Получение кремния высокой чистоты карботермическим способом

• Автор: Немчинова, Нина Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 365 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. КРЕМНИЙ И ЕГО РОЛЬ В ПЕРСПЕКТИВЕ РАЗВИТИЯ

СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

1.1 .Современное состояние и перспективы развития производства фотоэлектрических преобразователей тока.

1.2. Технологии получения кремния солнечного качества.

1.3. Эффективность карбогермического способа получения кремния высокой чистоты.

1.4. Влияние примесей в кремнии на КПД фотоэлектрических преобразователей тока.

1.5. Анализ основных источников поступления примесей в готовый продукт при карботермическом получении кремния высокой чистоты

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ.

2.1. Шихтовые и технологические материалы для выплавки кремния

в руднотермических печах
2.1.1. Рудное сырье
2.1.2. Требования к углеродистым восстановителям.
2.1.3. Угольные электроды печей
2.2. Контроль за содержанием активного нелетучего углерода
в шихте.
2.3. Подготовка шихты с использованием мелкофракционных сырьевых материалов для выплавки кремния в РТП.
2.3.1. Разработка методики окомкования мелкофракционных шихтовых материалов
2.3.2. Опытные плавки окомкованных шихт
2.4. Выводы.
Г ЛАВА 3. ИС1ЮЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ АНАЛИЗЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ
В ПРОЦЕССЕ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИЯ
3.1. Технологический процесс получения кремния в руднотермической печи как объект исследования
3.2. Применение методов термодинамического моделирования при исследовании высокотемпературных металлургических процессов
3.3. Базовая компьютерная физикохимическая модель процесса выплавки технического кремния в РТП
3.3.1. Основные этапы формирования базовой физикохимической модели процесса выплавки технического кремния
3.3.2. Результаты решений базовой четырехрезервуарной модели
3.4. Изучение влияния изменения температуры на формирование примесных включений в кремнии на основе семирезервуарной физикохимической модели.
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ РАФИНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
4.1. Способы рафинирования технического кремния
4.2. Окисли тельное рафинирование кремниевого расплава основной промышленный способ очистки
4.2.1. Химические реакции при рафинировании.
4.2.2. Изучение на основе компьютерного построения диаграмм состояния механизма формирования элементных и оксидных примесных включений в кремнии
4.2.3. Исследование примесного состава продуктов окислительного рафинирования технического кремния
4.3. Определение температур ликвидуса и солидуса, составов твердой и жидкой фаз в лучевом разрезе многокомпонентной системы в поле первичной кристаллизации кремния.
4.3.1. Способы отображения диафамм состояния систем различной мерности.
4.3.2. Алгоритм программы МиЫсотсПа 2.0.
4.3.3. Изучение механизма распределения примесей многокомпонентной системы в поле первичной кристаллизации кремния.
4.3.4. Эксперименты по ликвационному рафинированию технического кремния.
4.4. Оптимизация гидрометаллургической очистки кремниевого
порошка
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. ВЫРАЩИВАНИЕ МЕТОДАМИ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ЗОННОЙ ПЛАВКИ МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ИЗ РАФИНИРОВАННОГО ПРОДУКТА РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ
ПЛАВКИ.
5.1. Направленная кристаллизация как эффективный метод очистки кремния
5.2. Получение мультикристаллов кремния методом СтокбаргераБриджмена
5.2.1. Рафинированный технический кремний как исходный материал для выращивания мультикристаллов
5.2.2. Установка и методика выращивания мул ьти кристаллов кремния
5.2.3. Характеристика и химический состав экспериментальных образцов мул ьти кремния.
5.3. Укрупненнолабораторные испытания по рафинированию кремния металлургического сорта методом зонной плавки
5.3.1. Получение мул ьти кристаллического кремния из металлургического сырья зонной плавкой по методу Багдасарова.
5.3.2. Характеристика полученных образцов мультикремния.
5.3.3. Опытные испытания по применению мультикремния из
металлургического материала.
5.4. Выводы.
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ
ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ КАРБОТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБ ЛИОГР АФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ .
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Анализ физических свойств песчаников прочность, термостойкость, измельчаемость при дроблении и размоле, а также химического состава определяют месторождение как комплексную сырьевую базу для производства кристаллического кремния и других отраслей. Типичный состав песчаников, пригодных для выплавки высоких марок кремния, запасы которых учтены по сумме категорий ВС, следующий, , соответственно i2 ,,, в среднем ,2 А 0, 3 0, 0,. По качеству сырье Черемшанского месторождения выгодно отличается от всех сырьевых баз России и стран СНГ, а по ряду показателей даже превосходит лучшую из них кварциты Банического месторождения. Нами были проанализированы образцы Черемшанского кварцита визуальным, микроскопическим, рентгенофазовым методами, АЭА и РФА. Рентгенофазовый рентгеноструктурный анализ проводился на дифрактометрах ДРОН3, ДРОН7 с Сг7Гаизлучением на никелевом фильтре. Данный метод позволяет определить наличие фазовых составляющих в различных материалах чувствительность метода зависит от кристаллической структуры определяемых фаз кристаллы с кубической решеткой определяются уже при 0,5 ном их содержании в навеске образца фазы с более сложной кристаллической решеткой начинают фиксироваться лишь при ной концентрации. РФА образцов кварцита осуществляли на спектрометре марки 4 i X Германия. Данный метод позволяет определять содержание элементов от В до с точностью до 0,0Х . АЭА осуществляли на спектральной установке, состоящей из спектрографа ДФС8, генератора Везувий, регистратора спектров МАЭС, программного обеспечения Атом. По данным микроскопического анализа, проведенного с помощью рудного микроскопа, образец Черемшанского кварцита представлен практически чистым кварцем без видимых включений. По данным минералогического анализа средняя проба кварцита сложена мелкозернистой кварцевой крупкой или гранулированным мелкозернистым кварцем, на . На обломках зерен кварца хорошо видны включения пленочных образований гидроксидов железа, практически нет ни одного зерна без точечных включений. Встречаются также мелкие 0, мм включения рутила желтоватобурого цвета, форма образований вытянутые плохо образованные кристаллики. Выделен один знак циркона и один знак пирита возможно, данные фазы внесены при подготовке пробы к анализу. Форма выделений четко пластинчатая, при раздавливании образуют кварцевую муку, возможно маршаллит. Плоскости этих зерен сильно загрязнены пленками гидроксидов железа, тонкочешуйчатым биотитом, мусковитом и, возможно, оксидами марганца. Точно диагностировать эти пластинчатые зерна иммерсионным методом невозможно, т. Под микроскопом при увеличении x в исследуемом материале наблюдаются многочисленные газовожидкостные включения бесцветные, изредка перламутровые. Форма этих включении овальная, округлая. Размер колеблется от 0, мм. При рентгенофазовом исследовании навески с использованием ДРОН7 был зафиксирован кварц в виде 2х модификаций низкотемпературные гексагональный акварц , и тетрагональный кеатит 0, . По данным анализа на ДРОН3 кварцит является очень чистым материалом, представленный акварцем и практически не содержащим примесных фаз. Однако при избирательном анализе минеральных фракций в навеске были обнаружены магнезиоферрит МРе вюстит РеО, гетит НРе и техногенное элементное Ре рис. По данным РФА рис. При исследовании образцов кварцита методом АЭА кроме определения содержания большинства примесных элементов, концентрации щелочных, щелочноземельных металлов и фосфора определялись химическими методами концентрация бора контролировалась также количественным АЭА при определении содержания В и Р разными методами выявлена сходимость результатов прил. П7П9. Исходя их полученных аналитических данных химического состава кварцевого сырья, можно сделать вывод, что кварцевые проявления ВосточноСибирского региона Малокутулахское, БуралСарьдаг, Черемшанское относятся к высокочистым кремнеземсодержащим материалам, пригодным для получения кремния солнечного качества прямым карботермическим способом с последующим рафинированием различными способами и выращиванием кристаллов методом направленной кристаллизации .