單晶硅多晶硅的生產(chǎn)工藝以及性質(zhì)特點(80頁)(1)

1、目錄硅的簡介硅的性質(zhì)及分布工業(yè)硅的生產(chǎn)多晶硅的生產(chǎn)未來的展望硅的含量及存在形式在地殼中，硅的含量居第二位在地殼中，硅的含量居第二位自然界中，只以化合態(tài)存在自然界中，只以化合態(tài)存在，是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分國內(nèi)硅礦分布情況我國的水晶、石英、天然硅砂除上海、天津市以外，其它省、市、自治區(qū)均有產(chǎn)出。質(zhì)量較好的廣東、廣西、青海、福建、云南、四川、黑龍江等省區(qū)；質(zhì)量最好的有海南、江蘇。國外硅礦的分布 據(jù)資料記載，巴西較為豐富，次之為馬達加斯加和危地馬拉。美國、加拿大、蘇聯(lián)、法國、意大利、印度、澳大利亞、土耳其、緬甸等30多個國家和地區(qū)有少量資源。危地馬拉巴 西馬達加斯加元素屬

2、性元素屬性顏色和外表：顏色和外表： 深灰色、帶藍色調(diào)深灰色、帶藍色調(diào) 名稱：硅名稱：硅 符號：符號：Si 序號：序號：14 系列：類金屬系列：類金屬 族：第四主族族：第四主族 周期：周期： 3 硅的性質(zhì)硅的性質(zhì)物理性質(zhì)物理性質(zhì)： 沸點：沸點：2355 熔化熱：熔化熱：50.55kJ/mol 蒸氣壓：蒸氣壓：4.77Pa（1683K） 密度：密度：2330 kg/m3 硬度：硬度：36.5 顏色和外表：顏色和外表： 深灰色、有光澤深灰色、有光澤 熔點：熔點：1420 硅硅晶體類型：原子晶體晶體類型：原子晶體化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)：（1）與單質(zhì)反應(yīng)）與單質(zhì)反應(yīng)： Si + O2 = SiO2，條件：，條

3、件：400 Si + 2F2 = SiF4 Si + 2Cl2 = SiCl4，條件：，條件：300 常溫下穩(wěn)定，高溫下常溫下穩(wěn)定，高溫下比較活潑比較活潑3Si + 2N2 = Si3N4，條件：，條件：1000 Si + C = SiC，條件：，條件：2000 （2）與氧化性酸反應(yīng)）與氧化性酸反應(yīng)： （3）與堿反應(yīng)：）與堿反應(yīng)： 在常溫下硅能與稀堿溶液反應(yīng)在常溫下硅能與稀堿溶液反應(yīng) Si + 2OH - + H2O = SiO32- + 2H2 Si + 4HF = SiF4 + 2H2 在常溫下硅對多數(shù)酸是穩(wěn)定在常溫下硅對多數(shù)酸是穩(wěn)定Si + 4HNO3+6HF = H2SiF6+4NO2

4、+4H2O 硅的分類工業(yè)硅工業(yè)硅高純硅高純硅硅硅單晶硅單晶硅無定形硅無定形硅高純硅高純硅多晶硅多晶硅電子級硅電子級硅太陽能級硅太陽能級硅高純硅高純硅工業(yè)硅 工業(yè)硅的純度約為98%-99%，又稱為冶金級硅。 其中含有各種雜質(zhì)，如Fe、C、B、P 等 工業(yè)硅的價格20122012年上半年我國工業(yè)年上半年我國工業(yè)硅價格呈現(xiàn)出震蕩下行硅價格呈現(xiàn)出震蕩下行走勢。走勢。553553工業(yè)硅均價為工業(yè)硅均價為11930元元/噸噸，441441工業(yè)硅均價工業(yè)硅均價1289412894元元/ /噸噸工業(yè)硅的生產(chǎn)方法工業(yè)硅是連續(xù)作業(yè)過程，無論是國內(nèi)還是國外都用碳熱法。以硅石和碳質(zhì)還原劑為原料，在埋弧電爐中由電熱法冶

5、煉生產(chǎn)的。工業(yè)硅冶煉化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，但最基本的反應(yīng)是：SiOSiO2 2+2CSi+2CO+2CSi+2CO制備工業(yè)硅的主要流程圖制備工業(yè)硅的主要流程圖硅石、石焦油、木炭、煤硅石、石焦油、木炭、煤混料混料電爐熔煉電爐熔煉精煉精煉選料選料依據(jù)電爐容量大小而定依據(jù)電爐容量大小而定硅石粒度：硅石粒度：容量容量:5MVA，粒度：，粒度：880mm容量容量:516.5MVA，粒度：，粒度：50100mm固定碳固定碳82，灰分，灰分5，水分，水分1石焦油石焦油：容量容量:5MVA，粒度：，粒度：210mm容量容量:516.5MVA，粒度：，粒度：313mm固定碳固定碳78，3mm粒度粒度80mm木炭木炭

6、：灰分灰分4，粒度，粒度25mm煤煤：嚴格控制嚴格控制C與與SiO2分子比為分子比為2，保證，保證熔煉過程中不會出現(xiàn)熔煉過程中不會出現(xiàn)SiC和和SiO2剩余剩余還原劑中配碳量：還原劑中配碳量：配料配料埋弧還原電爐埋弧還原電爐主體設(shè)備，用于對礦石等爐料進行還原熔煉。其生產(chǎn)特點是電極插入爐料，實主體設(shè)備，用于對礦石等爐料進行還原熔煉。其生產(chǎn)特點是電極插入爐料，實行埋弧操作，并利用電阻、電弧加熱礦石使之還原行埋弧操作，并利用電阻、電弧加熱礦石使之還原。1、爐料預(yù)熱區(qū)、爐料預(yù)熱區(qū)2、爐料凝結(jié)區(qū)、爐料凝結(jié)區(qū)3、低溫反應(yīng)區(qū)、低溫反應(yīng)區(qū)4、高溫反應(yīng)區(qū)、高溫反應(yīng)區(qū)5、電弧區(qū)、電弧區(qū)6、硅液區(qū)、硅液區(qū)7、電極、

7、電極8、爐襯、爐襯電爐電爐內(nèi)部內(nèi)部工業(yè)硅熔煉反應(yīng)機理工業(yè)硅熔煉反應(yīng)機理混合爐料處于預(yù)熱階段混合爐料處于預(yù)熱階段T1500 T1820 SiO2+3C=SiC+2CO SiO2+2SiC=3Si+2COT99.999%，無三廢排放，易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其副產(chǎn)品可以回收。鋁熱還原法 工藝過程： 利用CaO-SiO2液相輔助熔劑在16001700C條件下，對石英砂進行鋁熱還原反應(yīng)生成多晶硅和養(yǎng)化鋁。 工藝特點： 這種助熔劑一方面可以溶副產(chǎn)物氧化鋁，同時又可以被釋放出來，由于硅的密度較小，它將浮在上層，經(jīng)過一段時間后，將其灌入鑄模中進行有控制的正常凝固，以便分離分凝系數(shù)小的雜質(zhì)。用這種新的、半連續(xù)的工藝能得

8、到比通常冶金級硅純度高的硅。具有較低的硼、碳含量，然后將其進行破碎、酸洗和液-氣萃取。氫氣還原法 以廢舊的光纖為原料，采用等離子體技術(shù)，氫氣還原光纖制備高純的太陽能級硅，收到了很好的效果碳熱還原法 工藝過程： 將高純度的SiO2粉用Ar氣從爐子的底部吹入爐體內(nèi)，高純的球碳團從爐頂加入，在爐體底部形成SiO氣體與頂部加入的還原劑形成逆流，還原Si和生成CO。未反應(yīng)的SiO在上升的過程中形成SiC， SiC和碳球一起作為還原劑下降繼續(xù)還原SiO。 工藝特點： 由于原料的高純度，生成的Si中其它雜質(zhì)的總和小于20ppm，產(chǎn)品經(jīng)過氧化脫碳和定向凝固除雜處理可以達到制備太陽能電池所用硅的純度要求。又由于該工藝過程對硅石原料和還原劑的純度要求非常嚴格，對碳粒度要求高，而且要避免其它雜對Si的污染，要實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)還有很多問題要解決。 多晶硅生產(chǎn)的發(fā)展趨勢 由于環(huán)保要求和傳統(tǒng)能源即將枯竭，光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了空前未有的繁榮，傳統(tǒng)的生產(chǎn)多晶硅工藝存在高耗能、高污染、高成本以及工藝路線復(fù)雜等缺點，在一定程度上不能滿足現(xiàn)代社會對太陽能級硅材料的需求，所以研發(fā)新的制備工藝技術(shù)非常必要而緊迫。采用廢舊光纖和光纖次品為原料制備高純太陽能級硅的工藝符合循環(huán)經(jīng)濟的要求，直接用冶金級硅制備太陽能級