硅精炼

硅精炼(refining of silicon)是指除去粗硅中的杂质，产出精制工业硅的过程。硅产品有精制工业硅、多晶硅和单晶硅。精制工业硅的纯度一般为97%~99%。硅熔炼原料中的Al2O3、Fe2O3、CaO等在熔炼过程中未能全部还原，它们与SiO2形成熔渣，这种熔渣大多呈单一积聚体形式在出硅时与液硅分离，小部分呈细小颗粒混杂于液硅中形成粗硅的杂质。被还原的金属钙、铝、铁等几乎全部进入液硅中，成为粗硅产品中的主要杂质。硅熔炼产出的粗硅因杂质含量过高往往不能满足用户要求，需通过精炼来提高它的纯度。硅精炼主要有通气法精炼和熔剂精炼等方法。

简介硅精炼(refining of silicon)是指除去粗硅中的杂质，产出精制工业硅的过程。硅产品有精制工业硅、多晶硅和单晶硅。精制工业硅的纯度一般为97%~99%。硅熔炼原料中的Al2O3、Fe2O3、CaO等在熔炼过程中未能全部还原，它们与SiO2形成熔渣，这种熔渣大多呈单一积聚体形式在出硅时与液硅分离，小部分呈细小颗粒混杂于液硅中形成粗硅的杂质。被还原的金属钙、铝、铁等几乎全部进入液硅中，成为粗硅产品中的主要杂质。硅熔炼产出的粗硅因杂质含量过高往往不能满足用户要求，需通过精炼来提高它的纯度。硅精炼主要有通气法精炼和熔剂精炼等方法1。

通气法精炼通气法精炼又分通氯气精炼和通惰性气体精炼。

1.通氯气精练

这是工业上普遍采用的硅精炼方法。这种方法除钙效果最好，也有较明显的除铝效果。铬、铜和锰的平均脱除率为20%-50%，磷为10%，硼为40%，除铁、镍、钛和钒的效果极微。

通入的氯气通过物理和化学两方面的作用来除去粗硅中的杂质，起物理作用的是氯气通入液硅后，使硅中微小的熔渣颗粒在新相气泡的作用下更易聚集成大的颗粒，借助熔渣的密度与液硅的不同和液硅分离。起化学作用的是氯气与液硅中的某些杂质发生氯化反应生成相应的氯化物，生成的这些氯化物一部分呈气态逸出与液硅分离，一部分通过与液硅的密度差而与液硅分离。在硅精炼的条件下，硅中的金属钙和钙的氧化物，都极易与氯气反应生成氯化物而被除去。硅中的金属铝容易与氯气反应而除去。但Al2O3则只有在有游离碳存在的条件下才能与氛气反应被除去，一但熔体中的游离碳有限，而杂质铝又有相当数量以Al2O3形式存在，所以通氯气精炼除铝杂质的效果一般。硅中的杂质铁，大都以金属状态存在，铁的氯化物稳定性和硅的氯化物稳定性相近，由于硅的活性大，铁不易与氯气发生反应，因而除铁杂质的效果极微。

精炼的级气压力一般控制在0.25MPa，氯气流量为1000L/h，通氯气精炼20-40min。生产每吨硅消耗氯气10-20kg。在一般情况下，通氯气精炼法可以使硅中的钙杂质降到0.10%以下。在原料经过精心挑选和操作制度合理的条件下，通氯气精炼法可制得用于炼制冷轧硅钢的特级硅。

2.通惰性气体精炼

往液硅中通入惰性气体或在情性气体的热气流中滴入液硅的硅精炼方法。这种精炼方法是利用杂质铝、钙等与硅在相同温度下蒸气压的差异，人为地制造强制气化条件，通过控制合适的温度，使蒸气压比硅大的钙、铝等气化，而达到脱除的目的。所用惰性气体一般是氮气或氩气2。

熔剂精炼加入的熔剂起降低粗硅中熔渣的熔点、密度和粘度的作用。熔渣密度降低后，其对液硅的粘附力也随之下降，熔渣熔点和粘度的降低，都更有利于熔渣和液硅的分离。所用的熔剂可以由苏打灰、白云石、硅石、生石灰和蛇纹石或碎玻瑞等配成。熔剂的用量一般为精制工业硅的10%-20%。熔剂精炼可在工频炉内或中频炉内进行，所得精制工业硅纯度一般在99%以上3。

其他精炼法精炼工业硅的方法也有采用静置法、重熔法和酸洗法。静置法是通过熔渣与液硅的密度差等物理特性达到熔渣与液硅的分离。为保持硅液的温度，需采用加热的沉降设备。重熔法是对固体工业硅产品进行二次重熔，结合其他方法进行精制。此法除钙杂质效果明显。但由于此法存在二次能耗，工业上很少采用。酸洗法是对固体硅进行精炼提纯的一种方法，中国极少采用1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学