一种硅的冶炼方法.pdf

本发明公开了一种硅的冶炼方法。本发明通过在碳粉和二氧化硅粉混匀体中加入碱性溶液腐蚀二氧化硅粉体的表面，而后800℃~1000℃下将前述加入碱性溶液的碳粉和二氧化硅混合粉末挤压成块状，使碳、二氧化硅粉体的表面充分结合，增加反应接触面，并使碱性溶液中的水份蒸发，从而提供了一种生产成本低，操作步骤简单的金属硅冶炼方法。

1、  一种硅的冶炼方法，包括以下步骤：
A、取重量比为1∶3的碳、二氧化硅粉碎至40目以下，混合均匀；
B、加入浓度为20％~30％、体积为前述混合粉末的1/4～1/2的碱性溶液搅拌混匀1～3小时后，在800℃~1000℃下将前述粉末挤压成块状；
C、将步骤B中得到的块状物切割成1～3cm³的长方体或正方体块料，投入电弧炉中冶炼得到纯度大于99％的金属硅。

2、  根据权利要求1中所述的硅的冶炼方法，其特征在于：所述二氧化硅优选为半导体行业使用的残次石英坩埚，所述碳优选为石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料。

3、  根据权利要求1中所述的硅的冶炼方法，其特征在于：所述碱性溶液为NaOH、KOH。

4、  根据权利要求1中所述的硅的冶炼方法，其特征在于：所述碱性溶液优选为NaOH。

一种硅的冶炼方法
技术领域
本发明涉及金属硅冶炼方法，特别是涉及一种纯度大于99％的金属硅的冶炼方法。
背景技术
硅是一种重要的冶金、化工、电子、光学材料，在信息、通讯、航天航空、环保、太阳能硅电池等广阔领域发挥着重要的作用，市场需求也越来越大。金属硅生产都是采用矿山开采的石英石、石油焦在电弧炉冶炼而获得一般品质为98.5％，经通氧精炼品质为含硅99％，这种方式消耗电力巨大，生产成本居高不下。
另外，在半导体晶体制作过程中使用的大量石英坩埚在损坏后往往被当做废料被遗弃；在石墨、碳素加工行业，有大量的高纯度的石墨、碳素边角下脚料被遗弃，从而造成了大量废渣的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅的冶炼方法，以解决现有技术中存在的问题。本发明通过在碳粉和二氧化硅粉混匀体中加入碱性溶液腐蚀二氧化硅粉体的表面，而后在800℃~1000℃下将前述加入二氧化硅溶液的混合粉末挤压成块状，使碳、二氧化硅粉体的表面充分结合，增加反应接触面，使二氧化硅更易进行脱氧反应，碱性溶液中的水份也得以同时蒸发，从而提供了一种生产成本低，操作步骤简单的金属硅冶炼方法。
本发明提供的技术方案如下：
一种硅的冶炼方法，包括以下步骤：
A、取重量比为1∶3的碳、二氧化硅粉碎至40目以下，混合均匀；
B、加入浓度为20％~30％、体积为前述混合粉末的1/4～1/2的碱性溶液搅拌混匀1～3小时后，在800℃~1000℃下将前述粉末挤压成块状，使碳粉、二氧化硅粉的表面充分结合；
C、将步骤B中得到的块状物切割成1～3cm³的长方体或正方体块料，投入电弧炉中冶炼得到纯度大于99％的金属硅。
本发明中，步骤A中加入的碳为硅金属冶炼过程中使用的脱氧剂；本发明选用重量比为1∶3的碳、二氧化硅的投料比。这样，可使脱氧反应进行得比较完全，并降低碳在金属硅中的残留。
步骤B中，在碳、二氧化硅混合粉末中加入的碱性溶液可腐蚀二氧化硅粉体的表面，从而使二氧化硅更易进行脱氧反应。步骤B中选择在800℃~1000℃下对加入的碱性溶液的碳、二氧化硅混合粉末进行挤压，上述温度可使碳、二氧化硅混合粉末软化，使碳、二氧化硅混合粉末的表面能够充分结合，增加反应接触面，从而使二氧化硅的脱氧反应发生完全。800℃~1000℃的温度还可使碱性溶液中的水份全部得以蒸发。
步骤C中将二氧化硅投入电弧炉中冶炼为常规技术，本发明亦没有对其进行进一步改进，在此不再予以详细说明。
前述硅的冶炼方法中，所述碱性溶液可以为NaOH、KOH等，优选为NaOH。
所述二氧化硅优选为半导体行业使用的残次石英坩埚，所述碳优选为石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料。石英坩埚中二氧化硅的纯度较作为传统金属硅生产原料的石英砂高，同时，石墨、碳素加工行业的边角下脚料中碳含量也比较高。由于金属硅中杂质来源主要由作为原材料的石英石、碳中原有的杂质所带入，因此，上述原材料的选用可进一步提高从电弧炉获得的硅的纯度。同时，本发明还将作为废渣处理的残次石英坩埚和石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料再一次重复利用，从而降低了“三废”的排放。
本发明中的金属硅冶炼方法生产成本底，操作步骤简单，本发明通过在粉碎的碳、二氧化硅加入碱性溶液腐蚀二氧化硅粉体的表面，而后将碳粉、二氧化硅粉挤压成块状，使碳粉、二氧化硅粉体的表面充分结合，增加反应接触面，从而使二氧化硅更易进行脱氧反应。本发明还用制备单晶或多晶体时使用的残次石英坩埚及石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料作为金属硅生产原材料，上述原材料的选用可进一步提高从电弧炉获得的硅的纯度，也可以使上述行业中产生的工业废料得到重复利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
取重量比为1∶3的碳、二氧化硅粉碎至40目以下，混合均匀。其中，二氧化硅为制备单晶或多晶体时使用的残次石英坩埚，碳为石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料。
加入浓度为20％、体积为前述混合粉末1/4的NaOH溶液搅拌混匀1小时后，在800℃下将前述粉末挤压成块状，使碳粉、二氧化硅粉的表面充分结合，并蒸发NaOH溶液中的全部水份。
将前述步骤中得到的块状物切割成3cm³的长方体或正方体块料，投入电弧炉中以常规方法冶炼，所得金属硅的纯度为99.5％。
实施例2
取重量比为1∶3的碳、二氧化硅粉碎至40目以下，混合均匀。其中，二氧化硅为制备单晶或多晶体时使用的残次石英坩埚，碳为石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料。
加入浓度为25％、体积为前述混合粉末1/2的NaOH溶液搅拌混匀3小时后，在900℃下将前述粉末挤压成块状，使碳粉、二氧化硅粉的表面充分结合，并蒸发NaOH溶液中的全部水份。
将前述步骤中得到的块状物切割成2cm³的长方体或正方体块料，投入电弧炉中以常规方法冶炼，所得金属硅的纯度为99.9％。
实施例3
取重量比为1∶3的碳、二氧化硅粉碎至40目以下，其中，二氧化硅为制备单晶或多晶体时使用的残次石英坩埚，碳为石墨或/和碳素加工行业剩余的边角下脚料。
将前述步骤中所得的二氧化硅、碳粉末混合均匀后，加入浓度为30％、体积为前述混合粉末2/5的NaOH溶液搅拌混匀3小时后，在1000℃将前述粉末挤压成块状，使碳粉、二氧化硅粉的表面充分结合，并蒸发NaOH溶液中的全部水份。
将前述步骤中得到的块状物切割成1cm³的长方体或正方体块料，投入电弧炉中以常规方法冶炼，所得金属硅的纯度为99.8％。
上述仅为本发明的三个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。