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太阳能级多晶硅是光伏发电的基本材料,冶金法将逐步取代改良西门子法和流化床法成为多晶硅材料生产的主要技术。然而,冶金法制备太阳能级多晶硅还有一些关键技术没有突破,硅中B、P、C、O等非金属杂质的去除难题是该技术的主要瓶颈。本论文以冶金级硅中杂质硼的去除为研究对象,主要进行了SiO2-CaO二元和CaO-K2CO3-SiO2三元熔渣去除冶金级硅中杂质硼的研究,并探讨了造渣精炼去除冶金级硅中杂质硼的动力学原理和过程。根据SiO2-CaO二元系相图,合理选取熔渣组成和精炼温度范围,在不同SiO2-CaO熔渣组成和精炼时间条件下对冶金级硅实施氧化精炼除硼实验,结合动力学模型的推导,利用实验数据得到了造渣精炼冶金级硅除硼过程的动力学方程。提出利用CaO-K2CO3-SiO2三元系作为造渣剂,对冶金级硅进行造渣精炼除硼实验。得到不同熔渣组成、精炼时间以及渣硅比条件下去除冶金级硅中杂质硼的效果及影响规律。结果表明,在相同渣硅比和渣组成条件下,硅中硼含量随精炼时间的延长而降低,但当精炼3h后,硅中硼含量降低趋于平缓。在相同精炼时间条件下,硅中硼含量随三元渣中K2CO3含量以及渣硅比的增加而降低,当渣中K2CO3质量分数为20%,渣硅比为4：1以及精炼时间为2h时,精炼后硅中硼含量可由22ppmw降低至1.91ppmw。对含B203的CaO-K2CO3-SiO2熔渣进行的热力学分析发现,CaO-K2CO3-SiO2熔渣精炼冶金级硅过程中,杂质硼以K2O·2B2O3的复合硼酸盐存在于精炼渣中。利用电阻炉中硅的扩散实验估测了硅熔体中杂质硼的扩散系数,在1823K下进行3h的扩散后,测定了硅中B-Si界面不同距离处杂质硼的含量,并通过菲克第二定律计算得到了硅熔体中硼的扩散系数为D=2.3x10-10m2`·s-1。此外,通过在电阻炉中进行的50%SiO2-50%CaO二元熔渣精炼实验数据,得到硅熔体中杂质硼的传质系数为1.7×10-4m.s-1。最后,由硼在硅熔体中的传质系数与扩散系数的关系,得出硅熔体与熔渣间的有效边界层厚度为δ=1.35gm。在感应炉和气氛炉中进行了SiO2-CaO二元熔渣精炼实验,通过对比发现,在相同精炼时间内,感应炉内的除硼速率明显比气氛炉中的大。在气氛炉中进行SiO2-CaO二元熔渣精炼实验发现,杂质硼在渣中的传质系数为4.0×10-7m.s-1,由此得出,杂质硼由渣硅反应界面向熔渣中的传质是整个造渣精炼除硼过程的限制性环节,并由动力学方程计算出CaO-SiO2-Li2O和CaO-SiO2-LiF三元熔渣中杂质硼的传质系数分别为2.5×10-6m.s-1和1.7×10-6m.s-1。对于CaO-K2CO3-SiO2熔渣,当渣中K2C03含量从5%逐渐增加到20%时,杂质硼在该熔渣中的传质系数相应由9.6×10-7m.s-1增加到8.06×10-6m·s-1。由此发现,向二元熔渣中加入碱性更强的第三组元可有效改善熔渣中杂质硼的传质过程,进而提高除硼效果。