太阳能具有资源无限、清洁环保、安全可靠等优点,是人类解决能源短缺和环境问题的重要能源。硅材料是太阳能光伏产业的基础材料,但传统的太阳能级多晶硅制备方法如西门子法、硅烷法等,成本高,污染大,制约了光伏产业的发展。因此,研发出生产成本低,能耗小,环境友好型的太阳能级多晶硅制备新工艺成为关键。冶金法制备太阳能级多晶硅具有成本低、能耗小和生产相对安全的特点,最有可能替代传统的制备工艺。冶金法制备太阳能级多晶硅的关键难点是硅中硼和磷杂质的去除,因为,当硅中同时掺有硼和磷,就不能形成"P-N结”,也就无法完成光电的转换过程,所以要首先制备出低硼、磷的高品质硅。所谓低硼、磷高品质硅就是硅的纯度达到冶金级硅标准,同时硼、磷等杂质的含量较低,以这种硅为原料再经过定向凝固等处理就可制得太阳能级多晶硅。碳化稻壳既含有碳,也含有二氧化硅,而且其薄片网状结构利于除杂提纯,是制备低硼、磷高品质硅的理想原料。本论文的总体思路是：将冶金硅和多晶硅的制备相结合,从源头上即炼硅原料开始就控制杂质含量(特别是硼和磷),用除杂提纯后的碳化稻壳和高纯石英砂为原料电热冶金法制备低硼、磷高品质硅,为后续制备太阳能级多晶硅奠定基础。本论文主要内容及结论如下：(1)碳化稻壳的物性分析及除杂提纯研究。运用XRF、XRD、SEM和ICP-AES等检测手段对碳化稻壳进行了物性分析,碳化稻壳主要成分为C和Si02,分别占51.44%和27.15%；碳化稻壳的结构呈疏松的蜂窝状；得到了碳化稻壳的热重曲线,确定其燃点在350℃左右,燃烧温度区间为500℃～600℃。对碳化稻壳进行了酸洗除杂研究和超声酸洗除杂研究。酸洗结果为：选择碳化稻壳粒径在100μm以下,盐酸浓度为5wt%,水浴温度为60℃,反应时间为8h,固液比为1：5作为最佳酸洗条件时,碳化稻壳中Fe元素的去除率达到92.33%,P元素的去除率达到79.10%,B元素的去除率达到27.64%,金属元素的总去除率达到82.08%,非金属元素的总去除率达到79.61%。超声酸洗结果为：选择碳化稻壳粒径在100μm以下,盐酸浓度为5wt%,水浴温度为60℃,固液比为1：5,超声功率为300W,超声频率为45kHz、超声时间为35min作为最佳超声酸洗条件时,碳化稻壳中Fe元素的去除率达到98.29%,P元素的去除率达到91.25%,B元素的去除率达到99.95%,金属元素的总去除率达到96.15%,非金属元素的总去除率达到91.72%。(2)球团制备及球团性能的研究。原料的配比为：石英砂：碳化稻壳：粘结剂：水=100：100.47：2.02：24.30；考察了制团压力、粘结剂加入量和配水量三个因素对生球团抗压强度和气孔率的影响,确定了最优制团条件：制团压力为40MPa,粘结剂加入量为1%,配水量为12%。在此条件下制得的生球团晾干后,抗压强度为6.41 MPa,气孔率为35.77%；研究了焙烧条件下球团电阻率的变化,实验结果表明,常温下球团是电的不良导体,随着温度升高和保温时间的增大,球团的导电性增强,但电阻率仍然很大,球团的这种特性能够满足矿热炉生产对原料的要求。(3)电热冶金法制备硅过程中热力学分析。对Si-C-0体系的热力学进行了分析和相关计算,计算了各反应发生的最低反应温度,同时又通过HSC软件进行了对比计算。(4)电热冶金法制备低硼、磷高品质硅。2次矿热炉开炉实验结果表明,利用提纯后的碳化稻壳和高纯石英砂混合粉体原料熔炼硅是可行的,且得到了低硼、磷的高品质硅。硅的纯度达到了99.350%,同时硅中的杂质含量得到了控制,其中P为24ppmw,B为16ppmw均低于现有国家一级工业硅中P(120～200ppmw)和B(20 ～60ppmw)的含量,为后期制备太阳能级多晶硅奠定了基础。