階段平衡法提取硅的工藝研究及裝置設計.pdf

1、硅的用途十分廣泛，是制備鋁硅合金、功能材料、有機硅的基本原料，經(jīng)過進一步提純的硅是發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)和信息微電子產(chǎn)業(yè)的重要原材料，因此純度高的工業(yè)硅原料市場需求很大。通過階段平衡降溫的方法使硅聚集生長，再將硅從鋁硅熔體中提取出來，由于在提取過程中，鋁液對硅起到了一定的清洗、純凈化作用，因此該方法較礦熱法生產(chǎn)的硅的純度要高。
　　本文以Al-25Si作為實驗材料，研究階段降溫提取硅的最佳工藝條件，考察合金在凝固過程中的保溫溫度、保溫間隔

2、時間、終止溫度、降溫幅度及攪拌速度對初生硅生長及分布規(guī)律的影響，然后比較不同終止溫度及攪拌情況下的提取率;并結合實驗參數(shù)對提取硅的裝置做了初步設計。
　　研究結果表明:當保溫溫度為900℃，降溫幅度為10℃，保溫間隔時間為20min，終止溫度為640℃時，硅的平均直徑達到0.466mm，粒徑大于3.35mm所占的比例達到20.2％。在實驗過程中，熔液散熱方向非常明顯，故硅片幾乎都沿著散熱方向擇優(yōu)平行生長，而合金中小的硅原子粒擴散沉

3、積至硅片側面，使硅片層層疊加向前生長，由于合金凝固過程中，細小的硅粒不能同時擴散到大的硅片上，造成上面明顯的臺階狀形貌;同時過冷度的變化影響硅原子的擴散，促使硅片生長為“H”型結構。
　　當攪拌速度為50r/min，通過攪拌的方法提取硅，此時提取出的合金含硅量高達44.3％。在降溫過程中坩堝壁及攪拌棒附近過冷度較大，使初生硅首先在此部分聚集生長，攪拌使初生硅粒子在旋轉金屬液的帶動下發(fā)生軸向流動，且離攪拌棒越近，其受的軸向力越大，由

4、于硅的密度較鋁的密度低，當合金軸向發(fā)生流動的時候，已長大的硅片不斷向合金上層聚集。從提高提取率的角度來講，使硅片集中到一起更有利于其提高。同時，攪拌作用還可以微調(diào)合金液中的溫度場，使硅片的生長更加均勻，以期生長為塊狀。
　　以10Kg的Al-40Si為處理量，結合提取硅裝置的專利說明及前期實驗參數(shù)，對保溫系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和升降系統(tǒng)做詳細的設計計算，攪拌時，由于攪拌速度較小，選擇高傳動比和高效率的擺線針輪一級減速器;升降系統(tǒng)選擇滾珠絲