硅的提纯
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图 3-2 精馏原理示意图
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3 精馏技术 精馏是实现多级部分汽化和多级部分冷凝的实用技术。精馏塔是实现精馏技术的工具，
图 3-3 是塔板示意图，底部为塔釜，对塔底部的液体加热。顶部有冷凝器，把上升的气体冷 凝为液体并使其中一部分回流，回流液自塔顶逐板下降，在塔板上气液两相相遇进行部分汽 化和部分冷凝。塔内上升蒸汽每经一块塔板，就与该板上的蒸汽接触一次，进行一次部分冷 凝，其易挥发组分的含量就增加一次，所以上升蒸汽中易挥发组分逐板提浓。而塔内下降的 液体每经一塔板就与上升蒸汽接触一次，进行一次一部分汽化，使液相中易挥发性不同的组 分分离。精馏塔一般由中部进料，上段称为精馏段，下段称为提馏段。
图 3-4 温度对吸附的影响 2.吸附剂 吸附分离的效果很大程度上取决于吸附剂的性能，工业吸附要求吸附剂满足以下要求： （1）具有较大的内表面，吸附容量大 （2）选择性高，吸附剂对不同的吸附质具有不同的吸附能力，其差异越显著，分离效 果越好 （3）具有一定的机械强度，抗磨损 （4）有良好的物理及化学性能，耐热冲击，耐腐蚀 （5）容易再生 （6）易得，廉价 广泛的讲固体表面都有吸附作用，但实际上只有多孔性物质由于有很大表面积，才具有 明显的吸附效应。作为工业的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝。近半个世纪以来，合成 沸石迅速发展，它又称为分子筛，是具有特定均匀孔径的吸附剂。成分可表示为（M2+， M+）·O·Al2O3·mSiO2·nH2O，是含水的硅酸盐，上式中 M 表示 K、Na、Ca 等，分子筛的孔 径有 3Ǻ、4 Ǻ、5 Ǻ 等，分别称为 3Ǻ、4 Ǻ、5 Ǻ 分子筛等，其实合成沸石有上百个种类， 这些只是其中常用的几种。由于分子筛晶体内有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴，提
图 3-5 常见的吸附等温线类型 5. 脱附与吸附剂的再生
物理吸附的最大优点是其为一种可逆的过程，吸附剂经脱附（再生）后可循环使用，不 必每次更换吸附剂。
脱附操作主要有两种方法： 升温脱附：吸附等温线随温度而改变，高温时平衡吸附量少，因此吸附饱和的吸附剂在 高温时可以脱附。固定床在加热脱附的同时必须通入吹扫气体以带走脱附下来的吸附质，以 免降温后重新吸附。加热的方式有两种，一种是先加热吹扫气体，用热的气体吹扫脱附，吹 扫气体应为惰性组分，第二种加热方式是在床内装有加热设备，再生时加热吸附剂，并同时 吹入气体。
板式塔有多种形式，其中较重要的塔型有泡罩塔、筛板塔和浮阀塔，其他新型塔板是 在这三种塔板的基础上改进而成的。除板式塔外，还有填料塔。填料塔内没有塔板，但装有 填料，在运行时组分是连续变化的，而不像板式塔那样是呈阶梯形的。填料塔结构上不存在 一层层塔板，但理论塔板数是一样的。计算时，引入另一概念——理论板当量高度或等板高 度，它是指相当于一块理论板的分离能力所需要的某填料的高度，即所需填料的高度等于理 论塔板数的乘积。
精馏是近代化学工程中有效的提纯方法，可以获得很好的提纯效果[7]。精馏是利用不同 组分有不同的沸点，在同一温度下各组分具有不同蒸汽压的特点进行分离的。硅的化学提纯 包括把硅变为中间化合物而后进行精馏，精馏是作为化学提纯过程中的一个步骤。在化学提 纯中，精馏是极为有效的重要方法之一，在硅的提纯过程中，不论 SiCl4，SiHCl3，SiH2Cl2 还是 SiH4 均可以采用精馏技术进行提纯。 1 相图
(1.1)
上述反应要加热到所需温度才能进行。又因为是放热反应，反应开始后能自动持续进行。但
能量如不能及时导出，温度升高后反而将影响产品收率。影响产率的重要因素是反应温度与
氯化氢的含水量。此外，硅粉粗细对反应也有影响。
3.1.2 中间产物的提纯
三氯氢硅的提纯主要是化工工艺中的两级精馏即粗馏、精馏两个精馏过程，降低杂质 总量的含量，使其降到 10-7~10-10 数量级。以下是硅的提纯中最常用到的两种提纯技术：精 馏和吸附[1, 2, 4, 5]。 3.1.2.1 精馏提纯
图 3-3 连续精馏流程示意图 3.1.2.2 吸附提纯
当流体与固体两相组成一个体系时，在两相的相界面处的组分与相内部不同，在固相 表面产生了流体相的浓缩，这种现象称为吸附。吸附现象的存在，使得能够利用某种固体有
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选择地凝聚溶液中特定成分，使它得到分离达到提纯的目的。吸附提纯在工业中应用很广泛。 在硅材料工业中，吸附是重要的超提纯技术。如用于提纯甲硅烷、高纯氢气等气体，可获得 很好的提纯效果。用来吸附流体组分的固体称为吸附剂，被吸附组分称为吸附质，不被吸附 的组分称为惰性组分。 1.物理吸附与化学吸附[8]
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。
化学吸收是由吸附质与固体化学键作用引起的，这种吸附力大大超过物理吸附的范德华 力，放出的吸附热也比物理吸附所放出的热大的多，这类吸附多数是不可逆的，脱附以后原 先的物质已发生化学变化。
应该指出，物理吸附与化学吸附虽有着本质上的区别，但在实际应用中不易严格区分， 同一种物质在低温时可能进行物理吸附，温度升高到一定程度就发生化学吸附，甚至两种吸 附同时发生，如图 3-4 所示。
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供了大量的比表面，分子筛有分子的选择吸附作用。分子筛又具有极性，对极性分子具有较 强的亲和力。分子筛的发展使吸附分离技术大大向前推进了一步。
3.吸附的操作和设备 吸附的操作可分为： 间歇操作：流体和固体吸附剂同时置于一容器内，待充分吸附后吸附剂才与流体分离。 此方法只适于试验或小规模生产中。 半连续操作：流体经过固定吸附床进行吸附时，一定时间后吸附剂饱和，必须停止吸附， 吸附剂经再生后，还可再进行吸附提纯。 连续操作：流体和固体并向或逆向连续均匀的输入到移动床中，使其相互接触进行吸附， 并分别连续的输出。 半连续操作使用的设备是固定床吸附器，连续操作使用的设备是移动吸附器。 4.吸附平衡与吸附等温线[8,9] 由于吸附剂表面因引力场的作用，吸附分子停留在吸附剂表面，但并不意味着被吸附的 分子不动，由于分子的热运动，吸附质分子可沿着吸附剂背面扩散运动，同时也会发生脱附， 脱附速率随吸附量的增大而增加，达到平衡时吸附的速率与脱附的速率相等，称为吸附平衡。 吸附物质的多少用吸附量表示，在一定温度下的吸附量与吸附质相对压力变化 P/Po 的关系 曲线称为吸附等温线，其中 Po 为该吸附的饱和蒸汽压 吸附等温线的形状的不同表示了吸附能力变化的情况，这是最重要的参考数据，温度对 吸附等温线影响很大，因吸附是放热过程，温度越低吸附量越大，温度越高吸附量越小。对 于不同的吸附剂和吸附质，根据实验结果可得到不同的吸附等温线，图 3-5 所示为几种典型 的吸附等温线。
吸附可分为物理吸附和化学吸附两类。物理吸附是不发生任何化学变化，是由气相或液 相分子与固体表面分子间的吸引力造成的，又称为“范德华吸附”，是一种可逆过程。随着温 度的升高或气压的降低，被吸附的物质的分压与气相中分压达到平衡时，被吸附的分子就不 易再吸附而可能逸出到气相中去，利用这种现象，可以进行脱附或对吸附剂进行再生操作。 在工业应用中，吸附和再生是可逆的循环过程。
第三章 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中间化合物的合成；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。
硅氢还原法、二氯二氢硅还原法、三氯氢硅氢还原法和甲硅烷热分解法等，对应的中间产物
为四氯化硅氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、甲硅烷。特别是三氯氢硅氢还原法和甲硅烷热分解
法在国际上占主导地位，本章节仅对三氯氢硅的合成、提纯及还原过程和技术进行阐述。
三氯氢硅由硅粉与氯化氢合成而得。化学反应为[2]
Si+3HCl→SiHCl3+H2
回流是保证精馏操作的重要措施。为达到精馏的提纯效果，必须保持一定回流比。如塔 顶冷凝馏出液为 D，回馏液的量为 L，则 R=L/D 称为回馏比。回馏比是精馏操作的重要参 数，也是设计精馏塔的重要参数。
在设计考虑中，理论板是一个很重要的概念。所谓理论板，是假设在该塔板的蒸汽和 液体达到平衡，则离开它的蒸汽组成 Yn 与液体组成 Xn 呈平衡状态。因为达到平衡状态时， 一个塔板所取的分离效果是最好的，因此它是作为衡量塔板分离效果的最高标准。在设计中， 可依分离的需要求得最少理论塔板数。塔的效率，对于某种提纯常常有实际数据可依。所需 的实际塔板数就可以估算了。
3.1 化学提纯
所谓硅的化学提纯是将硅用化学方法转化为中间化合物，再将中间化合物提纯至所需 的纯度，然后再还原成高纯硅。
3.1.1 中间产物的合成
曾研究过的中间化合物有四氯化硅、四碘化硅、硅烷等。但是经过长期的研究、分析
比较，从技术的可行性以及经济指标等因素各方面考虑，现代大规模的用于生产的是四氯化
一个物系可由一个或多个相互处于平衡状态的相组成，这种状态称为相平衡状态。随温 度、压力的不同，相平衡状态随之改变。以下用完全互溶的 A、B 双组分的溶液与其混合蒸 汽所组成的相平衡体系为例进行说明。
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在盛有 A、B 溶液的密闭容器内，在一定温度下 A、B 两组分同时逸出液面，形成蒸汽。 这一系统由气相和液相这两相组成。当各组分从液相进入气相与从气相返回液相的速率相等 时，此两相达到平衡，液相与气相中的组分保持一定。在一定压力下，随温度的变化可用温 度-组分图（T-X-Y 图）表示，如图 3-1 所示。
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降压脱附：降压脱附是沿着等温线进行的，降低压力是为了降低吸附质的分压，通过吸 附质的分压下降使平衡的吸附量下降而达到脱附的目的。如在高压下吸附，可在常压下脱附。 如在常压下吸附，可以真空脱附。通常把采用降压脱附的整个吸附操作称为变压吸附。变压 吸附。具有能耗低、脱附时间短、一次能去除多种杂质、操作方便等优点。
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3 精馏技术 精馏是实现多级部分汽化和多级部分冷凝的实用技术。精馏塔是实现精馏技术的工具，
图 3-3 是塔板示意图，底部为塔釜，对塔底部的液体加热。顶部有冷凝器，把上升的气体冷 凝为液体并使其中一部分回流，回流液自塔顶逐板下降，在塔板上气液两相相遇进行部分汽 化和部分冷凝。塔内上升蒸汽每经一块塔板，就与该板上的蒸汽接触一次，进行一次部分冷 凝，其易挥发组分的含量就增加一次，所以上升蒸汽中易挥发组分逐板提浓。而塔内下降的 液体每经一塔板就与上升蒸汽接触一次，进行一次一部分汽化，使液相中易挥发性不同的组 分分离。精馏塔一般由中部进料，上段称为精馏段，下段称为提馏段。
图 3-4 温度对吸附的影响 2.吸附剂 吸附分离的效果很大程度上取决于吸附剂的性能，工业吸附要求吸附剂满足以下要求： （1）具有较大的内表面，吸附容量大 （2）选择性高，吸附剂对不同的吸附质具有不同的吸附能力，其差异越显著，分离效 果越好 （3）具有一定的机械强度，抗磨损 （4）有良好的物理及化学性能，耐热冲击，耐腐蚀 （5）容易再生 （6）易得，廉价 广泛的讲固体表面都有吸附作用，但实际上只有多孔性物质由于有很大表面积，才具有 明显的吸附效应。作为工业的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝。近半个世纪以来，合成 沸石迅速发展，它又称为分子筛，是具有特定均匀孔径的吸附剂。成分可表示为（M2+， M+）·O·Al2O3·mSiO2·nH2O，是含水的硅酸盐，上式中 M 表示 K、Na、Ca 等，分子筛的孔 径有 3Ǻ、4 Ǻ、5 Ǻ 等，分别称为 3Ǻ、4 Ǻ、5 Ǻ 分子筛等，其实合成沸石有上百个种类， 这些只是其中常用的几种。由于分子筛晶体内有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴，提
图 3-5 常见的吸附等温线类型 5. 脱附与吸附剂的再生
物理吸附的最大优点是其为一种可逆的过程，吸附剂经脱附（再生）后可循环使用，不 必每次更换吸附剂。
脱附操作主要有两种方法： 升温脱附：吸附等温线随温度而改变，高温时平衡吸附量少，因此吸附饱和的吸附剂在 高温时可以脱附。固定床在加热脱附的同时必须通入吹扫气体以带走脱附下来的吸附质，以 免降温后重新吸附。加热的方式有两种，一种是先加热吹扫气体，用热的气体吹扫脱附，吹 扫气体应为惰性组分，第二种加热方式是在床内装有加热设备，再生时加热吸附剂，并同时 吹入气体。
板式塔有多种形式，其中较重要的塔型有泡罩塔、筛板塔和浮阀塔，其他新型塔板是 在这三种塔板的基础上改进而成的。除板式塔外，还有填料塔。填料塔内没有塔板，但装有 填料，在运行时组分是连续变化的，而不像板式塔那样是呈阶梯形的。填料塔结构上不存在 一层层塔板，但理论塔板数是一样的。计算时，引入另一概念——理论板当量高度或等板高 度，它是指相当于一块理论板的分离能力所需要的某填料的高度，即所需填料的高度等于理 论塔板数的乘积。
精馏是近代化学工程中有效的提纯方法，可以获得很好的提纯效果[7]。精馏是利用不同 组分有不同的沸点，在同一温度下各组分具有不同蒸汽压的特点进行分离的。硅的化学提纯 包括把硅变为中间化合物而后进行精馏，精馏是作为化学提纯过程中的一个步骤。在化学提 纯中，精馏是极为有效的重要方法之一，在硅的提纯过程中，不论 SiCl4，SiHCl3，SiH2Cl2 还是 SiH4 均可以采用精馏技术进行提纯。 1 相图
(1.1)
上述反应要加热到所需温度才能进行。又因为是放热反应，反应开始后能自动持续进行。但
能量如不能及时导出，温度升高后反而将影响产品收率。影响产率的重要因素是反应温度与
氯化氢的含水量。此外，硅粉粗细对反应也有影响。
3.1.2 中间产物的提纯
三氯氢硅的提纯主要是化工工艺中的两级精馏即粗馏、精馏两个精馏过程，降低杂质 总量的含量，使其降到 10-7~10-10 数量级。以下是硅的提纯中最常用到的两种提纯技术：精 馏和吸附[1, 2, 4, 5]。 3.1.2.1 精馏提纯
图 3-3 连续精馏流程示意图 3.1.2.2 吸附提纯
当流体与固体两相组成一个体系时，在两相的相界面处的组分与相内部不同，在固相 表面产生了流体相的浓缩，这种现象称为吸附。吸附现象的存在，使得能够利用某种固体有
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选择地凝聚溶液中特定成分，使它得到分离达到提纯的目的。吸附提纯在工业中应用很广泛。 在硅材料工业中，吸附是重要的超提纯技术。如用于提纯甲硅烷、高纯氢气等气体，可获得 很好的提纯效果。用来吸附流体组分的固体称为吸附剂，被吸附组分称为吸附质，不被吸附 的组分称为惰性组分。 1.物理吸附与化学吸附[8]
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。
化学吸收是由吸附质与固体化学键作用引起的，这种吸附力大大超过物理吸附的范德华 力，放出的吸附热也比物理吸附所放出的热大的多，这类吸附多数是不可逆的，脱附以后原 先的物质已发生化学变化。
应该指出，物理吸附与化学吸附虽有着本质上的区别，但在实际应用中不易严格区分， 同一种物质在低温时可能进行物理吸附，温度升高到一定程度就发生化学吸附，甚至两种吸 附同时发生，如图 3-4 所示。
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供了大量的比表面，分子筛有分子的选择吸附作用。分子筛又具有极性，对极性分子具有较 强的亲和力。分子筛的发展使吸附分离技术大大向前推进了一步。
3.吸附的操作和设备 吸附的操作可分为： 间歇操作：流体和固体吸附剂同时置于一容器内，待充分吸附后吸附剂才与流体分离。 此方法只适于试验或小规模生产中。 半连续操作：流体经过固定吸附床进行吸附时，一定时间后吸附剂饱和，必须停止吸附， 吸附剂经再生后，还可再进行吸附提纯。 连续操作：流体和固体并向或逆向连续均匀的输入到移动床中，使其相互接触进行吸附， 并分别连续的输出。 半连续操作使用的设备是固定床吸附器，连续操作使用的设备是移动吸附器。 4.吸附平衡与吸附等温线[8,9] 由于吸附剂表面因引力场的作用，吸附分子停留在吸附剂表面，但并不意味着被吸附的 分子不动，由于分子的热运动，吸附质分子可沿着吸附剂背面扩散运动，同时也会发生脱附， 脱附速率随吸附量的增大而增加，达到平衡时吸附的速率与脱附的速率相等，称为吸附平衡。 吸附物质的多少用吸附量表示，在一定温度下的吸附量与吸附质相对压力变化 P/Po 的关系 曲线称为吸附等温线，其中 Po 为该吸附的饱和蒸汽压 吸附等温线的形状的不同表示了吸附能力变化的情况，这是最重要的参考数据，温度对 吸附等温线影响很大，因吸附是放热过程，温度越低吸附量越大，温度越高吸附量越小。对 于不同的吸附剂和吸附质，根据实验结果可得到不同的吸附等温线，图 3-5 所示为几种典型 的吸附等温线。
吸附可分为物理吸附和化学吸附两类。物理吸附是不发生任何化学变化，是由气相或液 相分子与固体表面分子间的吸引力造成的，又称为“范德华吸附”，是一种可逆过程。随着温 度的升高或气压的降低，被吸附的物质的分压与气相中分压达到平衡时，被吸附的分子就不 易再吸附而可能逸出到气相中去，利用这种现象，可以进行脱附或对吸附剂进行再生操作。 在工业应用中，吸附和再生是可逆的循环过程。
第三章 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中间化合物的合成；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。
硅氢还原法、二氯二氢硅还原法、三氯氢硅氢还原法和甲硅烷热分解法等，对应的中间产物
为四氯化硅氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、甲硅烷。特别是三氯氢硅氢还原法和甲硅烷热分解
法在国际上占主导地位，本章节仅对三氯氢硅的合成、提纯及还原过程和技术进行阐述。
三氯氢硅由硅粉与氯化氢合成而得。化学反应为[2]
Si+3HCl→SiHCl3+H2
回流是保证精馏操作的重要措施。为达到精馏的提纯效果，必须保持一定回流比。如塔 顶冷凝馏出液为 D，回馏液的量为 L，则 R=L/D 称为回馏比。回馏比是精馏操作的重要参 数，也是设计精馏塔的重要参数。
在设计考虑中，理论板是一个很重要的概念。所谓理论板，是假设在该塔板的蒸汽和 液体达到平衡，则离开它的蒸汽组成 Yn 与液体组成 Xn 呈平衡状态。因为达到平衡状态时， 一个塔板所取的分离效果是最好的，因此它是作为衡量塔板分离效果的最高标准。在设计中， 可依分离的需要求得最少理论塔板数。塔的效率，对于某种提纯常常有实际数据可依。所需 的实际塔板数就可以估算了。
3.1 化学提纯
所谓硅的化学提纯是将硅用化学方法转化为中间化合物，再将中间化合物提纯至所需 的纯度，然后再还原成高纯硅。
3.1.1 中间产物的合成
曾研究过的中间化合物有四氯化硅、四碘化硅、硅烷等。但是经过长期的研究、分析
比较，从技术的可行性以及经济指标等因素各方面考虑，现代大规模的用于生产的是四氯化
一个物系可由一个或多个相互处于平衡状态的相组成，这种状态称为相平衡状态。随温 度、压力的不同，相平衡状态随之改变。以下用完全互溶的 A、B 双组分的溶液与其混合蒸 汽所组成的相平衡体系为例进行说明。
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在盛有 A、B 溶液的密闭容器内，在一定温度下 A、B 两组分同时逸出液面，形成蒸汽。 这一系统由气相和液相这两相组成。当各组分从液相进入气相与从气相返回液相的速率相等 时，此两相达到平衡，液相与气相中的组分保持一定。在一定压力下，随温度的变化可用温 度-组分图（T-X-Y 图）表示，如图 3-1 所示。
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降压脱附：降压脱附是沿着等温线进行的，降低压力是为了降低吸附质的分压，通过吸 附质的分压下降使平衡的吸附量下降而达到脱附的目的。如在高压下吸附，可在常压下脱附。 如在常压下吸附，可以真空脱附。通常把采用降压脱附的整个吸附操作称为变压吸附。变压 吸附。具有能耗低、脱附时间短、一次能去除多种杂质、操作方便等优点。