用碳化稻壳制备低磷硅的研究

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随着石油、煤炭等传统能源的日益枯竭,太阳能因其资源丰富、安全可靠、清洁无害等特点而成为了当今最重要的可再生能源。制备太阳能电池的主要原料是多晶硅,但是现在我国没有掌握国外制备多晶硅的核心技术,多晶硅主要依赖于高价进口,而冶金法制备太阳能级多晶硅具有能耗低、成本低和环境友好等特点,所以研究冶金法制备太阳能多晶硅对我国拥有自主知识产权及发展我国光伏产业有着重要意义。  碳化稻壳中主要含有碳和二氧化硅,形状为片状且结构为蜂窝状,容易提纯处理。本文利用碳化稻壳的这些优点,以碳化稻壳为原料,利用电热法制备冶金硅的工艺制备低磷硅,为下一步提纯为太阳能级多晶硅奠定基础。本文主要内容包括:  (1)研究碳化稻壳在空气中的氧化动力学。结果表明:碳转化率速率与氧化反应速率都随着温度的升高而明显加快。碳化稻壳在空气中的氧化动力学活化能E和指前因子lnA分别为78.68 kJ·mol-1和2.48202s-1。  (2)研究盐酸及硫酸对碳化稻壳的酸浸除杂工艺。盐酸酸浸除杂结果:得到碳化稻壳颗粒尺寸为-75μm,盐酸浓度为5wt%,水浴温度为60℃,反应时间3h,浸出液固比14∶1作为最佳浸出条件时,碳化稻壳中铁元素的浸出率达到96.55%、磷元素的浸出率达到86.49%;硫酸酸浸除杂结果:得到碳化稻壳颗粒尺寸为-75μm,硫酸浓度为10wt%,水浴温度为80℃,反应时间4h,浸出液固比10∶1作为浸出条件时,碳化稻壳中铁元素的浸出率达到83.45%、磷元素的浸出率达到80.1%。  (3)研究真空条件下碳化稻壳除磷工艺。结果表明:碳化稻壳颗粒尺寸为-150μm,保温时间为2h,温度为1100℃,真空度3×10-2MPa时,碳化稻壳中除磷率为54.29%。  (4)以酸浸除杂后的高纯碳化稻壳和高纯二氧化硅作为原料,采用电热法制备低磷硅。结果表明:利用碳化稻壳作为原料制备低磷硅是可行的。将制备的低磷硅通过炉外精炼、定向凝固等方法提纯,预计最终可得到太阳能级的多晶硅。
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