單晶硅多晶硅的生產(chǎn)工藝以及性質(zhì)特點(diǎn)(ppt80頁(yè))(1)

1、目錄硅的簡(jiǎn)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(lái)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(guó)內(nèi)硅礦分布情況我國(guó)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(guó)外硅礦的分布 據(jù)資料記載，巴西較為豐富，次之為馬達(dá)加斯加和危地馬拉。美國(guó)、加拿大、蘇聯(lián)、法國(guó)、意大利、印度、澳大利亞、土耳其、緬甸等30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有少量資源。危地馬拉巴 西馬達(dá)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(lán)色調(diào)深灰色、帶藍(lán)色調(diào) 名稱：硅名稱：硅 符號(hào)：符號(hào)：Si 序號(hào)：序號(hào)：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(diǎn)：沸點(diǎn)：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(diǎn)：熔點(diǎn)：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(duì)多數(shù)酸是穩(wěn)定在常溫下硅對(duì)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(wú)定形硅無(wú)定形硅高純硅高純硅多晶硅多晶硅電子級(jí)硅電子級(jí)硅太陽(yáng)能級(jí)硅太陽(yáng)能級(jí)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(jí)硅。 其中含有各種雜質(zhì)，如Fe、C、B、P 等 工業(yè)硅的價(jià)格20122012年上半年我國(guó)工業(yè)年上半年我國(guó)工業(yè)硅價(jià)格呈現(xiàn)出震蕩下行硅價(jià)格呈現(xiàn)出震蕩下行走勢(shì)。走勢(shì)。553553工業(yè)硅均價(jià)為工業(yè)硅均價(jià)為11930元元/噸噸，441441工業(yè)硅均價(jià)工業(yè)硅均價(jià)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(guò)程，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)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(yán)格控制嚴(yán)格控制C與與SiO2分子比為分子比為2，保證，保證熔煉過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)熔煉過(guò)程中不會(huì)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(duì)礦石等爐料進(jìn)行還原熔煉。其生產(chǎn)特點(diǎn)是電極插入爐料，實(shí)主體設(shè)備，用于對(duì)礦石等爐料進(jìn)行還原熔煉。其生產(chǎn)特點(diǎn)是電極插入爐料，實(shí)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?jī)?nèi)部工業(yè)硅熔煉反應(yīng)機(jī)理工業(yè)硅熔煉反應(yīng)機(jī)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(wú)三廢排放，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其副產(chǎn)品可以回收。鋁熱還原法 工藝過(guò)程： 利用CaO-SiO2液相輔助熔劑在16001700C條件下，對(duì)石英砂進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)生成多晶硅和養(yǎng)化鋁。 工藝特點(diǎn)： 這種助熔劑一方面可以溶副產(chǎn)物氧化鋁，同時(shí)又可以被釋放出來(lái)，由于硅的密度較小，它將浮在上層，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，將其灌入鑄模中進(jìn)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(jí)硅純度高的硅。具有較低的硼、碳含量，然后將其進(jìn)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(yáng)能級(jí)硅，收到了很好的效果碳熱還原法 工藝過(guò)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(tuán)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(guò)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(diǎn)： 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(guò)氧化脫碳和定向凝固除雜處理可以達(dá)到制備太陽(yáng)能電池所用硅的純度要求。又由于該工藝過(guò)程對(duì)硅石原料和還原劑的純度要求非常嚴(yán)格，對(duì)碳粒度要求高，而且要避免其它雜對(duì)Si的污染，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)還有很多問(wèn)題要解決。 多晶硅生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì) 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(diǎn)，在一定程度上不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)太陽(yáng)能級(jí)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(yáng)能級(jí)硅的工藝符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，直接用冶金級(jí)硅制備太陽(yáng)能級(jí)