專利名稱：鋅還原法制備高純多晶硅的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏技術(shù)，尤其涉及一種鋅還原法制備高純多晶硅的裝置。
背景技術(shù)：
在光伏產(chǎn)業(yè)中，多晶硅的生產(chǎn)工藝主要有西門子法、改良西門子法、硅烷熱分解法和流化床法，此外還有采用區(qū)域熔煉法對冶金級硅進(jìn)行提純的。而采用SiHCl3作為原料的改進(jìn)西門子法供應(yīng)的太陽能級多晶硅占整個世界太陽能級多晶硅供應(yīng)量的70 80%。由于SiCl4對人、生物及環(huán)境的危害性較大，因此SiCl4的環(huán)境危害和巨量儲存問題成為了多晶硅企業(yè)急需解決的重大問題。改良西門子法是將副產(chǎn)品SiCl4氫化回收。由于SiCl4氫化技術(shù)效率不高，且每生產(chǎn)1公斤的多晶硅將會有約18公斤的SiCl4副產(chǎn)物產(chǎn)生，生產(chǎn)成本高。另外，常溫下SiCl4是一種有毒有害的強腐蝕性液體，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。采用鋅還原四氯化硅的技術(shù)來生產(chǎn)高純多晶硅和高純無水氯化鋅的工藝技術(shù)路線，可同時解決數(shù)量巨大的有毒副產(chǎn)物四氯化硅的利用問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，以解決數(shù)量巨大的有毒副產(chǎn)物四氯化硅的利用問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，包括通過管道順序相連的鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、尾氣管、第一尾氣收集器和第二尾氣收集器，在鋅熔化池上連接有鋅線進(jìn)料管，在鋅線進(jìn)料管上連接有保護(hù)氣進(jìn)口管，在反應(yīng)器上連接有SiCl4進(jìn)料管，在分離器下方連接有多晶硅收集器。所述的鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、多晶硅收集器和尾氣管分別采用耐高溫的高純石英玻璃制造。所述的第一尾氣收集器和第二尾氣收集器分別采用耐腐蝕的不銹鋼制造，并且第一尾氣收集器的頂部和第二尾氣收集器的頂部通過管道直線連接。所述的鋅熔化池內(nèi)設(shè)有加熱電阻絲；所述的鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、尾氣管和多晶硅收集器的外圍分別設(shè)有電熱保溫層；在順序連接鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器和尾氣管的管道外圍分別設(shè)有電熱保溫層；在連接分離器與多晶硅收集器的管道外圍設(shè)有電熱保溫層。在鋅蒸汽穩(wěn)定池與反應(yīng)器的連接管道上設(shè)有第一密封連接法蘭，在反應(yīng)器與分離器的連接管道上設(shè)有第二密封連接法蘭，在分離器與多晶硅收集器的連接管道上設(shè)有第三密封連接法蘭，在多晶硅收集器與尾氣管的連接管道上設(shè)有第四密封連接法蘭，在尾氣管與第一尾氣收集器的連接管道上設(shè)有第五密封連接法蘭，在第一尾氣收集器與第二尾氣收集器的連接管道上設(shè)有第六密封連接法蘭。所述的鋅線進(jìn)料管與鋅熔化池之間采用耐高溫橡膠密封連接；保護(hù)氣進(jìn)口管與鋅
3線進(jìn)料管之間采用耐高溫橡膠密封連接；SiCl4進(jìn)料管與反應(yīng)器之間采用耐高溫橡膠密封連接。所述的各密封連接法蘭分別采用榫密封連接。本發(fā)明的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置由于采用來源廣泛的石英玻璃材料制造，其他特殊材料用量很少，因而成本不高；配合外置的鋅線進(jìn)料系統(tǒng)、外置的四氯化硅進(jìn)料系統(tǒng)、保護(hù)氣系統(tǒng)和少量廢氣的處理系統(tǒng)，很好地保證了由高純鋅以氣態(tài)形式還原四氯化硅來制取高純多晶硅的工藝路線的實現(xiàn)，而且環(huán)保效益非常顯著。而且本發(fā)明的反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊新穎、能耗小、無污染、制造裝配簡單、運行經(jīng)濟(jì)成本低、操作方便、生產(chǎn)量可大可小的優(yōu)點，還具有連續(xù)不間斷生產(chǎn)的優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明鋅還原法制備高純多晶硅的裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，包括通過管道順序相連的鋅熔化池1、鋅蒸汽穩(wěn)定池2、反應(yīng)器3、分離器4、尾氣管5、第一尾氣收集器61和第二尾氣收集器62，在鋅熔化池1上連接有鋅線進(jìn)料管7，在鋅線進(jìn)料管上連接有保護(hù)氣進(jìn)口管71，在反應(yīng)器3上連接有SiCl4進(jìn)料管8，在分離器下方連接有多晶硅收集器9。本發(fā)明中的鋅熔化池1、鋅蒸汽穩(wěn)定池2、反應(yīng)器3、分離器4、多晶硅收集器9和尾氣管5分別采用耐高溫的高純石英玻璃制造。本發(fā)明中的第一尾氣收集器61和第二尾氣收集器62分別采用耐腐蝕的不銹鋼制造，并且第一尾氣收集器的頂部和第二尾氣收集器的頂部通過管道直線連接。本發(fā)明中的鋅熔化池1內(nèi)設(shè)有加熱電阻絲；鋅蒸汽穩(wěn)定池2、反應(yīng)器3、分離器4、尾氣管5和多晶硅收集器9的外圍分別設(shè)有電熱保溫層；在順序連接鋅熔化池1、鋅蒸汽穩(wěn)定池2、反應(yīng)器3、分離器4和尾氣管5的管道外圍分別設(shè)有電熱保溫層；在連接分離器4與多晶硅收集器9的管道外圍設(shè)有電熱保溫層。本發(fā)明中在鋅蒸汽穩(wěn)定池2與反應(yīng)器3的連接管道上設(shè)有第一密封連接法蘭10，在反應(yīng)器3與分離器4的連接管道上設(shè)有第二密封連接法蘭11，在分離器4與多晶硅收集器9的連接管道上設(shè)有第三密封連接法蘭12，在多晶硅收集器9與尾氣管5的連接管道上設(shè)有第四密封連接法蘭13，在尾氣管5與第一尾氣收集器61的連接管道上設(shè)有第五密封連接法蘭14，在第一尾氣收集器61與第二尾氣收集器62的連接管道上設(shè)有第六密封連接法蘭15。上述各密封連接法蘭分別采用榫密封連接。本發(fā)明中的鋅線進(jìn)料管7與鋅熔化池1之間采用耐高溫橡膠密封連接；保護(hù)氣進(jìn)口管71與鋅線進(jìn)料管7之間采用耐高溫橡膠密封連接；SiCl4進(jìn)料管8與反應(yīng)器3之間采用耐高溫橡膠密封連接。本發(fā)明的工作過程原理可簡述如下首先將各設(shè)備管道的溫度升至所需溫度，將高純鋅裝入外置鋅線進(jìn)料裝置，開啟保護(hù)氣(氬氣或氮氣)通過保護(hù)氣進(jìn)口管71對裝置進(jìn)行吹掃；將裝置內(nèi)空氣排空之后，啟動外置鋅線進(jìn)料裝置將鋅線通入鋅熔化池1進(jìn)行蒸發(fā)，經(jīng)過鋅蒸汽穩(wěn)定池2穩(wěn)定后的鋅蒸汽由保護(hù)氣平穩(wěn)帶動進(jìn)入反應(yīng)器3 ；等到反應(yīng)器3內(nèi)充滿鋅蒸汽之后，開啟外置的四氯化硅進(jìn)料裝置通過SiCl4進(jìn)料管8進(jìn)行四氯化硅進(jìn)料，控制好鋅與四氯化硅的比例，保證反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行；反應(yīng)生成的多晶硅和氯化鋅由保護(hù)氣推動，直至進(jìn)入分離器4進(jìn)行分離，分離之后的多晶硅進(jìn)入多晶硅收集器9，分離出來的氯化鋅由尾氣管5進(jìn)入尾氣收集器61、62中，這樣就可以保證反應(yīng)的連續(xù)性。反應(yīng)結(jié)束時先關(guān)閉四氯化硅進(jìn)料系統(tǒng)，切斷四氯化硅進(jìn)料；之后關(guān)閉鋅線進(jìn)料裝置，停止鋅進(jìn)料，待鋅熔化池1中的鋅蒸發(fā)完之后，切斷加熱電阻絲的電源，停止裝置加熱，最后關(guān)閉保護(hù)氣。這樣就完成批量生產(chǎn)高純多晶硅的一次作業(yè)。
經(jīng)過實驗結(jié)果檢測發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明反應(yīng)裝置生產(chǎn)出的多晶硅完全能夠達(dá)到6N標(biāo)準(zhǔn)。不僅解決了我國目前多晶硅生產(chǎn)企業(yè)由于技術(shù)不過關(guān)造成的數(shù)量巨大的有毒副產(chǎn)物四氯化硅的排放污染環(huán)境的問題，也解決了我國高純多晶硅的低成本大批量生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。
權(quán)利要求
1.一種鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于包括通過管道順序相連的鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、尾氣管、第一尾氣收集器和第二尾氣收集器，在鋅熔化池上連接有鋅線進(jìn)料管，在鋅線進(jìn)料管上連接有保護(hù)氣進(jìn)口管，在反應(yīng)器上連接有SiCl4進(jìn)料管，在分離器下方連接有多晶硅收集器。
2.如權(quán)利要求1所述的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于所述的鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、多晶硅收集器和尾氣管分別采用耐高溫的高純石英玻璃制造。
3.如權(quán)利要求1所述的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于所述的第一尾氣收集器和第二尾氣收集器分別采用耐腐蝕的不銹鋼制造，并且第一尾氣收集器的頂部和第二尾氣收集器的頂部通過管道直線連接。
4.如權(quán)利要求1所述的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于所述的鋅熔化池內(nèi)設(shè)有加熱電阻絲；所述的鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、尾氣管和多晶硅收集器的外圍分別設(shè)有電熱保溫層；在順序連接鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器和尾氣管的管道外圍分別設(shè)有電熱保溫層；在連接分離器與多晶硅收集器的管道外圍設(shè)有電熱保溫層。
5.如權(quán)利要求1所述的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于在鋅蒸汽穩(wěn)定池與反應(yīng)器的連接管道上設(shè)有第一密封連接法蘭，在反應(yīng)器與分離器的連接管道上設(shè)有第二密封連接法蘭，在分離器與多晶硅收集器的連接管道上設(shè)有第三密封連接法蘭，在多晶硅收集器與尾氣管的連接管道上設(shè)有第四密封連接法蘭，在尾氣管與第一尾氣收集器的連接管道上設(shè)有第五密封連接法蘭，在第一尾氣收集器與第二尾氣收集器的連接管道上設(shè)有第六密封連接法蘭。
6.如權(quán)利要求1所述的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于所述的鋅線進(jìn)料管與鋅熔化池之間采用耐高溫橡膠密封連接；保護(hù)氣進(jìn)口管與鋅線進(jìn)料管之間采用耐高溫橡膠密封連接；SiCl4進(jìn)料管與反應(yīng)器之間采用耐高溫橡膠密封連接。
7.如權(quán)利要求5所述的鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，其特征在于所述的各密封連接法蘭分別采用榫密封連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋅還原法制備高純多晶硅的裝置，它包括通過管道順序相連的鋅熔化池、鋅蒸汽穩(wěn)定池、反應(yīng)器、分離器、尾氣管、第一尾氣收集器和第二尾氣收集器，在鋅熔化池上連接有鋅線進(jìn)料管，在鋅線進(jìn)料管上連接有保護(hù)氣進(jìn)口管，在反應(yīng)器上連接有SiCl4進(jìn)料管，在分離器下方連接有多晶硅收集器。本發(fā)明中的主要設(shè)備采用來源廣泛的石英玻璃材料制造，因而成本不高；配合外置的鋅線進(jìn)料系統(tǒng)、外置的四氯化硅進(jìn)料系統(tǒng)、保護(hù)氣系統(tǒng)和少量廢氣的處理系統(tǒng)，很好地保證了由高純鋅以氣態(tài)形式還原四氯化硅來制取高純多晶硅的工藝路線的實現(xiàn)，環(huán)保效益非常顯著、運行經(jīng)濟(jì)成本低、操作方便，還具有連續(xù)不間斷生產(chǎn)的優(yōu)勢。
文檔編號C01B33/033GK102557036SQ20101058332
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者張愿成, 張瀅清, 張玉霞, 李紅波, 賀珍俊 申請人:上海太陽能工程技術(shù)研究中心有限公司