金属硅提纯的方法

金属硅中含有Fe、 Al、 Ca、 C等杂质需精炼处理以降低其中的杂质。氧化法是比较有效的精炼除杂法，利用该法时选择具有合适密度、粘度、液相线温度和界面张力的炉渣是保证精炼反应顺利进行的关键。以钠钙硅酸盐玻璃为氧化剂对冶金硅的脱铝和脱钙进行了试验。结果表明冶金硅中的杂质铝钙去除率Z高可达93．1％和96．4％，铝和钙的含量Z低降至0．07％和0．025％，达到了很好的精炼效果。

冶金硅是生产有机硅、电子用硅的初级原料，不同的用途要求不同的纯度，由于冶金硅中含有，Fe、Al、Ca、C等杂质，影响它在许多领域内的应用，需要进行精炼。

氧化提纯法一种用氧精炼硅铁和工业硅以降低75％Si硅铁合金及工业硅中钙、铝和碳含量的方法。它是以氧化法，将位于氧化物 ΔF0-T线以下的元素从合金中清除出去。精炼用铁水包的底部中心装一多孔塞柱砖(见图2g)。由此通入氧与压缩空气的混合气体，经过硅铁(或工业硅)液柱，将铝、钙和部分硅氧化成CaO一Al2O3一SiO2炉渣而浮出硅铁液。由于钙、铝和硅氧化都产生热量，不用另外供给热量即能将CaO-Al2O3-SiO2熔化。加入压缩空气的目的是降低多孔塞柱砖出口温度和增加气体输入量以加强对硅铁液的搅拌。

金属硅真空熔炼提纯法

上述氧化精炼方法对硅中杂质元素Al、Ca、Cu、B、P 等具有一定的去除效果;熔渣和吹气氧化精炼对Fe不明显,须借助于真空熔炼炉对精炼后的金属硅进行进一步的精炼提纯才能到达更高纯度的要求。如果再配合定向凝固可以得到4N的多晶硅。

真空精炼的方法：将金属硅放入真空熔炼炉的石墨坩埚中，关闭真空室，打开机械旋片泵进行抽真空，开启油扩散泵的电源进行预热；　２）预热完成后关闭粗抽阀，开启扩散泵阀门抽真空，同时接通中频感应加热电源，感应线圈内通以交流电，石墨坩埚开始感应生热，对坩埚内的硅原料进行低温预热，当温度上升到６００℃时，由于硅的电阻率急剧下降，导电性增强，硅自身感应生热；　３）增加中频加热功率为５０～２００ｋＷ，当温度达到１４１５℃以上时，硅开始熔化；　４）待硅完全熔化后，调节中频加热功率，使硅液温度控制在１５５０～１８５０℃；　５）待温度稳定后，将真空度控制在1.0X---1.0XＰａ；　６）开始计时，保温时间为４５～１２０ｍｉｎ；　７）在水冷铜盘中通入循环水，然后将熔炼完成的硅液浇注入模具中，进行快速凝固，即完成去除硅中部分Fe、P杂质，硅的纯度进一步提高。

以上简单介绍了物理法真空熔炼的原理工艺路线。具体工艺条件，比如加热到什么温度，用多少时间，真空度到什么程度，通入什么气体（成分、压力、流量、时间），添加什么渣系，通入气体的流量和压力，采用什么样的热场结构和材料，使用什么样的坩埚等等，需要根据自己的设备条件自己进行大量的试验，才能Z终确定Z适合自己的工艺参数。

真空造渣，真空吹气等两个阶段。

真空造渣，它指的是，能够将那些很难从硅中分离的杂质氧化成为化合物，而这些化合物要么浮上硅表面成为渣，或者沉在坩埚底部作为沉淀，或者变成气体逸出，总之，目的是使杂质更容易从硅中析出。

真空吹气，就是指对熔融硅液通入气体，目的是让通入的气体与硅中的杂质进行反应，同时也加大造渣剂与硅液的接触面积和时间，使之能充分反应，反应后生成新的气体逸出并被真空系统抽出炉外。

经过真空熔炼的硅材料，通常能够达到2N的纯度。

在真空熔炼过后，还要经过定向凝固阶段，对硅中难以挥发的杂质进行进一步的提纯。

定向凝固，就是让坩埚里的硅液从底部开始冷却，并慢慢向上凝固。利用凝固过程中的分凝效应，将杂质向顶部集中。这个过程既是铸锭过程，也是提纯的过程。

定向凝固和真空熔炼可以采用在一个炉内，也可以分开在两个不同的炉内进行。铸锭时，主要是要保证两个基本条件，一个是温度梯度始终是自下而上地降低，其次，要保证固液界面尽量水平。

本定向凝固设备运用于通过在真空高温下熔化金属硅，充入工艺气体或反应剂与金属硅中杂质（磷、硼等）化合反应生成易挥发的化合物被真空系统抽走，对金属硅起到精炼作用；精炼后熔融的硅液又被从钳埚底部硅铸锭中心位置向硅铸锭周边和硅铸锭上方向受控下依次缓慢冷却定向凝结，由于硅料中杂质（磷、硼等）在硅液/固相中分凝系数不同，因而杂质在定向凝固过程中向硅铸锭周边和上端不断扩散。定向凝固后的硅铸锭除去浓度高的表层和上端，便制成被提纯了的高纯度金属硅。

以上为提纯金属硅的整个工艺过程中涉及的设备和工艺的大概的介绍，在具体到实际操作的时候需要根据实际情况来定。

工业硅的整个精炼提纯的过程如图1所示:，我们现在的原料是固体的粗硅，我们可以先采用中频炉熔炼，将粗硅熔化再采用真空炉热加料方式，将硅液加入真空炉进行精炼。也可以将固态的粗鬼直接加入真空炉熔化，这样的熔化时间较长，成本也比较高。