《邢鹏飞杭州会议》由会员分享，可在线阅读，更多相关《邢鹏飞杭州会议（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、邢鹏飞教授东北大学高温冶金研究室电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅报告内容东北大学和研究室概况1冶金法制备太阳能多晶硅2电热法制备低硼磷高纯硅3电热法制备高纯硅方面的进展4本冶金室的主要设备51. 东北大学和研究室概况z东北大学于1923 年著名爱国将领张学良将军创建，是一所具有爱国主义光荣传统的大学。z东北大学是国家首批“211 工程 ”和 “985工程 ”重点建设的学校。z东北大学主要优势学科是冶金、矿业、计算机等，其中冶金学科是国家的一级重点学科。z胡锦涛、温家宝及江泽民、李鹏、朱镕基等许多党和国家领导人曾莅校视察。东北大学概况1. 东北大学和高温冶金室概况高温冶金室概括：东北大学高温冶金室长期
2、致力于电弧熔炼法(即电热法)制备硅和硅合金方面的研发和产业化，已有了三十多年的工作积淀。形成了一整套电弧熔炼法制取硅和硅合金方面的工艺理论和技术装备的核心体系，并拥有了一系列自主知识产权的产品技术。先后产业化的项目有八项；获得国际发明博览会金奖、国家技术发明二等奖、四等奖，辽宁省科技进步等奖10余项，高温冶金室研究方向：(1)电热法制备高纯硅、硅合金、铁合金方面的研发 ;(2)高温冶金法制取太阳能级多晶硅及从晶体硅切割废料中回收多晶硅的研发。1. 东北大学和高温冶金室概况z 1982年 : 在内蒙古包头市实现了“ 工业硅 ”项目的工业化生产。z 1986年 : 在内蒙古包头市实现了“ 电弧炉生
3、产硅铁合金 ”工业化生产。z 1994年 : 完成了国家的 “六五 ”“七五” 重点攻关项目“ 电热法生产稀土钡硅铁合金的研究并在内蒙古包头市实现了工业化生产。z 1996 年 : 完成项目“ 电热热法制取稀土钡硅合金 ”(专利号ZL98121072.4)，并在内蒙赤峰市实现了产业化。获国家发明四等奖、辽宁省科技进步一等奖、纽伦堡、墨西哥国际发明博览会金奖。z 1997年 : 项目 “电热法制取稀土硅合金工艺 ” 在辽宁营口大石桥实现了产业化 (专利号ZL9210999 8.3) 。该项目获辽宁省科技进步二等奖； 2001年国家技术发明二等奖。z 2003年 : 实现了 “电热法制备碳化硼 (
4、B4C)” 并在大连实现了产业化。z 2008年 : 实现了 “电热法制取硼化钛的工艺 ”。高温冶金室已产业化的项目：1. 东北大学和高温冶金室概况高温冶金室的部分获奖证书：1. 东北大学和高温冶金室概况硅铁合金稀土硅钡合金稀土硅合金 碳化硼2. 冶金法制备太阳能多晶硅z世界的能源危机迫在眉睫。太阳能因其丰富、清洁、安全等优势而成为21世纪最重要的新能源。z光伏产业发展的关键是降低问题，所以降低太阳能多晶硅材料的成本也就成为了国际竞争的新领域。z发达国家在重视完善和改革传统多晶硅生产方法的同时，也在积极寻求和开发新的方法-即用冶金法制备太阳能多晶硅，以期早日取得突破并在新一轮竞争中占据主动。2
5、. 冶金法制备太阳能多晶硅冶金法制备多晶硅的优点：z成本低：冶金法制备多晶硅，预计成本为15-20$/kg；z能耗低：从工业硅开始全过程预计综合电耗约 60-80kWh/kg。z投资小：冶金法千吨级多晶硅投资1-2 亿元 。z污染小：副产品少、对环境友好 。2. 冶金法制备太阳能多晶硅石墨电极矿热炉硅石SiO2碳质还原剂工业硅工业硅的制备硅烷法流化床法西门子法炉外精炼真空精炼定向凝固等太阳能级多晶硅(6N)76%23%1%单晶和多晶硅的制备半导体级单晶硅(9N-12N)2. 冶金法制备太阳能多晶硅一个典型的冶金法制备SoG-Si技术路线图酸洗除杂电子束除杂定向凝固造渣精炼冶金硅SoG-Si真空
6、精炼2. 冶金法制备太阳能多晶硅B和P被高温还原出 来 后以原子形式 进 入硅原子之间 ， 成为了影响太 阳 能级多晶硅的最有害元素工业硅国外在尝试了种种提纯方法之后，最终选择了氯化除渣的方法，即西门子法和硅烷法。西门子法和硅烷法制得电子级多晶硅硼磷在制备多晶硅过程中走向示意图2. 冶金法制备太阳能多晶硅z我国目前冶金法制备多晶硅的主要努力方向是寻求到有效价廉的硼磷去除方法。z目前我国开发冶金法制备多晶硅主要是企业为主导，重点是要吸纳相关的科研院所的参与。z目前，在冶金法制备多晶硅水平上我国和国外差距不大，这是我国赶超国外的一个契机。z需要我国政府和地方的大力助推和扶持，并启动相关的重大科技攻
7、关项目。国内冶金法存在的问题和努力方向：3. 电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅在 2009.6.12-14厦门召开的“ 冶金法太阳能多晶硅制备技术及应用研讨会” 上，本人提出：“结合工业硅生产工艺，用高纯原料的原料替代工业硅原料来制得低硼磷的高纯硅。为下一步通过炉外精练、真空熔炼和定向凝固等方法提纯为太阳能级多晶硅奠定基础。即从源头开始就控制杂质含量，而不是等将硼和磷等杂质融入了工业硅后才千方百计从中去除” 。这是本人在大会上发言中PPT 的原话，在当时引起了与会专家的讨论。总体思路：3. 电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅矿热炉炉外精练真空精炼定向凝固等酸洗除杂电子束除杂定向凝固造渣精炼冶金硅真空精炼So
8、G-Si高纯硅SoG-Si碳还原剂石墨电极硅石高纯SiO2高纯电极高纯还原剂我提出的方法国内常用的方法3. 电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅制备工业硅的主体设备埋弧电弧炉(矿热炉)3. 电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅总反应方程：SiO2(s)+ C(s)= Si(l)+ CO(g)电弧区温度：2500-5000还原区温度：1800-2500制备硅的矿热炉示意图3. 电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅材料Si /wt% O/wt% C/wt% Fe/ppm Al/ppm Ca/ppm Mg/ppm P/ppm B/ppm硅石46.1-46.553.1-53.6- 100-1500300-320075-160 20
9、-140 5-50 10-45木炭0.05-9 2-15 81-91100-1700 100-6200 1000-4000 200-100080-300 10-16石油焦1-1.5 94-97 100-600 70-11075 15-100 5-1310电极0.2-1.3 91-97100-350050-4000 200-1500 15-500 5-17010制备工业硅的原料及其杂质含量从上表可以看出，硅的杂质来源第一是来自木炭、第二是来自硅石，电极和石油焦引入的杂质较少。3. 电弧熔炼法制备低硼磷高纯硅名称牌号Siwt%Fewt%Alwt%Cawt%应用范围BppmPppmA级硅Si-A 9
10、9.3 0.4 0.2 0.10.20.30.5B级硅Si-B 99.0 0.5 0.31.0一级硅Si-1 98.5 0.6二级硅Si-2 98.0 0.7三级硅Si-3 97.0 1.0化学级冶金级30-50 30-50工业硅的国家标准3. 在电热法制备高纯硅方面的进展A. 用 SiO2和石油焦电热法制备高纯硅矿热炉高纯硅优选硅石石油焦提纯石油焦矿热炉高纯硅SiO2粉石油焦提纯石油焦制团烘干高纯SiO23. 在电热法制备高纯硅方面的进展A. 用 SiO2和石油焦电热法制备高纯硅用 SiO2和石油焦电热法制备的高纯硅20%坚硬的表面二氧化硅含量高质轻不易被细菌分解碳化C SiO251.44%
11、 27.15%孔隙度82.5%易破碎透气性好易除杂理想原料！碳化稻壳3. 在电热法制备高纯硅方面的进展B. 用碳化稻壳电热法制备高纯硅3. 在电热法制备高纯硅方面的进展B. 用碳化稻壳电热法制备高纯硅矿热炉高纯硅碳化稻壳酸洗除杂真空除杂SiO2提纯处理3. 在电热法制备高纯硅方面的进展B. 用碳化稻壳电热法制备高纯硅用碳化稻壳电热法制备的高纯硅3. 在电热法制备高纯硅方面的进展B. 用碳化稻壳电热法制备高纯硅用碳化稻壳电热法制备的高纯硅水稻：它是我国最主要的粮食作物之一，目前，我国水稻的播种面积约占粮食作物总面积的1/4，产量约占全国粮食总产量的1/2，产区遍及全国各地。2009年中国稻谷产量
12、达1.95亿吨3. 在电热法制备高纯硅方面的进展B. 用碳化稻壳电热法制备高纯硅3. 在电热法制备高纯硅方面的进展C. 用晶体硅切割废料制备高纯硅物理沉降硅富集料高温熔炼低硼磷高纯硅酸洗除杂沉降底料酸洗除杂高温氮化氮化硅结合碳化硅制品切割废料PEG/SiC切割废料回收的流程图3. 在电热法制备高纯硅方面的进展C. 用晶体硅切割废料制备高纯硅用切割粉的硅富集料制备低硼磷高纯硅方面取得了突破性的进展。D. 本冶金室申请的相关专利：3. 在电热法制备高纯硅方面的进展1 邢鹏飞, 庄艳歆, 任存治, 涂赣峰. 一种电热冶金法制备低硼磷高纯硅的方法P. 中国：申请号201110142290X, 2011
13、.05.30.2 邢鹏飞, 庄艳歆, 吴文远, 涂赣峰，李峰. 一种高温冶金法制备太阳能级多晶硅的工艺P. 中国: 申请号200910248411.1, 2009.12.16.3 邢鹏飞, 庄艳歆, 任存治, 涂赣峰. 用碳化稻壳制备低硼磷高纯的方法P. 中国：申请号，2011.05.4 邢鹏飞, 王珺，庄艳歆, 任存治, 涂赣峰. 一种晶体硅切割废料氮化反应烧结碳化硅的工艺P. 中国：申请号, 2011.055 邢鹏飞, 王耀彬，郭菁，李景江，林.安东尼，涂赣峰. 一种从单/多晶硅切割料浆中回收太阳能级多晶硅的方法P. 中国：授权号ZL200910187695.8, CN101671022B
14、申请日2009.09.28, 授权日2011.05.25.6 郭菁，邢鹏飞，庄艳歆，任存治，涂赣峰. 由单晶硅和多晶硅切割废料中回收硅和碳化硅的方法. 中国: 申请号201010280712.5, 2010.09.15.7 邢鹏飞, 涂赣峰, 庄艳歆, 吴文远, 孙树臣, 高波, 边雪. 用碳热还原法制备钛硅铝合金的方法P. 中国：授权号ZL200810011862.9，CN101298642B, 申请日2008.06.16，授权日2010.04.14.实验楼5. 研究室主要设备100KVA交流电弧炉5. 研究室主要设备100kVA直流电弧炉5. 研究室主要设备ZG25A型真空感应炉5. 研究室主要设备5. 研究室主要设备柱流分离实验装置45KW常压感应炉ZRS-320型真空碳管炉5. 研究室主要设备ZRY55B型真空热压烧结炉5. 研究室主要设备150型三段电加热回转炉化验室5. 研究室主要设备
