太阳能因其资源丰富、清洁环保等优点,已成为人类解决能源短缺的重要新型能源。晶体硅是制备太阳能电池的主要材料,随着光伏行业的快速发展,其需求量急剧增加。目前,太阳能级多晶硅生产成本较高导致其应用受到限制,若能选用廉价原料通过合理工艺制备出高纯硅,必将大幅度降低多晶硅的生产成本,提高光伏发电的市场份额。超冶金级硅是指Si纯度高于冶金级硅,杂质含量低于国家A级硅的金属硅。本文以碳化稻壳作为新型碳质还原剂,采用新型电热冶金法制备超冶金级硅,将冶炼和造渣工序合二为一,既完成了硅石还原,又有效地去除了杂质,实现了冶炼制硅和精炼除杂的有机结合,缩短了工艺流程。本文通过对坩埚不同料层进行系统分析,获取了杂质元素的分布状况及迁移规律,明晰了去除杂质的反应机理,主要研究内容如下:(1)加入SiO2-CaO渣系,球团制备较优条件为:质量分数为3%的粘结剂,15%的水,制球压力为20 MPa,保压时间为90 s。较优造渣剂配比为m(SiO2):m(CaO)=8:2。与无造渣剂相比,添加该造渣剂产物硅中Al,Fe,S,P含量分别降低了 90.71%,63.91%,56.93%,44.52%。产物硅酸洗后,Si含量达到99.60%,达到超冶金级硅的标准。(2)加入SiO2-CaO-A12O3渣系,球团制备较优条件为:质量分数为2%的粘结剂,15%的水,制球压力为25MPa,保压时间为120 s。较优造渣剂配比为m(SiO2):m(CaO):m(Al2O3)=7:2:1。与无造渣剂相比,添加该造渣剂产物硅中Fe,P含量分别降低了 62.35%,39.98%。产物硅酸洗后,Si含量达99.66%,达到超冶金级硅的标准。(3)加入SiO2-CaO-CaF2渣系,球团制备较优条件为:质量分数为2%的粘结剂,15%的水,制球压力为25 MPa,保压时间为120s。较优造渣剂配比为m(SiO2):m(CaO):m(CaF2)=7:2:1。与无造渣剂相比,添加该造渣剂产物硅中Al,P,Fe含量分别降低了93.60%,52.38%,49.51%,K,S基本去除。产物硅酸洗后,Si含量达99.90%,达到超冶金级硅的标准。(4)分析杂质去除过程。渣相和硅首先在结壳层区生成,后流入坩埚底部。渣相与硅相相互混合,硅相中杂质与渣相反应并进入渣相中。硅渣分离,硅相中的杂质含量逐渐减少,富集于渣相中。实验结果证明,在冶炼过程中加入合适的造渣剂有利于硅相中杂质的去除。