硅的冶炼和高纯多晶硅的制备汇总.pptVIP

硅的冶炼和高纯多晶硅的制备CSI阿特斯 李本成 目 录 一、硅的冶炼－－工业硅的制备 二、高纯多晶硅的制备 一）多晶硅制备工艺的几个特点 二）高纯多晶硅的应用领域 三）高纯多晶硅的制备工艺概述 1、全球多晶硅的发展历程 2、两种工艺的比较 3、三氯氢硅氢还原法制备高纯多晶硅 目 录 3、三氯氢硅氢还原法制备高纯多晶 （1）原料准备 （2）氯化氢合成 （3）三氯氢硅合成 （4）三氯氢硅与四氯化硅的分离 （5）三氯氢硅的提纯 （6）三氯氢硅氢还原制备高纯多晶硅 （7）还原尾气的干法回收 （8）副产物四氯化硅氢化 （9）闭路循环的生产工艺 （10）综合利用和环境保护 （11）多晶硅生产中的理化检测 （12）其它 一、硅的冶炼－工业硅的制备 硅是地球上丰度最高的元素之一，其丰度达到25.7%,仅次于氧而居第二位，它多以SiO2的形式存在，我们较熟悉的砂子、石头、粘土、石英矿等的主要成分就是SiO2。纯度较高的石英矿（ SiO2含量在99％以上）常用于制造工业用的天然石英制品。 工业硅的冶炼是一个高耗能工业，每吨工业硅的耗电大约在10000kwh左右，中国是世界上冶金级硅产量最多的国家之一，年产量在60～100万吨左右。其次是巴西，其年产量大约也在50万吨以上。 大约55％左右的冶金硅用于炼铝工业中，只需添加少许（约百分之几）即可改善铝制品的机械性能、铸造性能及耐腐蚀性能；大约20％左右用于炼制硅钢（即电力变压器中的矽钢片），另外的25％左右用于制造半导体硅。 下面分别介绍冶金级硅（工业硅）、高纯多晶硅的冶炼和制备工艺。 一、硅的冶炼－工业硅的制备 ●冶金级硅（MG-Si,亦称工业硅）的制备 冶金级硅是将自然界中的SiO2矿石冶炼成元素硅的第一步，它是将比较纯净的SiO2矿石和木炭或石油焦一起放入电弧炉里,在电孤加热(电弧温度在2000℃以上)的情况下进行还原而制成。 其反应式是： SiO2+2C → Si+2CO 用石油焦和木炭作为碳还原剂是为了增加反应物的多孔性，以利于CO和SiO气体的逸出，经还原生成的硅熔体从电弧炉的下部流出，且很快凝固成块状。 制得的冶金级硅，经氯或氧精制后可得到98～99％纯度的精制冶金硅。 一、硅的冶炼－工业硅的制备 表、用原子吸收光谱测得的经气体精制后的MG-Si的杂质含量 (0.05~0.001%的元素有：Ag,As,Ba,Bi,Cd,Cu,Mg,Mo,P,Pb,Sb,Sn,Zn,Zr等) 二、高纯多晶硅的制备－概述 这里所指的高纯多晶硅是指纯度在7个“9”以上（即99.99999％）的硅；也就是硅中的杂质总量应该小于100ppb，其中每一种杂质的含量应该小于10ppb。经过数十年的探索和比较，要既经济又便于工业化地制得这种纯度的硅，目前世界上有两种方法： 一是三氯氢硅氢还原法，即西门子法； （用西门子法生产的多晶硅约占总量的77％) 二是硅烷热分解法。 (用硅烷法生产的多晶硅约占总量的23％） 上述两种方法都是将硅转变成硅的化合物，其目的是为了提纯硅。 二、高纯多晶硅的制备－多晶硅制备工艺的特点 一）多晶硅制备工艺的特点 1、多晶硅的制备工艺过程是元素硅的提纯过程，它是将2个“9”的硅提纯到7～11个“9”的工艺过程； 2、硅的提纯方法是将元素硅转化成易于制得、易于提纯、易于还原的化合物（如SiHCl3、SiCl4、SiH4等）工艺中以提纯硅的化合物为提纯元素硅的主要手段； 3、多晶硅的制备基本上是一个化工过程，主要的化工工艺有：硅的化合物的生成、硅的各类化合物的分离、硅化合物的提纯、氢还原硅化合物的汽固相沉积多晶硅等； 4、多晶硅制备是一个高耗能产业，平均每吨多晶硅的电耗在20万kwh以上； 5、多晶硅制备工艺是集化工、气体净化、电气控制、理化分析等工序复杂而有机集成的过程，它需要各类专业人才密切合作才能取得成功； 6、多晶硅制备是资金密集、技术密集、人才密集的“三密”产业，平均而言，每吨多晶硅的投资高达70～100万元RMB； 7、一个现代化的多晶硅厂的建设需要28～36个月，所使用的设备大多是非标准