中，硅主要是以氧化硅和硅酸盐的形态存在。
以硅石和碳质还原剂等为原料经碳热还原法生产的含硅97%以上的产品，在我国通称为工业硅或冶金级硅[1, 2]。
在工业硅生产中，是以硅石为原料，在电弧炉中采用碳热还原的方式生产冶金级硅。
冶金级硅的杂质含量一般都比较得高。
冶金级硅一般用于如下3个方面[2]：（1）杂质比较高一点的冶金级硅一般用来生产合金，如硅铁合金、硅铝合金等，这部分约消耗了硅总量的55%以上；（2）杂质比较低一点的冶金级硅一般用于在有机硅生产方面，这一部分将近消耗了硅总量的40%；（3）剩下的5%经过进一步提纯后用来生产光纤、多晶硅、单晶硅等通讯、半导体器件和太阳能电池。
以上三个方面中，其产品附加值各有不同，其中最后的一部分所产生的附加值最大。
1冶金级硅生产工艺目前国内外的工业硅生产，大多是以硅石为原料，碳质原料为还原剂，用电炉进行熔炼。
不同规模的工业硅企业生产的机械化自动化程度相差很大。
大型企业大都采用大容量电炉，原料准备、配料、向炉内加料、电机压放等的机械化自动化程度高、还有都有独立的烟气净化系统。
中小型企业的电炉容量较小，原料准备和配料等过程比较简单，除采用部分破碎筛分机械外，不少过程，如配料，运料和向炉内加料等都是靠手工作业完成。
无论大型企业还是中小型企业，生产的工艺过程都可大体分为原料准备、配料、熔炼、出炉铸锭和产品包装等几个部分，如图4-1所示为工业硅的生产工艺流程图[3]。
工业硅生产过程中一般要做好以下几个方面。
(1)经常观察炉况，及时调整配料比，保持适宜的SiO2与碳的分子比，适宜的物料粒度和混匀程度，可防止过多的SiC生成。
硅中的杂质及性质
世界上最纯的物质：硅硅，是人类在世界上提得最纯的物质，目前人类能够得到的最纯的硅，纯度是99.99999999999999%，估计读者们数不过来，告诉您吧，是16个9。
但是，纯硅虽然也有半导体的性质，却是一种没有什么实际用处的半导体。
真正要制作能够使用的半导体器件，包括太阳能电池，就要在其中添加一些杂质，常见的是磷和硼。
也有镓、砷、铝和其它一些元素。
杂质的作用，总体上来说，是调节硅原子的能级，学过半导体或固体物理的人知道，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，最上面是导带，中间是禁带，下面是价带。
如果以火车为比喻的话，那么，导带是火车，价带是站台，禁带则是站台与火车之间的间隙。
如果所有的自由电子都在价带上，那么，这个固体就是绝缘体,这就好比人站在站台上，是到不了别处的；如果所有的自由电子都在导带上，那么这个固体就是导体，这就好象人上了火车，可以周游全国了。
半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。
硅就是这样一种半导体，但由于纯硅的导带和价带的距离过大（也称为禁带过宽，），这就好像是就是站台离火车太远，一般的人很难从站台跳到火车上去一样，通常只有很少量的电子能够被从价带激发到导带上，所以纯硅的半导体性质比较微弱，不能直接应用。
硅中的杂质（一）：有用且必需的杂质为了解决这个问题，科学家们想出了添加杂质的方法，这些杂质在导带和禁带之间形成杂质能级，这些杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的，称为施主能级；要么距离价带很近（如硼），是接受电子的，称为受主能级。
这样，一些很小的激发就可以使硅具有导电的性质。
这就好比在车站和站台之间，加一些垫脚的石凳，离站台近的，就是受主能级，离火车近的，是施主能级。
能够提供施主能级或受主能级的杂质，分别称为施主杂质和受主杂质，这些，当然是有用的杂质。
冶金级硅中杂质的表面吸附与去吸附除杂
化技术等。以上方法只有④ （ 酸洗技术 ） 以在常 可 温下进行 ， 其余各项技术都需要 １ ０ ０ｏ ０ Ｃ以上 的高 温 ， 设备 及工 艺条 件要求 较 高 ； 洗技术 基 于杂质 对 酸
的表面 吸附偏 聚现 象 ， 硅 料 粉 碎成 细 粉 后 通 过酸 将 洗 将硅粒 表面 吸附 的杂质 除 去 ， 它较 为简 便 ， 可与其 它技 术 配合采 用 ， 一 种 比较 具 有 通 用性 的基 本技 是 术 。但一 般 发现这 种技 术 的效果 十分有 限
硅还 原纯化 技术 ， 定 向凝 固杂 质分 凝技 术 ， 酸 ③ ④
０ ０８ ｔ ．０ ％ｗ。将 硅块破 碎后 用球磨 机 球磨 ， 后 通过 然
筛分 获得 粒 度 ５ ｍ 左 右 为 主 的硅 粉 。 为 了解 球 ０
洗纯 化技 术 ， 结 渣 纯 化 技 术 ， 气 吹 和蒸 发 纯 ⑤ ⑥
关 键 词 ： 金级 硅 ； 阳能 级 硅 ； 洗 ； 面 吸 附 冶 太 酸 表 中 图分 类 号 ： Ｍ １ ． Ｔ ９４４ 文 献标 识 码 ： Ａ
太阳能以其分布广泛 、 储量丰富、 清洁无污染等 优点 成为解 决 能源 危 机 和环 境 污 染 的 首选 新 能 源 ，
因此 太 阳能 电池的研 究备 受人们 的关 注 。世界 光伏 业 尝试 了各 种 各 样 的 太 阳 能 电池 材 料 （ 括 晶 体 包
长， 使高纯硅料 的用量急剧增加 ， 供应 短缺。例如
２０ ０ ６年全 球 太 阳能 级 多 晶硅 总 产 量 为 ２ １×１ ｔ ． ０ ，
１ 实验 方 法 ８ １ ， ． ×０ ｔ 市场缺 口大约 ７ ０ ０ ｔ Ｊ 为 了缓解高纯硅料短缺并降低其成本 ， ０ 人
硅 、 ｄ ｅ ＣＳ 染料 敏 化 电 池材 料 、 合 电化 学 电池 Ｃ Ｔ 、Ｉ、 光
多晶硅中杂质元素B、P的来源分析
在 工业 硅生 产 过 程 中 。 Ｐ可能 的来 源 ：硅 石 Ｂ、
和 炭素 材料 （ 括木 炭 、 包 焦油 、 石墨 电极 等 ） 去 向 ： 煤 ； ｆ） 冶炼 过程 中 以气体 形 式 挥 发 出去 ， １在 即形 成 微 硅
ｐ ｏ ｅ ｓ． ｈ ｅ ｕ ｔｉ ｄ ｃ ｔ ｓ ｔ ａ ｈ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｎ ｏ ａ ｂ ｎ ｃ ｏ ｓ ｍａｅ ｉｌ ｎ ｉ ｄ ｓｒ ｌｓｌ ｏ ｒｄ ｃ ｉｎ ｉ ｈ ｉ ｒ ｃ ｓ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｎ ｉ ａｅ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｅ ｕ ｔｒ ｓ ｉ ｎ ｕ ｔ ａ ｉ ｃ ｎ ｐ ｏ ｕ ｔ ｓｔ ｅ ｍａ ｎ ｏ ａ ｉ ｉ ｏ ｓ ｕ ｃ ｆＢ ａ ｄ Ｐ Ｓ ｓｎ ｏ ｄ ｒ ｄ ｃ ｎ ｇ ｎ ｎ ｒ ａｅ ｌ ｃｒ ｄ ｓ ｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ｎ ｕ ｔ ａ ｉ ｃ ｎ ｐ ｏ ｕ ｔａ ｄ ｓ ｔ ｆ ｏ ｒ ｅ ｏ ｎ ． ｏ ｕ ｉ ｇ ｇ ｏ ｅ ｕ ｉ ｇ ａ ｅ ｔａ ｄ ｔ ｔｄ ｅ ｅ ｔ ｅ ａ ｎ ｕ ｅ ｉ ｄ ｓｒ ｌｓｌ ｏ ｒ ｄ ｃ ｎ ａｉ ｙ ｅ ｏ ｉ ｉ ｓ
上述 多 晶硅 生产 工艺 中各 个 阶段 产物 的分 析结
果 见表 １
表 １ 不 同产 物 的 Ｉ Ｐ ＭＳ检测 质 量 结 果 Ｃ ＿
Ｔ ｂ１ ａ． Ｄｅｅ ｔ ｎ ｑ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｆＩ － ｒ ｍ ｉ ｅ ｅ ｔｐ ｏ ｕ ｔ ｔ ｃｉ ｕ ｌ ｙ ｒ ｓ ｌ ｏ ｏ ｔ ＣＰ ＭＳ ｆｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ
１． ２５ ％．为达 到太 阳能 级多 晶硅 中 Ｂ、 量小 于 ｌ Ｐ含 ×
ｌ 的要求 ， ０ 即应 当将工业 硅 中的 Ｂ、 含量降 到 ２ Ｐ的
有色冶金渣的资源化利用研究现状
有色冶金渣的资源化利用研究现状摘要：有色冶金矿渣是指有色矿物冶炼过程中产生的废渣，如从铝土矿中提取氧化铝时排出的赤泥、镍铁合金冶炼过程中产生的镍铁渣、铜冶炼过程中产生的铜渣等，其产生量与矿石质量和投加量有关。
据统计，2021年我国有色金属产量为6454万吨，同比增长5.4%，呈持续增长趋势。
有色冶金渣的排放量已超过3000万吨，但综合利用率仅为60%，远低于90%以上黑色冶金渣的利用水平，导致有色冶金渣的储存量呈指数级增长。
这些废弃物长期露天存放，不仅消耗了大量的土地资源，增加了企业成本，而且长期风化浸出，使有害元素渗入地下水、河流和土壤，造成严重的环境污染，危及周围人、动植物的健康。
同时，矿渣中有价值的成分没有得到有效利用。
冶金渣的减量化、安全化和资源化利用是整个有色金属行业普遍存在的问题，也是阻碍行业绿色可持续发展的根本问题。
关键词：有色冶金渣；资源化；利用1常见有色冶金渣的种类与理化性质1.1赤泥赤泥是氧化铝生产中产生的，以Al2O3、Fe2O3、CaO和SiO2为主体的强碱性固体废弃物，因为含有较多的Fe2O3,其外形呈鲜红色，故称之为赤泥。
每制造1t三氧化二铝会带来0.6～2.5t赤泥。
在我国做为世界第一的氧化铝生产强国，赤泥年发生量可达上亿多吨。
依据氧化铝生产工艺技术不一样，赤泥可以分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和结合法赤泥。
拜耳法赤泥显著具备含钙和含硅量低特性，但Fe、Al和Na含量比较高，主要矿物相为硅铝酸钠、凝固紫牙乌、白云石和一水软铝石；烧结法赤泥和结合法赤泥的钙含量和含硅量比较高，主要矿物相为氯化镁二钙、白云石、钙钛矿、铁铝酸四钙等，在其中氯化镁二钙基本上约占品质的50%,可以直接用以建筑装饰材料生产制造。
1.2镍铁渣镍铁渣是冶炼镍铁合金中产生的，以Fe2O3、SiO2和MgO等金属氧化物为基本成分熔融物经水碎后所形成的球型颗粒固体废弃物，一般呈墨绿。
每制造1t镍也会产生6～16t废料。
冶金级硅中杂质的表面吸附与去吸附除杂技术研究
冶金级硅中杂质的表面吸附与去吸附除杂技术研究摘要冶金级硅是生产多晶硅的重要原料，多晶硅则是制造太阳能电池的制备，因此，在制造晶体硅之前，需要对冶金级硅进行精炼，消除其内的杂质。
提纯冶金级硅，可以利用硅中杂质的表面吸附偏聚，将冶金级硅粉做酸洗去吸附除杂。
这种提纯方法能够有效清除冶金级硅中的杂质，对硅的精炼有非常重要的意义。
关键词冶金级硅；表面吸附；去吸附除杂前言在世界上，最纯净、最丰富的可再生能源就是太阳能，能够源源不断被利用。
太阳能可以被间接转化为电能，转化过程不污染环境，而且储量丰富，受到了人们的关注。
能够将太阳能转化为电能的设备就是太阳能电池，其主要材料是多晶硅。
多晶硅的成本较低，使用寿命长，在太阳能电池的制造中受到广泛使用[1]。
但随着高纯硅料的用量增加，市场供应出现短缺，为了缓解高纯硅料的短缺，人们开始研发对冶金级硅的提纯技术。
1 冶金级硅除杂提纯原理高纯硅在市场上的需求量非常大，但供应不足，为了解决供需问题，需要对硅进行提纯。
目前已经研发出的对冶金级硅进行提纯的技术主要有：结渣纯化技术、定向凝固杂质分凝技术、卤硅烷纯化技术、酸洗纯化技术、气吹和蒸发纯化技术、高温碳—硅和铝—硅还原纯化技术等。
这些技术对于硅的提纯都有各自独特的优点，但普遍需要在1000℃以上的高温环境下进行提纯，而且需要极高的设备和工艺条件，增加了提纯成本。
酸洗提纯技术所需的温度较低，操作较为简便，可以同其他技术配合使用。
酸洗提纯技术利用冶金级硅中杂质表面的吸附偏聚现象，把硅粉碎成细粉，然后进行酸洗去除杂质，能够一定程度上对硅进行提纯[2]。
由酸洗提纯技术可以看出，将硅粉碎的程度越高，其除杂效果则越好，但随之而来的是氧化程度也越高。
表面吸附偏聚是一种热力学平衡，通过表面吸附，将硅内部的杂质吸附到表面，经过吸附—除杂—再吸附—再除杂的过程，能够让酸洗提纯效果更加明显。
2 对冶金级硅杂质表面吸附与吸附除杂实验2.1 选择除杂材料精选某硅业公司生产的冶金级硅产品，其中含有杂质为Fe、Al、Cu等，经过检测后，杂质所占比例分别为0.5%、0.08%和0.008%。
硅铁微观组织
硅铁微观组织
硅铁的微观组织涉及硅铁合金的金相结构和组织特征。
硅铁合金的金相结构主要由铁基体和硅相组成。
硅在铁中的溶解度随着温度降低而减少，因此，在硅铁合金的凝固过程中，硅会析出形成硅相。
硅相的形态和分布对硅铁合金的性能有重要影响。
硅相通常以颗粒状或板状形式存在，颗粒状的硅相可以提高硅铁合金的硬度和耐磨性，而板状的硅相则可能降低其机械性能。
此外，硅铁合金中还可能存在其他杂质元素和相，如碳、硫、磷等，这些元素和相的存在也可能对硅铁合金的性能产生影响。
需要注意的是，硅铁的微观组织受到制备工艺、成分、热处理等因素的影响，因此，具体的微观组织特征可能因不同的硅铁合金而异。
如果需要更详细的信息，建议查阅相关的专业文献或咨询相关领域的专家。
氢化物发生-原子荧光光谱法测定工业硅中的砷
工业硅又称金属硅或结晶硅，是由石英和焦 炭在电热炉内冶炼成的产品，目前工业硅主要应 用在以下几个方面：①铝合金工业；②非铁基合 金的添加剂；③化学工业；④工业硅提纯后生成 多晶硅和单晶硅。工业硅的主要成分是硅，含量 在98%以上，其余杂质主要是铝、钙、铁等。工 业硅中杂质元素的分析方法主要有电感耦合等离子 体原子发射光谱法［1，2］，光度法叫X射线荧光光谱 法叫原子吸收分光光度法151，原子荧光光谱法问。
酸介质中E的强度变化不大，因此本文选用的盐
酸浓度为1.2 mol/Lo 2.5还原剂和还原时间的选择
本文选用硫眼和抗坏血酸配合做还原剂，硫
麻和抗坏血酸属于混合还原剂，可以屏蔽部分干
扰，抗坏血酸还有稳定的作用，还原效果好，还
可将四价E还原为三价E。四价E还原为三价E 需要一定时间。试验结果表明，室温越高，还原
速度越快。本文选定在常温20 !下时，还原时间
为30 min，若在水浴60 !左右，则只需还原15 min即可。
2.6基体及杂质元素的干扰 由于样品处理后硅已经挥发完全，可不考虑
硅基体的影响。而工业硅中常见的杂志元素主要
有Al、Ca、Fe，在实验条件下，对于20 !g/L含
量的E标液以测量的相对误差不大于10%视为不
2021年6月 第50卷第3期（总第288期）
云南冶金 YUNNAN METALLURGY
Jun.2021 Vol.50. No.3 (Sum 288)
氢化物发生-原子荧光光谱法测定工业硅中的神＜
施昱，王劲榕，周娅
工业硅中杂质P的强化析出及湿法去除研究
工业硅中杂质P的强化析出及湿法去除研究摘要：湿法提纯是冶金法制备太阳能级多晶硅技术路线中的预处理过程，即通过湿法酸浸对工业硅进行初步提纯，具备除杂效果明显、设备简单、可规模化操作等优势。
但湿法浸出对硅中非金属杂质P的去除效果很低，这与其在硅中的赋存形态有关。
关键词：工业硅杂质P；强化析出；湿法去除引言在传统化石能源日益枯竭及全球气候变化问题日益凸显的大背景下，保护环境、节能减排的呼声日益高涨，可再生能源的开发利用成为未来的必然趋势，国际社会普遍开始重视发展可再生能源，各国纷纷采取有效措施鼓励可再生能源产业的发展。
《巴黎协定》于2016年11月4日正式生效，凸显了人类在应对气候变化方面的决心。
1工业硅的生产工业硅是以硅石(石英砂)为原料，以碳质材料为还原剂，在矿热炉内冶炼得到。
矿热炉又称之为埋弧炉，其结构是一个带有耐火材料的炉膛，采用3根电极，通电时电极之间以及电极与炉底之间产生电流的电弧，产生高温，使电极周围的硅石与碳质还原剂发生化学反应，生成单质硅。
通常可选用木炭、石油焦、煤等还原剂将金属硅从硅石中还原出来。
将硅石与碳质还原剂按一定比例均匀混合送入矿热炉内，在高温下进行还原反应。
其化学反应式如下:反应后形成的单质硅呈液态，聚集在炉底，聚集到一定量后，将出硅口捣开，硅液沿着出硅口流出到抬包内。
生产得到的工业硅纯度在98%}99%之间，杂质来源主要是硅石和碳素材料(包括石油焦、精煤碳素电极等)。
一般而言，工业硅中杂质主要有非金属元素B,P,C,O以及金属元素Fe.Al,Ca.Mn.Ti.V.Cu,Cr等。
根据杂质在冶金硅中的存在形态不同，可以将其分为两类:一为固溶类杂质，这些杂质元素一般以取代硅原子或充填间隙位置为主，主要包括B,P以及微量溶解于硅中的金属杂质;二为偏析类杂质，这类杂质元素一般以化合物的形式偏析于硅晶界处，主要包括Fe.Al.Ca,Ti:V.Cu.Cr等金属类杂质，以及C,O等非金属杂质:金属类杂质因其在硅中的分凝系数较小，大多以合金化合物形式聚集偏析，而C,O则主要以Si02,SiC、金属盐的形存在。
冶金级硅水热酸洗提纯研究
冶金级硅水热酸洗提纯研究李进;高忙忙;贾菲;杨翠;张洪岩【摘要】研究了正交试验和水热反应釜在酸洗提纯冶金级硅(工业硅)中的应用,结果表明,根据杂质在工业硅中的分布规律设计、实施工业硅中金属杂质的去除试验,方法可行,钙、铝、钛、铁杂质的相对去除率分别达到71.85％,80.68％,91.52和95.21％.%The application of acid pickling and hydrothermal reaction vessel in the purification of metallurgical silicon were studied. Results show that the purification experiment based on the regularities of distribution of impurities of metallurgical is feasible, and the removal efficiency of Ca, Al, Ti and Fe from silicon reaches 71. 85%, 80.68%. 91.52% and 95. 21%, respectively.【期刊名称】《河北工业科技》【年(卷),期】2013(030)001【总页数】4页(P6-9)【关键词】冶金级硅;酸洗;水热反应釜;正交试验;金属活泼性【作者】李进;高忙忙;贾菲;杨翠;张洪岩【作者单位】宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室,宁夏银川 750021;宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室,宁夏银川 750021;宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室,宁夏银川 750021;宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室,宁夏银川 750021;宁夏大学宁夏光伏材料重点实验室,宁夏银川 750021【正文语种】中文【中图分类】TM23一次能源的日渐枯竭和新能源的开发浪潮，显示出太阳能光伏发电的各种优点。
重量法快速测定硅铁中硅的误差及校正方法
重量法快速测定硅铁中硅的误差及校正方法
关志中
(广州出入境检验检疫局 ,广东广州 510623)
摘 要 :研究了快速法测定硅铁中硅的误差和校正问题 ,重点研究了硅铁中可溶性杂质元素 、可挥发物和不溶物对结果准确 性的影响 ,推导出减少误差的校正公式 ,指出了铝和碳是造成误差的主要元素 ,验证了校正公式对常见硅铁的适用性 。 关键词 :快速法 ;硅铁 ;误差 ;校正方法 中图分类号 :O65511 文献标识码 :B
Si = Si (测) - ΔSi
Si =
m-
0170·m1 m
+
n
∑Mi % ·Ki- 1 ·( Ki
i=1
-
n
0170) + ∑Ai % + N %·0130
(5)
i=1
113 杂质元素的影响程度
我国国标 GB/ T2272 - 1987[2 ]规定了硅铁杂
质元素的种类和含量 ,按式 (2) 计算 Al , Ca , Mn ,
11211 可溶性杂质元素引起的误差和校正 :可溶
性杂质元素是指硅铁中存在的少量元素 ,它能随
试样的分解而溶解 ,高温灼烧变成氧化物 ,如 Al ,
Ca ,Mn ,Cr ,P 等 。
收稿日期 :2001 - 10 - 26
— 38 —
假定硅铁中含有一种可溶性杂质元素 M ,其
氧化物 MO (不考虑价态) ,则高温灼烧的残渣含
结果偏高 ,正确的计算方法是从测定结果中扣除
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第 22 2002
冶金级硅的特点
冶金级硅的特点
冶金级硅是一种高纯度的硅材料，具有以下特点：
1. 高纯度：冶金级硅的纯度远远超过普通硅材料，通常可达到99.9999%以上。
这种高纯度使得冶金级硅在电子、光电、太阳能等高科技领域有着广泛的应用。
2. 低杂质含量：冶金级硅的杂质含量非常低，特别是控制了铁、铝、钙等重要杂质的含量，这些杂质对硅材料的电学性能和光学性能有着重要影响。
3. 优良的电学性能：冶金级硅具有优异的电学性能，如高的电阻率、低的介电常数和介电损耗等，使其成为制造高性能半导体器件的理想材料。
4. 良好的光学特性：冶金级硅的透光性非常好，特别在可见光和红外光范围内的透过率高，使其在光电器件、光纤通信等领域具有广泛应用。
5. 热稳定性强：冶金级硅具有良好的热稳定性，能够在高温环境下保持优异的物理性能和化学稳定性。
冶金级硅的高纯度、低杂质含量、良好的电学性能和光学特性使其成为高科技领域中不可替代的重要材料。
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ｒ ｙｎ ｙｍｅａｌｒ ｉａ ｒ ｃ ｓ ，ｔ ｅｆ ｒ ａ ｄｄｓｒｂ ｔｏ ｆｉ ｕ ｉ ｅ ｒ ａ ｅｕｌ ｔｄｅ ．Ｍ ｏ ｔｏ ｈ ｕ ｉ ｅ ｉ ｉｇ ｂ ｔｌ ｇｃ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ｈ ｍ ｎ ｉｔｉｕ ｉｎｏ ｆ ｕ ｏ ｍｐ ｒｔ ｓｗｅｅｃ ｒｆ ｌ ｓｕ ｉｄ ｉ ｙ ｓ ｆｔ ｅｉ ｍｐ ｒｔ ｓ ｉ ｉ Ｇ— ｉｓｇ ｅ ａｅ ｎｏ ｇ ａｎ ｂ ｕ ｄ ｒ ｎ ｏ ｐ ｓｄ ｉ ｕ ｉｙｐ ａ ｅ ｔ ａ ｉｕ ｈ ｄ ｓ Ｒｅ ｕｔ ｆＥＤＳ ａ ａｙ ｉ ｎ Ｍ Ｓ ｅ ｒｇ ｔｄ ｉｔ ｒｉ ｏ ｎ ａ ｙａ ｄｃ ｍ ｏ ｅ ｍｐ ｒ ｈ ｓ ｓｗｉ ｖ ｒｏ ｓｓ ａ ｅ． ｔ ｈ ｓ ｌｓｏ ｎ ｌｓｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｏｏ ｉｆｒｎ ｅｗａ ａ ｓ ｄ ｂ ｏ ｔｎ ｉｆｒｎ ｅｏ ｅ ｈ ｗ ｈ ｔｃ ｌｒｄｆｅｅ ｃ ｓｃ ｕ ｅ ｙ ｃ ｎ ｅ ｔｄｆｅ ｅ ｃ ｆＦ ，Ａ１ ，Ｔｉａ ｄ Ｓ． Ｗ ｈ ｔ ｒａａ ｎ ｐ ｒｔ ｈ ｓ ｓ ｎ ｉ ｉｅａｅ ｍｏ ｇ ｉ ｕ ｉ ｐ ａ ｅ ｍ ｙ
Ｔｉ Ｔｈ Ｏｏ ｆｉ ｐ ｒｔ ｈ ｓ ａ ｋ ｎ ｄｗｉ ｈ ｃｅ ｓ ｆ ｎ ｉｈ ｅ ｅ ｔ ｈ ｃｅ ｓ ｆＡ１ ． ｅＣ ｌｒｏ ｕ ｉｙｐ ａ ｅｄ ｒ ｅ ｅ ｔ ｔ ｅｉ ｒａ ｅｏ ａ ｄ ｌ ｔｎ ｄｗｉ ｔｅｉ ｒａ ｅｏ ．Ｔｈ ｔｅ ｌ— ｍ ｈ ｎ Ｔｉ ｇ ｈ ｎ ｅｏｈ ｒｅｅ
０ 引言
冶金硅是冶金行业的重要原料之一， 主要用于铝镁合金
冶金硅中的杂质种类繁多， 按照元素种类可以分为金 属类 ， 如 Ｆ 、 、 ａＭｇ Ｔ 、 Ｍｎ Ｎ 、 ｒＣ 等 ； ｅＡｌ 、 、 ｉ Ｃ Ｖ、 、 ｉＣ 、 ｕ 非金 属 类 ， 、 Ｃ Ｏ、
Ｎ、 、 Ｂ Ｐ等［。这些杂质多数会偏析在晶界， ６ ］ 形成多种复杂合
Ｔｉ ｉ ｈ ｓ ｉ ｎ ｅｍｏｅｔａ Ｏ ａ ｄ３ ， ｅｐ ｃｉｅ ．Ｏｔｅ ｒａ ｒ Ｓ ｈ ｓ ｉ ｓ ｆ ｎ － ａｅｗ ｔ Ｔｉ ｄＦ ｒ ｈ ｎ２ ｎ ０ Ｓｐ ｈ ａ Ａ ｒｓｅｔ ｌ ０ ｖｙ ｈｒａｅｓｗｅｅ ｉ ａｅｗ ｔ ｌ ｓ ａ ｄ ｐ ｈ ｅ ｏ Ａｌ
（ ａｊ ｇＢ ｈ ｉ ｃｔ ｎｌ ｅｈ ｉ ｌ ｏｌ ｅ Ｔｉ ｊ ０ ０４ Ｔｉ ｉ ｏ ａ Ｖｏａｉ ａ ｃ ｎｃ ｌ ｇ ， ａ ｉ ３ ０ ７ ） ｎｎ ｏ Ｔ ａＣ ｅ ｎｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ｓｎ ｅｔｅｅ ｉｔ ｇ ｗａ ｆｉ ｕ ｉｙｉｓｄ ｔ ｌ ｒ ｉａ ｉｃ ｎ （ Ｇ—ｉ ｉｃ ｈ ｘｓｉ ｙｏ ｎ ｍｐ ｒｔ ｉｅｍｅａｌ ｇｃ １ｓｌ ｏ Ｍ ｓ ）ｗａ ｏ ｔｎ ｏ Ｇ－ｉ ｕ ｎ ｕ ｉ ｓｉ ｍｐ ｒａ ｔ ｒＭ Ｓ — ｆ ｐ
量和分 配系数相 一致 。 关键词 冶金硅 杂质相 晶界 金相显微分析
Ｍ ｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｏ ｍｐ ｒ ｔ ｈ ｓ ｎ Ｍ ｅ ａ ｌ ｒ ｉａ ｉ ｃ ｎ ｒ ｈ ｌ ｇ ｆＩ ｕ ｉｙ Ｐ ａ ｅ ｉ ｔ ｌ ｇｎ ，ＸＵ ａ ｈ ｉ ＪＮＧ ｉａ ｇ Ｌ ｎ ｉｇ Ｘｉ ｕ ， Ｉ ｏ Ｌｊ ｎ ｉ
金相 ， 互之 间化学 性质 差 异很 大 。于 占 良等［虽 然在 研 究 相 ４ ］
ｗａ ｅ Ｓ ｌ ｙｎ ｈ ｓ ｔ ｅｃｎｅｔ ｆ ｅａ ｄＳ ｒ ａ ５ ａｄ４ ％ ， ｅｐ ｃｉ ｌ．Ｂａｋａｅ ａ ｅ ｓＦ ＿ ｉ ｌ ｉ ｐ ａｅ ｈｔ ｔ ｓｏ ｎ ｉ ｅｔ ｎ３ ｎ ５ ａｏ ｇ ｗｉ ｈ ｏ ｎ Ｆ ｍｏ ｈ ｒｓ ｅｔ ｅｙ ｌ ｒａｗ ｓＦ － ｖ ｃ
相， 组分能谱 分析证明颜 色差异 由铁 、 、 、 钛 铝 硅含量不 同造成 。白 色区域 是 富 Ｆ － Ｓ 合金 相 ， 中铁 、 ｅＡ卜 ｉ 其 硅含 量分 别 大 于 ３ 和 ４ ； 色区是 富 ＴＩ ｉ ５ ５ 黑 － 合金相 ， ｓ 钛和铁 分别 大于 ２ 和 ３ ； Ｏ Ｏ 其余 区域为富 Ｆ －ｉ ｅＳ 合金相 ， 、 含 Ｔｉ 量较 少， 含 量高颜 色深 ， 含 量 多颜 色浅， Ｔｉ Ａｌ 其它金属杂质元 素则无规律 地 分布 于杂质相 中。杂质分 布规律 与其含
ｍ ｅ ｔ ｉｔｉｕｅ ｉ ｒ ｅ ｌ ｍｏ ｐ ｒｔ ｈ ｓ ｓ Ｔｈ ｉｔｉｕ ｉｎ ｒ ｌ ｆｍｏ ｔｉ ｕ ｉｙｅｅ ｎ ｓｗａ ｅ ｒｙｃ ｎ ｎ ｓｄｓｒｂ ｔｄ ｄｓ ｄ ｒｙａ ｎ ｉ ｕ ｉ ｐ ａ ｅ． ｏ ｇ ｍ ｙ ｅｄｓｒｂ ｔ ｕｅｏ ｓ ｏ ｍｐ ｒｔ ｌｍｅ ｔ ｓｎ ａ ｌ ｏ — ｓｓｅ ｔｗ ｔ ｈ ｉ ｏ ｔｎ ｎ ｅ ｒ ｇ ｔｏ ｏ ｆｉｉｎ ． ｉｔｎ ｈｔ ｅｒｃ ｎ ｅ ｔａ ｄ ｓ ｇ ｅ ａ ｉｎ ｃ ｅｆ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｋｅ ｒｓ ｙｗｏｄ ｍ ｅａｌｒ ｉａ ｉｃ ｎ，ｉ ｕ ｉ ｈ ｓ ，ｇ ａｎ ｂ ｕ ｄ ｒ ，ｍｅａｌｇ ａ ｈｃａ ａｙ ｉ ｔ ｌ ｇｃ ｌ ｌ ｏ ｕ ｓｉ ｍｐ ｒｔ ｐ ａ ｅ ｒｉ ｎ ａ ｙ ｙ ｏ ｔｌ ｒ ｐ ｉ ｎ ｌｓｓ ｏ
冶金硅 中杂质相存在形式研 究／ 于兰平等
・５ ９・ ２
冶金 硅 中杂质 相 存 在 形式 研 究
于兰平 ，许 晓慧，经立江
（ 天津渤海职业技术学 院 ， 天津 ３０７） ００４
摘要 详 细研 究 了工业硅 中杂质存在 形式及 分布 。工业硅 中多数 杂质 偏析在 硅 晶界 ， 成深 浅不 同的杂 质 组