探究吸附裝置安裝位置對(duì)多晶硅除硼磷的影響

牛娜

摘要：多晶硅生產(chǎn)中最難去除的雜質(zhì)是硼、磷。為提高吸附裝置對(duì)硼、磷雜質(zhì)的吸附效果，降低多晶硅原料氯硅烷中的雜質(zhì)含量，提升多晶硅的品質(zhì)，對(duì)吸附裝置在提純系統(tǒng)中安裝位置的合理性進(jìn)行了分析研究。對(duì)提純系統(tǒng)中部分物料輸送管道進(jìn)行改造，使不同組分的物料進(jìn)入相同結(jié)構(gòu)的吸附裝置進(jìn)行吸附。 調(diào)試吸附裝置處于最佳工作狀態(tài)后，對(duì)吸附后物料中硼、磷雜質(zhì)含量的總和、吸附率以及吸附裝置反沖洗頻率進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)吸附裝置安裝在回收塔產(chǎn)品進(jìn)入精餾塔的中間管道處時(shí)，吸附裝置對(duì)硼、磷雜質(zhì)的吸附效果最佳，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。吸附裝置在提純系統(tǒng)中最佳安裝位置的確定，提高了吸附裝置對(duì)硼、磷雜質(zhì)的吸附效果以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為多晶硅品質(zhì)的提升奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：多晶硅;氯硅烷;硼、磷雜質(zhì);吸附;穩(wěn)定性

隨著世界工業(yè)的大發(fā)展，環(huán)境和能源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，已經(jīng)開(kāi)始嚴(yán)重影響人們的生活，因此如何降低環(huán)境污染、減少能源消耗，成為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要課題[1]。面對(duì)這一重大課題，世界各國(guó)開(kāi)始新型能源的開(kāi)發(fā)利用，太陽(yáng)能光伏行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭最為突出[2-3]。多晶硅作為光伏產(chǎn)業(yè)重要的基礎(chǔ)材料，市場(chǎng)需求量劇增，多晶硅的品質(zhì)成為企業(yè)決勝的關(guān)鍵因素。三氯氫硅是沉積生成多晶硅的主要原料，其純度的高低決定著多晶硅產(chǎn)品的品質(zhì)。多晶硅的品質(zhì)會(huì)直接影響光伏產(chǎn)品的功能和質(zhì)量[4-5]。多晶硅生產(chǎn)中最難去除的雜質(zhì)是硼、磷，這兩種雜質(zhì)在多晶硅生產(chǎn)的冷氫化階段會(huì)與物料發(fā)生反應(yīng)，生成種類繁多的硼系和磷系化合物，硼系化合物與氯硅烷的物化性質(zhì)接近，極難去除[6-10]。如何高效去除硼、磷雜質(zhì)提高三氯氫硅純度，成為多晶硅企業(yè)發(fā)展中的一大難題。面對(duì)這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了眾多嘗試和研究，主要工藝包括萃取法[11]、絡(luò)合法、吸附法、部分水解法和精餾法等。其中對(duì)吸附法除硼、磷工藝的研究最為廣泛，通過(guò)考察吸附劑、吸附壓力、進(jìn)料溫度、進(jìn)料量等因素對(duì)吸附效果的影響確定最佳吸附工藝參數(shù)。但是，在多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中物料自身雜質(zhì)含量對(duì)吸附裝置的吸附效果以及裝置的使用壽命都有較大的影響，此類研究鮮見(jiàn)報(bào)道。筆者針對(duì)吸附除雜的工藝過(guò)程進(jìn)行研究，討論了系統(tǒng)中不同階段的物料進(jìn)入硼、磷吸附裝置的除雜效果，確定了硼、磷吸附裝置在系統(tǒng)中的最佳安裝位置。

1 實(shí)驗(yàn)方法

以天宏硅業(yè)公司多晶硅系統(tǒng)中硼、磷雜質(zhì)吸附裝置為基礎(chǔ)，對(duì)多晶硅系統(tǒng)中吸附除雜工藝進(jìn)行研究。將吸附裝置安裝在系統(tǒng)中的不同位置。多晶硅系統(tǒng)主要部分為回收塔低沸物料進(jìn)入分離塔的中間管道處，為回收塔產(chǎn)品進(jìn)入精餾塔的中間管道處，為氫化粗鎦塔產(chǎn)品進(jìn)入回收塔的中間管道處;為精餾塔高低沸物料進(jìn)入回收塔的中間管道處。對(duì)以上4個(gè)位置的物料進(jìn)行吸附除雜。投用前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，確保系統(tǒng)按照最佳工藝參數(shù)正常運(yùn)行，調(diào)試合格后連續(xù)運(yùn)行2周時(shí)間。通過(guò)吸附后物料中的雜質(zhì)含量、雜質(zhì)吸附率以及吸附裝置反沖洗情況等，確定吸附裝置在系統(tǒng)中的最佳安裝位置。

2 結(jié)果與討論

吸附裝置安裝在系統(tǒng)中不同位置對(duì)物料中硼、磷雜質(zhì)的吸附效果也有很大的差別。吸附裝置安裝在4個(gè)位置，吸附后物料中B、P雜質(zhì)含量均明顯減少，但是裝置在吸附后物料中雜質(zhì)含量仍然很高，其他3個(gè)位置吸附后物料中雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均降到5×10-9以下，其中吸附后物料中雜質(zhì)含量總和最小，吸附效果最好。

根據(jù)吸附前后物料中雜質(zhì)含量的變化，對(duì)吸附裝置安裝在不同位置對(duì)B、P雜質(zhì)的吸附率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)吸附裝置安裝在下方時(shí)對(duì)B、P的吸附效果最差，吸附率分別為22.8%和19.4%;當(dāng)吸附裝置安裝在上方時(shí)對(duì)B、P的吸附效果均達(dá)到最佳，吸附率分別為87.4%和54.3%。

吸附裝置安裝在系統(tǒng)的不同位置，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于進(jìn)料中含有硼、磷雜質(zhì)以及其他金屬雜質(zhì)，同時(shí)樹(shù)脂含有少量水分以及氯硅烷的水解物，會(huì)堵塞吸附劑通道。因此，當(dāng)冷卻器出口壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，需要將系統(tǒng)反向運(yùn)行2h（反沖洗），再恢復(fù)正常進(jìn)料。反沖洗次數(shù)的多少可以在一定程度上說(shuō)明吸附裝置的實(shí)際運(yùn)行狀況，是判斷吸附裝置在系統(tǒng)中位置合理性的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。 吸附裝置在系統(tǒng)中不同位置運(yùn)行時(shí)的反沖次數(shù)也有差距。系統(tǒng)運(yùn)行2周，當(dāng)吸附裝置在上部時(shí)，裝置的反沖洗次數(shù)最高，為15次;當(dāng)吸附裝置在上部和中部位置時(shí)，裝置的反沖洗次數(shù)為3次;當(dāng)吸附裝置在下部時(shí)，裝置的反沖洗次數(shù)為2次。物料中雜質(zhì)含量越高，吸附裝置內(nèi)的樹(shù)脂越容易達(dá)到飽和，反沖洗的頻率就越高。反沖洗過(guò)程不僅會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，還會(huì)降低樹(shù)脂的使用壽命，影響吸附效果。反之，物料中雜質(zhì)含量較低時(shí)，裝置反沖洗次數(shù)明顯降低，這有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可以提高裝置的吸附效果和使用壽命。

3 結(jié)論

采用相同的吸附裝置對(duì)不同位置的物料進(jìn)行吸附，對(duì)吸附后的雜質(zhì)含量、雜質(zhì)吸附率以及裝置的反沖洗頻率等進(jìn)行分析。1）當(dāng)吸附裝置安裝在回收塔產(chǎn)品進(jìn)入精餾塔的中間管道處時(shí)，吸附后物料中雜質(zhì)含量最低，B、P雜質(zhì)吸附率最高，且吸附裝置反沖洗頻率較低;2）當(dāng)物料中雜質(zhì)含量較高時(shí)，會(huì)影響裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性;3）當(dāng)雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1×10-8時(shí)，該裝置對(duì)物料的除雜效果不明顯。

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