工业硅中杂质P的强化析出及湿法去除探究

金学珍

摘 要：湿法提纯就是运用湿法酸浸方法，将工业硅中的杂质剔除的过程，它是提纯去除杂质的有效方法，操作不复杂，并且能够大规模作业。但是在硅中非金属杂质P的提取去除方面，作用不明显，主要是由于硅中的存在分布形态的影响。笔者将根据工业硅中非金属杂质P的存在特点，根据硅熔体内杂质的存在成分对P杂质的析出和湿度去除的方法，提高提纯作用。

关键词：工业硅;杂质磷;强化析出;湿法去除

工业硅中杂质去除的两个比较起作用的方法就是硅熔体的精准提炼和湿法浸出。通过控制硅熔体里面杂质的成分，能够使非金属杂质在硅熔体中转变为化合物，也能将其集中或者转移到其他元素沉淀在析出相里面，也可以用先氧化焙烧，将杂质集中到硅体表面统一去除，效果明显。工业硅中杂质P的去除难度较大，是世界研究界难点。

1 粒级分布规律

原生硅精炼之后，非金属P的含量降低;杂质P也会因为硅粉颗粒不断变小而形成富集，这是硅中的杂质和P混合变化后生成的另一种沉淀相而析出在晶界表面所致。由此可见，运用机器强行将工业硅研磨时候，杂质们因为自身较容易破碎，加之承受强大外力的研磨，杂质破裂，就会生成外形大小各不相同的颗粒。随后，破碎的杂质跟着破碎的颗粒硅进入更小级颗粒当中，就在此富集。由此可以推出，工业硅中分布不均匀的磷化合物有能够帮助利用酸液清洗降低杂质P含量的作用。

2 影响因素

2.1 工业硅颗粒大小的影响

工业硅颗粒大小对于杂质P的去除有一定影响，颗粒大小与杂质P去除的效果成反比例增长，颗粒越小，作用越不明显;特别是在原生硅中，该效果体现更明显。通常来讲，工业硅越细，杂质可视度越高，酸洗去除杂质的效果越好。但是，如果工业硅被击碎后，颗粒体积变小，但是杂质的量度却并未减少，依然很高。所以，在运用湿法去除杂质的时候，应当注意颗粒大小的选择，可以选择将细小颗粒的硅体排除，这样能够降低固液分离难度，减少硅料损失的情况，还能够选择性地将杂质富集较高的硅粒除去，形成杂质筛选，达到去除杂质的目的。

2.2 酸液浸泡时间的影响

酸液浸泡时间对工业硅非金属杂质P去除率有一定的影响。通过实验得出，一般酸浸6h，原生硅去除杂质P超过50%，经过加工后的工业硅则接近12%。由此可以看出，两种不同硅种采用同一种方法去除杂质的效果不同。主要是原生硅杂质P的存在形式是单质、合金，但是精炼以后的工业硅中的P是氧化以后形成的盐的形式。这两种硅体在一定酸浸时间内，去除杂质P的效率与时间成正比，但是，超过浸泡6h以后，基本保持平稳状态。主要是因为在6h的时间里，在硅表面的杂质基本上被去除掉，剩余的杂质藏存于颗粒间隙或者固态硅里面，不容易被发现和去除。为此，要想通过酸浸去除杂质P，实践6h为最佳，不宜时间过长。

2.3 酸液浸泡的温度的影响

酸液温度对于杂质P去除率有一定的影响，一般情况下，温度越高，浸出杂质率越高。范特霍夫方程（Van 't Hoff equation）是一个用于计算在不同温度下某反应的平衡常数的方程。根据该方程显示，温度均匀的热化反应中，反应时候的液温，每增加10克，反应的速度成原来的2倍速度增加。这是受到在化学反应当中，起到促进化学反应的活化能影响，使得反应、扩散的速度与温度成正比，速度越快，运动更加激烈，对于晶体间隙撞击力度越强，去除杂质的效果越好。但是，也并非温度越高越好，酸液温度要控制在75度为最佳，不宜过高。

2.4 机械工作速率的影响

因为原工业硅因为密度相对较大，一般硅粉沉积在容器最底层，不能够与酸液良好接触，杂质去除效果较差。所以，利用机器进行搅拌，对于去除工业硅中杂质P有一定作用。通过实验显示，同一种搅拌速度在不同工业硅内去除杂质的效果是不一样的。在原生硅中，搅拌速度越快，除P率成缓慢增加的趋势;在经过精炼提取后的工业硅中，机器速度不断加大，除磷效率快速提升，但是在600rpm中达到最大值，但是也不足20%。大于该速率之后，成下降趋势。应该是加大对工业硅的搅拌，使其充分与酸液相融合，但是随着反应时间和速度的长短，在600rpm达到最佳效果，再继续加速作业，作用不明显。所以，尽量保证机器搅拌速率在600rpm。

2.5 酸液浓度的影响

酸液浓度也是影响工业硅去除杂质P效率的重要影响因素之一。经过试验表明，在原生硅的去除杂质P的实验中，多次试验，均围绕50%左右上下波动;在精炼后工业硅除磷实验中，随着浓度的增加，除磷效率成先上升后下降的状态，但是最高时候，也是不足20%。在酸液与工业硅搅拌在一起的时候，粉碎的工业硅和杂质的数量不变，在酸液浓度越大，与工业硅内部杂质相碰撞的次数变多，但是，当达到一定浓度时，相碰撞的几率也逐渐趋于平稳。所以，酸液浓度过高或者过低，都不利于工业硅中杂质P的去除，应当控制在每小时4mobl效果最好。

3 结束语

总之，通过以上研究分析，我们可以看出，利用强化析出及湿法去除的方式去除工业硅中杂质P的含量有一定作用。但是，该方法受到酸液温度、浓度、时间等不同因素影响，效果不同。大量对比试验证明，与精炼工业硅相比，在原生硅中使用该方法去除杂质P的效果最佳，具有良好的实施效果。

参考文献：

[1]陈升.工业硅冶炼煤基还原剂制备新工艺研究[D].昆明：昆明理工大学，2015.

[2]翁巧银.工业硅生产中替代木炭的新型煤基還原剂的制备研究[D].昆明：昆明理工大学，2007.