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为了解决冶金法制备太阳能级多晶硅中除硼、磷及金属杂质的关键性问题,本论文基于熔剂精炼技术强化造渣精炼去除工业硅中关键性杂质,并通过湿法分离技术回收低杂质含量的精炼硅。主要开展了以下四方面的工作:首先,研究了工业硅中杂质相在不同浸出剂中的浸出规律,讨论了工业硅在HF+H2O2浸出剂中的浸出动力学,并对浸出剂腐蚀硅的机理进行了研究并提出了抗腐蚀措施;其次,通过相重构技术,重点研究了 Si-Al-Ca熔剂精炼强化湿法去除工业硅中杂质,尤其是磷杂质,并通过计算熔剂精炼除磷的热力学性能分析了强化机制;再次,开展了高碱度、低熔点Li2O-SiO2渣系造渣精炼除工业硅中硼杂质的工艺研究,并深入分析了除硼机理和建立了硼迁移的动力学模型;最后,通过整合熔剂精炼和造渣精炼形成合金造渣工艺来强化除磷能力,研究了该工艺的除磷机制,最终通过湿法分离技术回收低磷、低金属杂质的初晶硅。所得主要结果如下:1.微观结构分析表明工业硅中的硼、磷非金属杂质均匀分布,而金属杂质多以杂质相的形式共沉积在界面上且沉积相的尺寸基本不超过100 μm。采用刻蚀技术,将工业硅在HF和HF+H2O2刻蚀后发现,工业硅中各金属杂质相在HF和HF+H2O2中具有不同的浸出行为;但相比于HF,HF+H2O2浸出剂能将工业硅中的所有杂质相溶解。发现不同粒径的工业硅在HF+H2O2浸出前后粒径的变化过程中,粒径为74～154μm时存在明显的破碎收缩现象,该过程符合破碎收缩模型,根据该模型计算发现该浸出过程由界面化学反应控制。2.HF+H2O2浸出剂在高效去除工业硅中金属杂质的同时,也存在明显腐蚀硅基体的现象,该过程将降低硅的回收率。通过Raman和TEM分析手段研究了硅基体腐蚀的规律,得出硅首先被H2O2氧化,其表面的Si-Si键大幅度降低,形成以O为终端结构;然后,Si-O键被HF中的有效作用组分溶解,形成Si-F键、Si-H键。最后基于量子抑制效应,构建出了一种腐蚀硅的机制。然而,研究发现酸洗过程中加入乙二醇可以有效的保护硅基体免于腐蚀,且乙二醇的加入并不影响浸出剂的浸出效果,并在浸出条件为:温度:55℃;粒径:74～154μm;浸出剂浓度:1 mol/LHF+ 2 mol/LH2O2+0.5 mol/L（CH2OH）2;搅拌速度:0 Rad/min;浸出2 h,一次酸浸能将工业硅的纯度从99.74%提升到99.99%。3.工业硅经Si-Ca熔剂精炼后,其主要杂质相从Si-Fe相和Si-Ti-Fe相转变成Si-Ca相,且发现大量磷杂质元素只溶解在Si-Al-Ca相中,并且Si-Ca合金表面所有杂质相都能够被HCl+HF溶解。故湿法提纯不仅能够有效去除金属杂质,也能够去除磷杂质;且采用破碎收缩模型计算Si-Ca合金在HCl+HF浸出结果表明,浸出过程为化学反应控制过程。4.在Si-Al-Ca熔剂精炼过程中,通过相重构技术形成CaAl2Si2相能够强化Si-Al-Ca熔剂精炼除磷效果。通过研究Si-Al-Ca熔剂精炼的凝固速率对除工业硅中杂质的效率时发现,在高于共晶温度时,慢冷有利于杂质元素获得足够的时间向后凝固的合金相中分凝;相反,在低于共晶温度时,快冷有利于获得纯度较高的初晶硅,因快冷抑制了杂质元素在冷却过程中的反扩散。本实验中,Si-Al-Ca合金在高于共晶温度100 6℃淬火能够得到纯度为99.99%的初晶硅。通过相平衡技术计算了磷在固态硅和液态合金相中的活度系数,其与温度的关系分别为:lnγP（s）insolidSi = 425884.6/T-294.7（1273～1473 K）lnγP（l）inSi-Al-Camelt = 417865.2/T-290.5（1273～1473 K）通过对比两式可以发现,磷在Si-Al-Ca合金相中具有较低的活度系数,表明磷杂质更倾向于向Si-Al-Ca合金相中分凝,即Si-Al-Ca合金相对磷具有更强的亲和力。5.采用Li20-SiO2-CaF2氧化性渣剂在空气中造渣除工业硅中的硼杂质,硼杂质首先被Si02氧化,生成B203;然后再与Li20反应生成气态的LiB02挥发到空气中或者生成固相Li4B205留在渣相中。在采用60 wt.%Li2O-40 wt.%SiO2渣,渣硅比η=3,1700℃精炼30 min,工业硅中硼的浓度从8.6 ppmw下降到0.4ppmw,此浓度非常接近于太阳能级硅对硼浓度的要求（0.3 ppmw）。6.研究了 Si-Al-Ca熔剂精炼强化CaO-CaF2还原性渣剂的造渣除磷能力,磷杂质的去除包括两个途径:一种是磷杂质被CaO-CaF2渣剂还原去除;另一种是磷杂质直接溶解在CaAl2Si2相中而留在合金中。SiAlCa合金经CaO-CaF2渣剂造渣精炼后,主要杂质相为CaAl2Si2相和CaSi2相,但磷杂质只溶解在CaAl2Si2相中。此外,合金造渣中金属熔剂含量增加有利于除磷;同样地,多次造渣精炼也能够降低合金中磷杂质;工业硅经一次合金造渣处理后酸洗,工业硅中磷杂质的含量从35 ppmw降低至1 ppmw,磷的去除率高达97.1%。经两次造渣精炼后的SiAlCa合金经酸洗后磷的含量降低至0.5 ppmw。通过XPS和XRD分析技术发现合金造渣过程中磷是通过还原反应被还原成Ca3P2,而Ca3P2容易在空气被氧化。