金學(xué)珍

摘 要：濕法提純就是運(yùn)用濕法酸浸方法，將工業(yè)硅中的雜質(zhì)剔除的過(guò)程，它是提純?nèi)コs質(zhì)的有效方法，操作不復(fù)雜，并且能夠大規(guī)模作業(yè)。但是在硅中非金屬雜質(zhì)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(tài)的影響。筆者將根據(jù)工業(yè)硅中非金屬雜質(zhì)P的存在特點(diǎn)，根據(jù)硅熔體內(nèi)雜質(zhì)的存在成分對(duì)P雜質(zhì)的析出和濕度去除的方法，提高提純作用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)硅;雜質(zhì)磷;強(qiáng)化析出;濕法去除

工業(yè)硅中雜質(zhì)去除的兩個(gè)比較起作用的方法就是硅熔體的精準(zhǔn)提煉和濕法浸出。通過(guò)控制硅熔體里面雜質(zhì)的成分，能夠使非金屬雜質(zhì)在硅熔體中轉(zhuǎn)變?yōu)榛衔?，也能將其集中或者轉(zhuǎn)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(zhì)集中到硅體表面統(tǒng)一去除，效果明顯。工業(yè)硅中雜質(zhì)P的去除難度較大，是世界研究界難點(diǎn)。

1 粒級(jí)分布規(guī)律

原生硅精煉之后，非金屬P的含量降低;雜質(zhì)P也會(huì)因?yàn)楣璺垲w粒不斷變小而形成富集，這是硅中的雜質(zhì)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(jiàn)，運(yùn)用機(jī)器強(qiáng)行將工業(yè)硅研磨時(shí)候，雜質(zhì)們因?yàn)樽陨磔^容易破碎，加之承受強(qiáng)大外力的研磨，雜質(zhì)破裂，就會(huì)生成外形大小各不相同的顆粒。隨后，破碎的雜質(zhì)跟著破碎的顆粒硅進(jìn)入更小級(jí)顆粒當(dāng)中，就在此富集。由此可以推出，工業(yè)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(zhì)P含量的作用。

2 影響因素

2.1 工業(yè)硅顆粒大小的影響

工業(yè)硅顆粒大小對(duì)于雜質(zhì)P的去除有一定影響，顆粒大小與雜質(zhì)P去除的效果成反比例增長(zhǎng)，顆粒越小，作用越不明顯;特別是在原生硅中，該效果體現(xiàn)更明顯。通常來(lái)講，工業(yè)硅越細(xì)，雜質(zhì)可視度越高，酸洗去除雜質(zhì)的效果越好。但是，如果工業(yè)硅被擊碎后，顆粒體積變小，但是雜質(zhì)的量度卻并未減少，依然很高。所以，在運(yùn)用濕法去除雜質(zhì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)注意顆粒大小的選擇，可以選擇將細(xì)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(zhì)富集較高的硅粒除去，形成雜質(zhì)篩選，達(dá)到去除雜質(zhì)的目的。

2.2 酸液浸泡時(shí)間的影響

酸液浸泡時(shí)間對(duì)工業(yè)硅非金屬雜質(zhì)P去除率有一定的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，一般酸浸6h，原生硅去除雜質(zhì)P超過(guò)50%，經(jīng)過(guò)加工后的工業(yè)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(zhì)的效果不同。主要是原生硅雜質(zhì)P的存在形式是單質(zhì)、合金，但是精煉以后的工業(yè)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(shí)間內(nèi)，去除雜質(zhì)P的效率與時(shí)間成正比，但是，超過(guò)浸泡6h以后，基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。主要是因?yàn)樵?h的時(shí)間里，在硅表面的雜質(zhì)基本上被去除掉，剩余的雜質(zhì)藏存于顆粒間隙或者固態(tài)硅里面，不容易被發(fā)現(xiàn)和去除。為此，要想通過(guò)酸浸去除雜質(zhì)P，實(shí)踐6h為最佳，不宜時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

2.3 酸液浸泡的溫度的影響

酸液溫度對(duì)于雜質(zhì)P去除率有一定的影響，一般情況下，溫度越高，浸出雜質(zhì)率越高。范特霍夫方程（Van 't Hoff equation）是一個(gè)用于計(jì)算在不同溫度下某反應(yīng)的平衡常數(shù)的方程。根據(jù)該方程顯示，溫度均勻的熱化反應(yīng)中，反應(yīng)時(shí)候的液溫，每增加10克，反應(yīng)的速度成原來(lái)的2倍速度增加。這是受到在化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中，起到促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的活化能影響，使得反應(yīng)、擴(kuò)散的速度與溫度成正比，速度越快，運(yùn)動(dòng)更加激烈，對(duì)于晶體間隙撞擊力度越強(qiáng)，去除雜質(zhì)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(guò)高。

2.4 機(jī)械工作速率的影響

因?yàn)樵I(yè)硅因?yàn)槊芏认鄬?duì)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(zhì)去除效果較差。所以，利用機(jī)器進(jìn)行攪拌，對(duì)于去除工業(yè)硅中雜質(zhì)P有一定作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)顯示，同一種攪拌速度在不同工業(yè)硅內(nèi)去除雜質(zhì)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(shì);在經(jīng)過(guò)精煉提取后的工業(yè)硅中，機(jī)器速度不斷加大，除磷效率快速提升，但是在600rpm中達(dá)到最大值，但是也不足20%。大于該速率之后，成下降趨勢(shì)。應(yīng)該是加大對(duì)工業(yè)硅的攪拌，使其充分與酸液相融合，但是隨著反應(yīng)時(shí)間和速度的長(zhǎng)短，在600rpm達(dá)到最佳效果，再繼續(xù)加速作業(yè)，作用不明顯。所以，盡量保證機(jī)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(yè)硅去除雜質(zhì)P效率的重要影響因素之一。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，在原生硅的去除雜質(zhì)P的實(shí)驗(yàn)中，多次試驗(yàn)，均圍繞50%左右上下波動(dòng);在精煉后工業(yè)硅除磷實(shí)驗(yàn)中，隨著濃度的增加，除磷效率成先上升后下降的狀態(tài)，但是最高時(shí)候，也是不足20%。在酸液與工業(yè)硅攪拌在一起的時(shí)候，粉碎的工業(yè)硅和雜質(zhì)的數(shù)量不變，在酸液濃度越大，與工業(yè)硅內(nèi)部雜質(zhì)相碰撞的次數(shù)變多，但是，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，相碰撞的幾率也逐漸趨于平穩(wěn)。所以，酸液濃度過(guò)高或者過(guò)低，都不利于工業(yè)硅中雜質(zhì)P的去除，應(yīng)當(dāng)控制在每小時(shí)4mobl效果最好。

3 結(jié)束語(yǔ)

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

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