工業硅中雜質P的強化析出及濕法去除探究

金學珍

摘 要：濕法提純就是運用濕法酸浸方法，將工業硅中的雜質剔除的過程，它是提純去除雜質的有效方法，操作不復雜，并且能夠大規模作業。但是在硅中非金屬雜質P的提取去除方面，作用不明顯，主要是由于硅中的存在分布形態的影響。筆者將根據工業硅中非金屬雜質P的存在特點，根據硅熔體內雜質的存在成分對P雜質的析出和濕度去除的方法，提高提純作用。

關鍵詞：工業硅;雜質磷;強化析出;濕法去除

工業硅中雜質去除的兩個比較起作用的方法就是硅熔體的精準提煉和濕法浸出。通過控制硅熔體里面雜質的成分，能夠使非金屬雜質在硅熔體中轉變為化合物，也能將其集中或者轉移到其他元素沉淀在析出相里面，也可以用先氧化焙燒，將雜質集中到硅體表面統一去除，效果明顯。工業硅中雜質P的去除難度較大，是世界研究界難點。

1 粒級分布規律

原生硅精煉之后，非金屬P的含量降低;雜質P也會因為硅粉顆粒不斷變小而形成富集，這是硅中的雜質和P混合變化后生成的另一種沉淀相而析出在晶界表面所致。由此可見，運用機器強行將工業硅研磨時候，雜質們因為自身較容易破碎，加之承受強大外力的研磨，雜質破裂，就會生成外形大小各不相同的顆粒。隨后，破碎的雜質跟著破碎的顆粒硅進入更小級顆粒當中，就在此富集。由此可以推出，工業硅中分布不均勻的磷化合物有能夠幫助利用酸液清洗降低雜質P含量的作用。

2 影響因素

2.1 工業硅顆粒大小的影響

工業硅顆粒大小對于雜質P的去除有一定影響，顆粒大小與雜質P去除的效果成反比例增長，顆粒越小，作用越不明顯;特別是在原生硅中，該效果體現更明顯。通常來講，工業硅越細，雜質可視度越高，酸洗去除雜質的效果越好。但是，如果工業硅被擊碎后，顆粒體積變小，但是雜質的量度卻并未減少，依然很高。所以，在運用濕法去除雜質的時候，應當注意顆粒大小的選擇，可以選擇將細小顆粒的硅體排除，這樣能夠降低固液分離難度，減少硅料損失的情況，還能夠選擇性地將雜質富集較高的硅粒除去，形成雜質篩選，達到去除雜質的目的。

2.2 酸液浸泡時間的影響

酸液浸泡時間對工業硅非金屬雜質P去除率有一定的影響。通過實驗得出，一般酸浸6h，原生硅去除雜質P超過50%，經過加工后的工業硅則接近12%。由此可以看出，兩種不同硅種采用同一種方法去除雜質的效果不同。主要是原生硅雜質P的存在形式是單質、合金，但是精煉以后的工業硅中的P是氧化以后形成的鹽的形式。這兩種硅體在一定酸浸時間內，去除雜質P的效率與時間成正比，但是，超過浸泡6h以后，基本保持平穩狀態。主要是因為在6h的時間里，在硅表面的雜質基本上被去除掉，剩余的雜質藏存于顆粒間隙或者固態硅里面，不容易被發現和去除。為此，要想通過酸浸去除雜質P，實踐6h為最佳，不宜時間過長。

2.3 酸液浸泡的溫度的影響

酸液溫度對于雜質P去除率有一定的影響，一般情況下，溫度越高，浸出雜質率越高。范特霍夫方程（Van 't Hoff equation）是一個用于計算在不同溫度下某反應的平衡常數的方程。根據該方程顯示，溫度均勻的熱化反應中，反應時候的液溫，每增加10克，反應的速度成原來的2倍速度增加。這是受到在化學反應當中，起到促進化學反應的活化能影響，使得反應、擴散的速度與溫度成正比，速度越快，運動更加激烈，對于晶體間隙撞擊力度越強，去除雜質的效果越好。但是，也并非溫度越高越好，酸液溫度要控制在75度為最佳，不宜過高。

2.4 機械工作速率的影響

因為原工業硅因為密度相對較大，一般硅粉沉積在容器最底層，不能夠與酸液良好接觸，雜質去除效果較差。所以，利用機器進行攪拌，對于去除工業硅中雜質P有一定作用。通過實驗顯示，同一種攪拌速度在不同工業硅內去除雜質的效果是不一樣的。在原生硅中，攪拌速度越快，除P率成緩慢增加的趨勢;在經過精煉提取后的工業硅中，機器速度不斷加大，除磷效率快速提升，但是在600rpm中達到最大值，但是也不足20%。大于該速率之后，成下降趨勢。應該是加大對工業硅的攪拌，使其充分與酸液相融合，但是隨著反應時間和速度的長短，在600rpm達到最佳效果，再繼續加速作業，作用不明顯。所以，盡量保證機器攪拌速率在600rpm。

2.5 酸液濃度的影響

酸液濃度也是影響工業硅去除雜質P效率的重要影響因素之一。經過試驗表明，在原生硅的去除雜質P的實驗中，多次試驗，均圍繞50%左右上下波動;在精煉后工業硅除磷實驗中，隨著濃度的增加，除磷效率成先上升后下降的狀態，但是最高時候，也是不足20%。在酸液與工業硅攪拌在一起的時候，粉碎的工業硅和雜質的數量不變，在酸液濃度越大，與工業硅內部雜質相碰撞的次數變多，但是，當達到一定濃度時，相碰撞的幾率也逐漸趨于平穩。所以，酸液濃度過高或者過低，都不利于工業硅中雜質P的去除，應當控制在每小時4mobl效果最好。

3 結束語

總之，通過以上研究分析，我們可以看出，利用強化析出及濕法去除的方式去除工業硅中雜質P的含量有一定作用。但是，該方法受到酸液溫度、濃度、時間等不同因素影響，效果不同。大量對比試驗證明，與精煉工業硅相比，在原生硅中使用該方法去除雜質P的效果最佳，具有良好的實施效果。

參考文獻：

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