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在冶金法多晶硅制备技术中,硼(B)杂质的去除是影响多晶硅质量和成本的关键环节,而造渣精炼是除B最有效和易于实现工业化生产的方法。本论文采用了钠基(浮渣)和钙基(沉渣)渣剂精炼除B并深入研究渣剂精炼除B的机理。针对Na2C03-SiO2渣剂体系、CaO-SiO2-CaF2和CaO-SiO2-CaC12渣剂精炼除B进行热力学和动力学分析,建立B杂质的去除机理和动力学模型。并进一步地采用了几种优化工艺深度提升了钙基渣和钠基渣的造渣效果,分别研究了多次造渣、循环活性造渣和渣剂活化造渣三种造渣工艺,分析活化造渣精炼除B的机理。主要结果如下:(1)研究了 1773-1973 K温度范围内Na2CO3-SiO2渣剂体系除B规律,考察了 Na2CO3与SiO2质量比范围,发现Na2CO3和SiO2的质量比在2时可以取到最佳值;B杂质的迁移和氧化反应在高温下可以更快进行,从而提高造渣精炼除B效率。造渣精炼40min后,B的氧化反应已达到平衡状态;杂质富集相中主要金属沉积相主要由Si、Fe、Ti和V组成。造渣反应中,B杂质在渣硅界面上先被Na2O氧化成B2O3后,有两种去除路径:一是进入渣气界面蒸发,二是与Na反应生成硼酸盐,以Na2B2O4形式蒸发离开渣相。结果表明,在1773 K下B的反应平衡常数kB值在1.3 ×10-6-3.1 ×10-6 nm/s 之间,1873 K 下 kB 值在 1.9×10-6-3.6×10-6 m/s 之间。B 的挥发去除主要是依靠在渣/气界面以Na2B2O4形式蒸发完成的。具体工业应用上,通过Na2CO3-SiO2体系三次造渣,通过加渣、拨渣,可以防止B杂质低温逆扩散,可将杂质B的含量降低到0.1 ppmw以下。(2)研究了 1773-1973K温度范围内CaO-SiO2-CaF2(CaCl2)渣剂体系除B规律,发现该体系的精炼除B规律与Na2CO3-SiO2渣剂体系除B规律一致;添加CaF2后因为F-的解聚作用,随CaF2的含量增加,渣剂熔体的黏度逐渐下降,提高了造渣反应的除B效率。在渣剂体系中,添加CaCl2可以促使BO1.5被CaCl2氯化为BOCl,BOCl的蒸气压较高,通过挥发进入气相中。造渣反应中,B杂质在渣硅界面处被CaO氧化成B2O3,以硼酸钙的形式进入渣相;添加CaCl2可以促使B203被氯化为BOCl并挥发进入气相中。B从硅相到渣相的传质系数分别为 3.64× 10-4-10-6cm/s(1873K)和 4.41 × 10-4-10-6cm/s(1973K),钙基渣可以将杂质B的含量降低到0.3 ppmw以下。(3)研究了 CaO-SiO2-CaF2(CaCl2)渣剂体系循环和活化造渣除B规律。发现使用CaO-SiO2-CaCl2体系,往循环渣剂中添加活性组分CaCl2,能够促进B2O3的氯化。该体系主导的除B路径是挥发去除。随着多次造渣的进行,B的含量会逐步降低。三次造渣后,B含量可以降低到0.2 ppmw;使用CaO-SiO2-CaCl2体系渣剂活化造渣,添加活性组分CaCl2后,同样的渣剂消耗量和熔炼时间下,硅的产率随着熔炼时间的提升而降低。活化造渣可以减少总体的造渣反应时间,也减少了硅在反应过程中不必要的损耗。