工业硅精炼提纯工艺

工业硅精炼提纯工艺

1.概述

工业硅是在埋弧电炉中用电热法冶炼生产的,在高温和强还原条件下一些由含硅原料和还原剂带入的氧化物杂质必然会得到部分被还原而进入产品金属相中。作为一般用途的工业硅,其杂质含量并不构成使用上的困难。但作为有机硅产品的原料,必须是化学级工业硅, 因此必须进行精炼, 除去其中的Ca、Al等杂质。

从化学反应角度来看,炉外精炼主要分为氯化精炼和氧化精炼两种。氯化精炼由于在处理过程中会造成环境污染, 而氧化精炼也能有效地除去工业硅中的主要杂质铝和钙, 且工艺过程简单,

硅烧损率低,故一般采用炉外硅包氧化底吹精炼。精炼原理是利用渣-金属元素相平衡的原理,将工业硅中的Ca 和Al氧化脱除后使其进入渣相。整个过程不需要输入能量,只考虑硅包的散热损失。

2.精炼过程简述

2.1保持精炼过程的能量平衡

为使精炼过程顺利完成, 采用氧气和空气混吹的方式(应设有氧气站和空压站)。纯氧氧化元素时放出的热量最多, 空气次之, 元素被氧化放出的热量能够和精炼过程中的散热保持平衡。要维持精炼过程的能量平衡必须选择1580~ 1690℃作为精炼过程的温度区间。

2.2精炼的吹气方式

采用底吹方式, 底吹氧的透气砖安装在包底中,透气砖内有较多的细铜管, 氧气和空气从细铜管中吹向硅熔液实施精炼, 空气在吹氧结束后亦通过透气砖向硅熔液中形成正压。

2.3精炼的搅拌

采用压缩空气搅拌, 在吹入氧气进行精炼时以一定比例混入空气进行搅拌是为了改善渣--金属元素相反应的动力学条件, 加速造渣, 尽快脱除杂质, 减少热损失和硅液粘包。

2.4工艺简述

从氧气站和空压站输送来的氧气和压缩空气经计量由耐热橡胶管输入硅包底部散气砖中与刚出炉的硅液进行反应, 脱除杂质Ca和Al。在出炉前2~3min, 先向包底通入压缩空气,以防止硅液灌入透气孔, 当硅液达三分之一硅包深度时,即可开启氧气进行氧化精炼。待出完炉堵眼后并完成精炼, (铝、钙等含量达要求值以下) 即可关闭氧气, 并将砖包由出炉小车拉至浇铸间进行浇铸, 倒完硅液后继续通入压缩空气3~5min, 防止散气孔的堵塞, 稍后即可拔去热耐橡胶管,

并扒去硅渣, 等待出下一炉。

2.5工艺指标

(1) 氧气: 压力为0.5MPa, 消耗指标0.06T/T.Si(42m3) ;

(2) 压缩空气: 精炼时压力为015M Pa, 保压时压力为013~0.4MPa, 压缩空气的消耗按需要计算, 保压时间约为15min;

(3)精炼前后产品质量见表

2.6硅包的砌筑

(1) 硅包按常规方式砌筑, 透气砖中心用耐火浇铸料筑实, 其位置约偏心150mm;

(2) 透气砖为外购件。另外, 精炼时的控制系统采用PLC自动控制。

3.工业硅精炼用制氧设备

随着我国光伏产业的快速发展，工业硅得到了广泛的应用，国内企业纷纷上马生产。同时随着硅使用纯度要求的不断提高，使得一些企业采用氧气来精炼工业硅，在满足市场需要的同时提高单位产品硅的价格。在激烈的市场竞争中，国内部分企业通过综合比较，选用投资少、经济性好的变压吸附制氧设备来替代传统的深冷工艺生产氧气，满足工业硅的氧气精炼。（如：保利协鑫硅业、蓝星硅业、山西潞安硅业等都采用了变压吸附制氧工艺）通过使用该种工艺得到一致好评。昆山锦沪机械有限公司隶属于美国锦绣国际企业集团ELEGANT，在国内外拥有六个子公司，专业致力与PSA、VPSA变压吸附制氧设备和分子筛的研发、生产及销售。该公司生产的制氧设备具有质量稳定、产品氧气纯度高等特点，完全满足工业硅的精炼。