牛娜

摘要：多晶硅生產中最难去除的杂质是硼、磷。为提高吸附装置对硼、磷杂质的吸附效果，降低多晶硅原料氯硅烷中的杂质含量，提升多晶硅的品质，对吸附装置在提纯系统中安装位置的合理性进行了分析研究。对提纯系统中部分物料输送管道进行改造，使不同组分的物料进入相同结构的吸附装置进行吸附。 调试吸附装置处于最佳工作状态后，对吸附后物料中硼、磷杂质含量的总和、吸附率以及吸附装置反冲洗频率进行对比分析。实验结果表明，当吸附装置安装在回收塔产品进入精馏塔的中间管道处时，吸附装置对硼、磷杂质的吸附效果最佳，且系统运行稳定。吸附装置在提纯系统中最佳安装位置的确定，提高了吸附装置对硼、磷杂质的吸附效果以及系统运行的稳定性，为多晶硅品质的提升奠定了基础。

关键词：多晶硅;氯硅烷;硼、磷杂质;吸附;稳定性

随着世界工业的大发展，环境和能源问题越来越严重，已经开始严重影响人们的生活，因此如何降低环境污染、减少能源消耗，成为实现经济可持续发展的重要课题[1]。面对这一重大课题，世界各国开始新型能源的开发利用，太阳能光伏行业发展势头最为突出[2-3]。多晶硅作为光伏产业重要的基础材料，市场需求量剧增，多晶硅的品质成为企业决胜的关键因素。三氯氢硅是沉积生成多晶硅的主要原料，其纯度的高低决定着多晶硅产品的品质。多晶硅的品质会直接影响光伏产品的功能和质量[4-5]。多晶硅生产中最难去除的杂质是硼、磷，这两种杂质在多晶硅生产的冷氢化阶段会与物料发生反应，生成种类繁多的硼系和磷系化合物，硼系化合物与氯硅烷的物化性质接近，极难去除[6-10]。如何高效去除硼、磷杂质提高三氯氢硅纯度，成为多晶硅企业发展中的一大难题。面对这一问题，国内外学者做了众多尝试和研究，主要工艺包括萃取法[11]、络合法、吸附法、部分水解法和精馏法等。其中对吸附法除硼、磷工艺的研究最为广泛，通过考察吸附剂、吸附压力、进料温度、进料量等因素对吸附效果的影响确定最佳吸附工艺参数。但是，在多晶硅生产系统中物料自身杂质含量对吸附装置的吸附效果以及装置的使用寿命都有较大的影响，此类研究鲜见报道。笔者针对吸附除杂的工艺过程进行研究，讨论了系统中不同阶段的物料进入硼、磷吸附装置的除杂效果，确定了硼、磷吸附装置在系统中的最佳安装位置。

1 实验方法

以天宏硅业公司多晶硅系统中硼、磷杂质吸附装置为基础，对多晶硅系统中吸附除杂工艺进行研究。将吸附装置安装在系统中的不同位置。多晶硅系统主要部分为回收塔低沸物料进入分离塔的中间管道处，为回收塔产品进入精馏塔的中间管道处，为氢化粗镏塔产品进入回收塔的中间管道处;为精馏塔高低沸物料进入回收塔的中间管道处。对以上4个位置的物料进行吸附除杂。投用前对系统进行调试，确保系统按照最佳工艺参数正常运行，调试合格后连续运行2周时间。通过吸附后物料中的杂质含量、杂质吸附率以及吸附装置反冲洗情况等，确定吸附装置在系统中的最佳安装位置。

2 结果与讨论

吸附装置安装在系统中不同位置对物料中硼、磷杂质的吸附效果也有很大的差别。吸附装置安装在4个位置，吸附后物料中B、P杂质含量均明显减少，但是装置在吸附后物料中杂质含量仍然很高，其他3个位置吸附后物料中杂质质量分数均降到5×10-9以下，其中吸附后物料中杂质含量总和最小，吸附效果最好。

根据吸附前后物料中杂质含量的变化，对吸附装置安装在不同位置对B、P杂质的吸附率进行统计。当吸附装置安装在下方时对B、P的吸附效果最差，吸附率分别为22.8%和19.4%;当吸附装置安装在上方时对B、P的吸附效果均达到最佳，吸附率分别为87.4%和54.3%。

吸附装置安装在系统的不同位置，在系统运行过程中，由于进料中含有硼、磷杂质以及其他金属杂质，同时树脂含有少量水分以及氯硅烷的水解物，会堵塞吸附剂通道。因此，当冷却器出口压力超过规定值时，需要将系统反向运行2h（反冲洗），再恢复正常进料。反冲洗次数的多少可以在一定程度上说明吸附装置的实际运行状况，是判断吸附装置在系统中位置合理性的一个重要衡量标准。 吸附装置在系统中不同位置运行时的反冲次数也有差距。系统运行2周，当吸附装置在上部时，装置的反冲洗次数最高，为15次;当吸附装置在上部和中部位置时，装置的反冲洗次数为3次;当吸附装置在下部时，装置的反冲洗次数为2次。物料中杂质含量越高，吸附装置内的树脂越容易达到饱和，反冲洗的频率就越高。反冲洗过程不仅会对整个系统的运行产生影响，还会降低树脂的使用寿命，影响吸附效果。反之，物料中杂质含量较低时，装置反冲洗次数明显降低，这有利于系统的稳定运行，同时也可以提高装置的吸附效果和使用寿命。

3 结论

采用相同的吸附装置对不同位置的物料进行吸附，对吸附后的杂质含量、杂质吸附率以及装置的反冲洗频率等进行分析。1）当吸附装置安装在回收塔产品进入精馏塔的中间管道处时，吸附后物料中杂质含量最低，B、P杂质吸附率最高，且吸附装置反冲洗频率较低;2）当物料中杂质含量较高时，会影响装置的运行稳定性;3）当杂质质量分数低于1×10-8时，该装置对物料的除杂效果不明显。

参考文献

[1]郭少平.太阳能光伏发电发展现状及前景[J].山东工业技术，2018（16）：163.

[2]塔娜.光伏行业现状及前景分析[J].企业改革与管理，2018（22）：204-205.

[3]孙岩.光伏发电技术分析及应用探讨[J].中国设备工程，2019（5）：168-170.

[4]卢海波，朱晓云.三氯氢硅除硼工艺研究进展[J].材料导报，2013，27（9）：29-32.

[5]李光明，刘龙，栾石林，等.太阳能级多晶硅中B、P杂质的危害及去除[J].太阳能，2016（8）：26-28.

[6]黄小明，杨邦美.高纯三氯氢硅生产中磷硼杂质的去除[J].化工生产与技术，2012，19（5）：55-56，64.

[7]郎永沛，储少军，林俊峰.多晶硅中杂质元素B、P的来源分析[J].铁合金，2011，54（5）：11-13.

[8]LiuS，Huang K， Zhu H.Source of boron and phosphorus impurities

in the silicon wiresawing slurry and their removal by acid leach-ing [J].SeparationandPurificationTechnology，2017，172：113-118.

[9]石秋玲.改良西门子法生产多晶硅中反应精馏除硼的模拟研究[D].天津：天津大学，2012.

[10]钱浩，黄国强.高效除三氯氢硅中痕量硼、磷工艺研究进展[J].化学工业与工程，2018，35（2）：42-48.

[11]Lawrence P M.Method of removing boron from silicon tetrachlo-ride：US，3403003[P].1968-09-24.

[12]Kray W D，Razzano J S.Purification of silicon halides ：US，4755370[P].1988-07-05.