專利名稱：一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子工業(yè)、半導(dǎo)體材料，具體地說是一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
硅是自然界分布最廣的元素之一，應(yīng)用于電子行業(yè)的工業(yè)硅(高純硅)具有明顯的半導(dǎo)體性質(zhì)，是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，是國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的集成電路、電子元件必不可少的原材料。提高金屬硅純度與應(yīng)用已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外重要的工業(yè)技術(shù)材料開發(fā)項(xiàng)目之一，高純度的金屬硅已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電子信息、機(jī)械制造、航天航空、船舶制造、能源開發(fā)等各工業(yè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)尤其是高科技產(chǎn)業(yè)必不可少的材料。
當(dāng)用于生產(chǎn)集成電路半導(dǎo)體，制造太陽能電池等材料，要求產(chǎn)品含硅純度高，要求含含硅純度大于99.99(重量)％以上。
含硅純度高的金屬硅應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，用量越來越大，但在我國(guó)目前很少有能生產(chǎn)出這種金屬硅產(chǎn)品的廠家，大部分依賴進(jìn)口，消耗了大量外匯。
目前我國(guó)所產(chǎn)的工業(yè)硅，無論是供國(guó)內(nèi)需要還是出口，絕大部分都是用于配制鋁硅合金，屬冶金級(jí)硅這一品種。從近幾年的情況看，工業(yè)硅在有機(jī)硅和半導(dǎo)體方面的消費(fèi)量增長(zhǎng)最快，在國(guó)際市場(chǎng)上，每噸化學(xué)用硅比一般冶金級(jí)硅售價(jià)高200美元左右。
隨著鋁合金、黑色冶金、化工和半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)硅的產(chǎn)量特別是質(zhì)量提出了更高的要求。為了提高工業(yè)硅的純度，雖然可以采用純度高的原料進(jìn)行冶煉，但卻受到資源和成本的限制，常用的精煉法有氣體精煉法(如氯化法)和熔劑法。用這種選擇性氯化或選擇行氧化的方法，對(duì)去除工業(yè)硅中的鋁和鈣是很有效的，但均不能去除工業(yè)硅中的雜質(zhì)鐵。
工業(yè)硅的雜質(zhì)元素主要是鐵、鋁、鈣，硅在液體狀態(tài)下能與鐵、鋁、鈣等元素組成共熔體，經(jīng)氯化精制后，鋁可除去60(重量)％左右，鈣可除去90(重量)％左右，而鐵卻無法除掉。因此鐵是影響工業(yè)硅產(chǎn)品質(zhì)量的主要雜質(zhì)元素，鐵產(chǎn)生偏析是影響工業(yè)硅產(chǎn)品均勻性的主要因素。
近年來，工業(yè)硅在電子和化學(xué)方面的應(yīng)用越來越廣泛，隨著工業(yè)硅應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和變化，國(guó)內(nèi)外工業(yè)硅用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高技術(shù)要求。不同國(guó)家的化學(xué)用硅是根據(jù)實(shí)際需要按不同標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，各國(guó)商業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)化學(xué)成分和粒度都有要求。例如江蘇省專利CN1562744A公開了一種超純超細(xì)硅粉及其制作方法。這種方法局限性很大，工藝復(fù)雜。
而本發(fā)明應(yīng)用范圍廣、耗電少、產(chǎn)品純度高、工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低利潤(rùn)高；本發(fā)明適用于各品種的用戶要求，可達(dá)到金屬硅的純度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，以有效降低生產(chǎn)成本，提高金屬硅的純度。
按照本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，該金屬硅含硅純度大于99.97(重量)％、鐵小于0.003(重量)％、鋁小于0.01(重量)％、鈣小于0.01(重量)％，剩余為其它雜質(zhì)。
本發(fā)明為達(dá)到上述目的提供了(1)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中以高純度工業(yè)硅為原料，將硅塊中的底料除去，使上述原料經(jīng)如下工藝步驟鄂破、磨粉、篩分及磁選、化學(xué)提純、甩干和烘干、精密磁選，然后得到高純度的金屬硅。
而且還提供了以下優(yōu)選的實(shí)施方案。
(2)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中所述的高純度工業(yè)硅可以為“2202”高純度工業(yè)硅。所述的“2202”高純度工業(yè)硅為市售產(chǎn)品，其組成含量為Si99(重量)％Fe0.20(重量)％Al0.20(重量)％Ca0.02(重量)％。
(3)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中所述的鄂破步驟是將硅塊破碎成粒徑為0-15厘米。
(4)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中所述的磨粉是將硅塊磨成小于等于200目的硅粉。所采用的篩為200目標(biāo)準(zhǔn)篩。
(5)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中所述的篩分及磁選是，將上述硅粉在篩分機(jī)上篩選，小于等于200目的硅粉再進(jìn)入磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選，以除去硅粉中的磁性物質(zhì)。
(6)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中將所述的篩分與磁選中大于200目的硅粉再進(jìn)行研磨。
(7)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中所述的化學(xué)提純是，一、將除去磁性物質(zhì)的硅粉放入防腐罐中，用蒸餾水沖洗后，加入硝酸浸泡48小時(shí)以上，然后放掉硝酸，加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡7小時(shí)以上；二、然后向原防腐罐中再加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡放置7小時(shí)以上，再慢慢加入氫氰酸與雙氧水、待激烈反應(yīng)后，攪拌均勻，浸泡放置48小時(shí)以上，用蒸餾水沖洗至pH值為7。
(8)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中在化學(xué)提純時(shí)，用蒸餾水沖洗至PH值為7，直至用硝酸銀檢驗(yàn)不顯氯離子反應(yīng)為止。
(9)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中所述的精密磁選，采用靜電磁選。
(10)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中采用上述方法得到的高純度金屬硅產(chǎn)品，其含硅純度大于99.97(重量)％、鐵小于0.003(重量)％、鋁小于0.01(重量)％、鈣小于0.01(重量)％，剩余為其它雜質(zhì)。
(11)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中在甩干和烘干時(shí)，所用設(shè)備分別為離心機(jī)和烘干窯。
(12)一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其中采用如下工藝步驟，a、采用“2202”高純度的工業(yè)硅作原料，將硅塊中的爐底料除去；b、鄂破，將硅塊鄂破成粒徑為0-15厘米；c、磨粉，經(jīng)過球磨機(jī)研磨成小于等于200目的硅粉；d、篩分及磁選，將上述硅粉在篩分機(jī)上篩選，小于等于200目的硅粉在進(jìn)入磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選，以除去硅粉中的磁性物質(zhì)；e、化學(xué)提純，將除去磁性物質(zhì)的硅粉放入防腐罐內(nèi)，用蒸餾水沖洗后，加入硝酸浸泡48小時(shí)以上，然后放掉硝酸，加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡7小時(shí)以上；然后向原防腐罐中，再加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡、放置7小時(shí)以上，再慢慢加入氫氰酸(或氫氟酸)與雙氧水、待激烈反應(yīng)后，攪拌均勻，浸泡、放置48小時(shí)以上，用蒸餾水沖洗至pH值為7，得到產(chǎn)品含硅純度大于99.97(重量)％、鐵小于0.003(重量)％、鋁小于0.01(重量)％、鈣小于0.01(重量)％的高純度金屬硅；f、甩干和烘干，將清洗后的硅粉放入離心機(jī)內(nèi)甩干，在烘干窯內(nèi)烘干；g、精密磁選，采用靜電磁選。
利用本發(fā)明后能夠生產(chǎn)含硅純度高的高純度工業(yè)硅，為步入太陽能級(jí)時(shí)代打下良好基礎(chǔ)。
本發(fā)明的效果，除去的雜質(zhì)不限于鐵、鋁、鈣。碳也是通過氧化反應(yīng)除去的雜質(zhì)。
本發(fā)明僅以“2202”小于等于200目的硅粉為例進(jìn)行了說明，但并不限制于此，本發(fā)明同樣適用于其它粒度的高純度工業(yè)硅，如140目、150目、180目等；另外本發(fā)明僅以“2202”高純度工業(yè)硅為例進(jìn)行了說明，但并不限制于此，本發(fā)明同樣適用于其它型號(hào)類別的高純度工業(yè)硅原料，如“421”、“3303”等。因此采用其它高純度依然在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是說明該化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法的工藝流程圖。
實(shí)施例實(shí)施例11.原材料選用“2202”高純度的硅塊。
2.鄂破將“2202”硅塊破碎成粒徑為0-15厘米。
3.研磨將破碎的硅塊研磨成小于等于200目的硅粉。
4.篩分及磁選將上述硅粉在篩分機(jī)上篩選，大于200目的再進(jìn)行研磨，小于等于200目的硅粉進(jìn)入磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選，以除去硅粉中的磁性物質(zhì)，將存在于硅粉中的鐵等元素清除掉。
5.化學(xué)提純以下四種物質(zhì)的濃度以質(zhì)量百分比計(jì)A.硝酸含量(65-68％)B.鹽酸含量(36-38％)C.氫氰酸含量(2-3％)(或氫氟酸)D.雙氧水含量(30％)按質(zhì)量百分比計(jì)，上述四種物質(zhì)相對(duì)于研磨后硅粉的加入量分別為100公斤硅粉加入量硝酸量為，將硅粉全部潤(rùn)濕浸泡鹽酸量為，加入20公斤氫氰酸量為，加入10公斤雙氧水量為，加入5公斤另外，加酸量還根據(jù)硅粉原料反應(yīng)情況而定。
E.攪拌反應(yīng)每隔3個(gè)小時(shí)攪拌一次，加入氫氰酸與雙氧水后，可提高反應(yīng)速度，將存在硅粉中的其它雜質(zhì)全部清除。
F.用蒸餾水清洗，沖洗至pH值為7，用硝酸銀檢驗(yàn)不顯氯離子反應(yīng)為止。
6.甩干，將上述硅粉放入離心機(jī)內(nèi)甩干。
7.將甩干后的硅粉放入烘干窯內(nèi)烘干。
8.精密磁選，選用靜電磁選。
9.包裝，在包裝前必須檢驗(yàn)合格，用自動(dòng)包裝機(jī)進(jìn)行包裝。
該金屬硅的主要成分為含硅純度大于99.97(重量)％，鐵小于0.003(重量)％，鋁小于0.01(重量)％，鈣小于0.01(重量)％，剩余為其它雜質(zhì)。
實(shí)施例2當(dāng)原料采用“421”高純度工業(yè)硅時(shí)(該原料中主要雜質(zhì)含量為Fe0.40(重量)％Al0.20(重量)％Ca0.1(重量)％，利用與實(shí)施例1相同的工藝步驟提純后，F(xiàn)e0.0029(重量)％Al0.0067(重量)％Ca0.0014(重量)％。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其特征在于以高純度工業(yè)硅為原料，將硅塊中的底料除去，使上述原料經(jīng)如下工藝步驟鄂破、磨粉、篩分及磁選、化學(xué)提純、甩干和烘干、精密磁選，然后得到高純度的金屬硅。
2.如權(quán)利要求1的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的高純度工業(yè)硅可以為“2202”高純度工業(yè)硅。
3.如權(quán)利要求1-2中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的鄂破步驟是將硅塊破碎成粒徑為0-15厘米。
4.如權(quán)利要求1-3中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的磨粉是將硅塊磨成小于等于200目的硅粉。
5.如權(quán)利要求1-4中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的篩分及磁選是，將上述硅粉在篩分機(jī)上篩選，小于等于200目的硅粉再進(jìn)入磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選，以除去硅粉中的磁性物質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于將所述的篩分與磁選中大于200目的硅粉再進(jìn)行研磨。
7.如權(quán)利要求1-6中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的化學(xué)提純是，一、將除去磁性物質(zhì)的硅粉放入防腐罐中，用蒸餾水沖洗后，加入硝酸浸泡48小時(shí)以上，然后放掉硝酸，加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡7小時(shí)以上；二、然后向原防腐罐中再加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡放置7小時(shí)以上，再慢慢加入氫氰酸或氫氟酸與雙氧水、待激烈反應(yīng)后，攪拌均勻，浸泡放置48小時(shí)以上，用蒸餾水沖洗至pH值為7。
8.如權(quán)利要求1-7中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于在化學(xué)提純時(shí)，用蒸餾水沖洗至pH值為7，直至用硝酸銀檢驗(yàn)不顯氯離子反應(yīng)為止。
9.如權(quán)利要求1-8中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的精密磁選，采用靜電磁選。
10.如權(quán)利要求1-9中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于采用上述方法得到的高純度金屬硅產(chǎn)品，其含硅純度大于99.97(重量)％、鐵小于0.003(重量)％、鋁小于0.01(重量)％、鈣小于0.01(重量)％，剩余為其它雜質(zhì)。
11.如權(quán)利要求1-10中任一的生產(chǎn)方法，其特征在于在甩干和烘干時(shí)，所用設(shè)備分別為離心機(jī)和烘干窯。
12.一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，其特征在于采用如下工藝步驟，a、采用“2202”高純度工業(yè)硅作原料，將硅塊中的爐底料除去；b、鄂破，將硅塊鄂破成粒徑為0-15厘米；c、磨粉，經(jīng)過球磨機(jī)研磨成小于等于200目的硅粉；d、篩分及磁選，將上述硅粉在篩分機(jī)上篩選，小于等于200目的硅粉在進(jìn)入磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選，以除去硅粉中的磁性物質(zhì)；e，將除去磁性物質(zhì)的硅粉放入防腐罐中，用蒸餾水沖洗后，加入硝酸浸泡48小時(shí)，然后放掉硝酸，加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡7小時(shí)以上，得到含硅純度為大于99.94(重量)％、鐵小于0.04(重量)％的高純度金屬硅；然后向原防腐罐中，再加入鹽酸溶液反應(yīng)，攪拌均勻，浸泡、放置7小時(shí)以上，再慢慢加入氫氰酸或氫氟酸與雙氧水、待激烈反應(yīng)后，攪拌均勻，浸泡、放置48小時(shí)以上，用蒸餾水沖洗至pH值為7，得到產(chǎn)品含硅純度大于99.97(重量)％、鐵小于0.003(重量)％、鋁小于0.01(重量)％、鈣小于0.01(重量)％的高純度金屬硅；f、甩干和烘干，將清洗后的硅粉放入離心機(jī)內(nèi)甩干，在烘干窯內(nèi)烘干；g、精密磁選，采用靜電磁選。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子工業(yè)，半導(dǎo)體材料，具體地說是一種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)方法，該金屬硅的主要成分為產(chǎn)品含硅純度大于99.97(重量)％，含硅純度大于99.97(重量)％、鐵小于0.003(重量)％、鋁小于0.01(重量)％、鈣小于0.01(重量)％；這種化學(xué)提高金屬硅純度的生產(chǎn)步驟如下a.原料處理；b.鄂破；c.磨粉，經(jīng)過球磨機(jī)研磨成小于等于200目的硅粉；d.篩分及磁選、將上述硅粉在篩分機(jī)上篩選，小于200目的硅粉再進(jìn)入磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選，以除去硅粉中的磁性物質(zhì)；e.化學(xué)提純，將除去磁性物質(zhì)的硅粉放入防腐罐內(nèi)，用蒸餾水沖洗后，加入硝酸溶液浸泡，然后放掉硝酸，加入鹽酸溶液發(fā)生反應(yīng)，然后加入氫氰酸與雙氧水溶液發(fā)生反應(yīng)；f.甩干和烘干；g.精密磁選；這種方法能有效降低生產(chǎn)成本，提高金屬硅的純度。
文檔編號(hào)C01B33/00GK1994877SQ20061017072
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者朱喜斌, 朱超, 宗秀文 申請(qǐng)人:朱喜斌