專利名稱：ZnCl₂熔鹽電解制鋅裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電解裝置，特別涉及一種ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置。
背景技術(shù)：
多晶硅提純工藝主要采用西門子法、改良西門子法、硅烷熱分解法、流態(tài)化床法、 區(qū)域熔化提純法(FZ)、直拉單晶法(CZ)等等。目前最為成熟的多晶硅提純工藝是改良西門 子法。 因此，改良西門子法是目前占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的生產(chǎn)方法，國際主流廠商絕大部分多晶 硅都是用該方法生產(chǎn)的，2004年已占世界生產(chǎn)能力的74 % 。改良西門子法是在傳統(tǒng)西門子 法工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來，主要包括氫化、精餾提純、還原及尾氣干法回收，存在著大量的副 產(chǎn)物SiCh的污染問題。 我國在這幾年也有大批多晶硅新上項(xiàng)目投產(chǎn)。據(jù)《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，到 2008年底，國內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)一期產(chǎn)能的多晶硅將達(dá)18， 760噸。而到2010年，主要生產(chǎn)廠家的 產(chǎn)量將達(dá)到85250噸/年。這些新上馬的多晶硅生產(chǎn)線除了中硅公司等在自主研發(fā)外，其 他廠家利用的是俄羅斯多晶硅提純技術(shù)，但這些技術(shù)與國際先進(jìn)的技術(shù)相比還存在一定的 差距，產(chǎn)出的副產(chǎn)物SiCl4的量非常巨大。 目前，用Zn還原SiCh生產(chǎn)多晶硅正逐漸成為熱點(diǎn)，日本等發(fā)達(dá)國家近年來已開 始重視"Zn還原SiCl/'這種環(huán)保方法來生產(chǎn)太陽能電池原材料多晶硅，并已計(jì)劃將其產(chǎn)業(yè) 化。 Zn還原SiCl4的原理反應(yīng)式為 SiCl4 (g) +2Zn (g) — Si (s) +2ZnCl2 (g) Zn還原法使用的原料為SiCl4，與傳統(tǒng)的"西門子法"所用材料不同，具有生產(chǎn)工藝 簡(jiǎn)短、反應(yīng)速度快、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)成本控制等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)2008年9月17日《日刊新 聞》報(bào)道，新日本太陽硅公司已計(jì)劃2010年4月開始用"Zn還原法"生產(chǎn)太陽能電池原材 料多晶硅。可見未來多晶硅的生產(chǎn)必然是向低成本、低污染、副產(chǎn)物可循環(huán)利用、生產(chǎn)工藝 簡(jiǎn)短的方向發(fā)展。 然而這種以Zn來還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅的方法，按照反應(yīng)式 SiCl4 (g) +2Zn (g) — Si (s) +2ZnCl2 (g)計(jì)算，每生產(chǎn)一倍量的硅，就會(huì)產(chǎn)生十倍量的ZnCl2副 產(chǎn)物，如何經(jīng)濟(jì)地有效回收利用ZnCl2成為一個(gè)大問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，就是為了提供一種能有效回收Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅方法
中產(chǎn)生的副產(chǎn)物ZnCl2中的Zn的ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，其包括 加熱裝置，為圓筒形結(jié)構(gòu)件，其周圈及底部均為夾層結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)布滿加熱電阻
絲；[0013] 電解槽，嵌裝在加熱裝置內(nèi)； 除霧器，連接在電解槽的上方，除霧器包括一個(gè)蓋板，蓋板上設(shè)有ZnCl2熔鹽進(jìn)料
口和至少一個(gè)氯氣出口； 石墨電極，成對(duì)設(shè)置在電解槽內(nèi)； 導(dǎo)電棒，其上端連接在除霧器蓋板上并向上伸出，下端伸入電解槽內(nèi)與石墨電極 相連； 熱電偶，其上端連接在除霧器蓋板上并向上伸出，下端伸入電解槽內(nèi)； 電解電源，通過導(dǎo)線與導(dǎo)電棒相連； 氯氣吸收塔，通過氣體管路與除霧器的氯氣出口相連。 所述的石墨電極為單極式電極，單塊電極厚度為20 40mm、寬度為50 100mm、 高度為100 200mm，兩塊電極豎直相對(duì)設(shè)置，電極間距2 10mm，電極頂部與導(dǎo)電棒螺紋 連接。 所述的電解槽和除霧器均由石英或氧化鋯陶瓷或氮化硅陶瓷制作而成。 所述的導(dǎo)電棒在除霧器蓋板以下的部分套有陶瓷套管。所述的加熱裝置的內(nèi)徑為150 300mm，加熱高度為300 600mm，外部設(shè)有隔熱
保溫層。所述的電解槽的外徑為150 300mm，高度為300 600mm。 還包括Zn液出料虹吸管，該Zn液出料虹吸管的上端連接在除霧器蓋板上并向外 引出，下端深入電解槽的底部。 本實(shí)用新型ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置能有效回收Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅方法中 產(chǎn)生的副產(chǎn)物ZnCl2中的Zn，可實(shí)現(xiàn)Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅閉環(huán)生產(chǎn)工藝，從而可使Zn 還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅工藝達(dá)到高效率、低能耗、零排放，更好地降低多晶硅生產(chǎn)成本。裝 置具有結(jié)構(gòu)緊湊新穎、制造裝配簡(jiǎn)單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本低、操作方法簡(jiǎn)單方便、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型中的除霧器蓋板的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式附圖給出了本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步 說明。 參見圖1 ，配合參見圖2 ，本實(shí)用新型的ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，包括加熱裝置1 、 電解槽2、除霧器3、石墨電極4、導(dǎo)電棒5、熱電偶6、電解電源7和氯氣吸收塔8。 加熱裝置1為圓筒形結(jié)構(gòu)件，其周圈及底部均為夾層結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)布滿加熱電阻 絲ll，加熱裝置的內(nèi)徑為150 300mm，加熱高度為300 600mm，外部設(shè)有隔熱保溫層12， 加熱溫度可達(dá)600 800°C 。 電解槽2嵌裝在加熱裝置1內(nèi)并與加熱裝置相適配，該電解槽2由石英或耐高溫 耐腐蝕的陶瓷材料如氧化鋯陶瓷或氮化硅陶瓷制作而成，其外徑為150 300mm，高度為300 600mm。 除霧器3連接在電解槽2的上方，由石英或耐高溫耐腐蝕的陶瓷材料如氧化鋯陶 瓷或氮化硅陶瓷制作而成。除霧器3包括一個(gè)蓋板31，蓋板31上設(shè)有ZnC12熔鹽進(jìn)料口 32和至少一個(gè)氯氣出口 33，還設(shè)有導(dǎo)電棒的插入口 34、熱電偶的插入口 35和Zn液出料虹 吸管36。除霧器3的外表面直接與空氣接觸，直徑150 300mm，高度300 600mm，下部與 電解槽2法蘭連接，在法蘭連接處設(shè)有陶瓷密封材料進(jìn)行密封。 石墨電極4成對(duì)設(shè)置在電解槽內(nèi)，石墨電極4為單極式電極，單塊電極厚度為 20 40mm、寬度為50 100mm、高度為100 200mm，兩塊電極豎直相對(duì)設(shè)置，電極間距2 10mm，電極頂部與導(dǎo)電棒5螺紋連接。 導(dǎo)電棒5的上端連接在除霧器蓋板31上并向上伸出，下端伸入電解槽2內(nèi)與石墨 電極4螺紋連接，導(dǎo)電棒5在除霧器蓋板以下的部分套有陶瓷套管，以防止導(dǎo)電棒5被腐 蝕。 熱電偶6的上端連接在除霧器蓋板31上并向上伸出，下端伸入電解槽2內(nèi)，用于 測(cè)量電解槽2的內(nèi)部溫度。 電解電源7通過導(dǎo)線與導(dǎo)電棒5相連。 氯氣吸收塔8通過氣體管路9與除霧器的氯氣出口 33相連。 Zn液出料虹吸管36的上端連接在除霧器蓋板上并向外引出，下端深入電解槽2的 底部。虹吸管36由石英或耐高溫耐腐蝕陶瓷如氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷制作。利用虹吸原 理直接將電解所生成的高溫Zn液引入到Zn還原SiCl4制備多晶硅中Zn蒸汽供料系統(tǒng)，即 可實(shí)現(xiàn)Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅整個(gè)工藝的閉環(huán)操作。
權(quán)利要求一種ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于包括加熱裝置，為圓筒形結(jié)構(gòu)件，其周圈及底部均為夾層結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)布滿加熱電阻絲；電解槽，嵌裝在加熱裝置內(nèi)；除霧器，連接在電解槽的上方，除霧器包括一個(gè)蓋板，蓋板上設(shè)有ZnCl2熔鹽進(jìn)料口和至少一個(gè)氯氣出口；石墨電極，成對(duì)設(shè)置在電解槽內(nèi)；導(dǎo)電棒，其上端連接在除霧器蓋板上并向上伸出，下端伸入電解槽內(nèi)與石墨電極相連；熱電偶，其上端連接在除霧器蓋板上并向上伸出，下端伸入電解槽內(nèi)；電解電源，通過導(dǎo)線與導(dǎo)電棒相連；氯氣吸收塔，通過氣體管路與除霧器的氯氣出口相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于所述的石墨電極為單極式電極，單塊電極厚度為20 40mm、寬度為50 100mm、高度為100 200mm，兩塊電極豎直相對(duì)設(shè)置，電極間距2 10mm，電極頂部與導(dǎo)電棒螺紋連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于所述的電解槽和除霧器均由石英或氧化鋯陶瓷或氮化硅陶瓷制作而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于所述的導(dǎo)電棒在除霧器蓋板以下的部分套有陶瓷套管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnC12熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于所述的加熱裝置的內(nèi)徑為150 300mm，加熱高度為300 600mm，外部設(shè)有隔熱保溫層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnC12熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于所述的電解槽的外徑為150 300mm，高度為300 600mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnC12熔鹽電解制鋅裝置，其特征在于還包括Zn液出料虹吸管，該Zn液出料虹吸管的上端連接在除霧器蓋板上并向外引出，下端深入電解槽的底部。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置，它包括加熱裝置、電解槽、除霧器、石墨電極、導(dǎo)電棒、熱電偶、電解電源和氯氣吸收塔。本實(shí)用新型ZnCl2熔鹽電解制鋅裝置能有效回收Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅方法中產(chǎn)生的副產(chǎn)物ZnCl2中的Zn，可實(shí)現(xiàn)Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅閉環(huán)生產(chǎn)工藝，從而可使Zn還原SiCl4生產(chǎn)多晶硅工藝達(dá)到高效率、低能耗、零排放，更好地降低多晶硅生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C25C3/34GK201485518SQ200920209628
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者張?jiān)赋? 張瀅清, 張玉霞, 賀珍俊, 郭飛, 韓曉龍, 黃碧龍 申請(qǐng)人:上海太陽能工程技術(shù)研究中心有限公司