一種去除多晶硅碳頭料中碳的方法

專利名稱：一種去除多晶硅碳頭料中碳的方法
技術領域：
本發明涉及多晶硅表面處理技術領域，具體地，涉及一種去除多晶硅碳頭料中碳 的方法。
背景技術：
多晶硅是一種重要的電子信息基礎材料，用途十分廣泛。作為半導體工業、電子信 息產業、太陽能光伏電池產業的最主要、最基礎的材料，多晶硅是硅產業鏈中制造拋光片、 太陽能電池以及高存硅制品的主要原料。國內多晶硅的生產方法主要為改良西門子法。以此方法生產多晶硅時，需用石墨 卡頭起到固定硅芯和傳導電流等的作用。隨著硅料在硅芯上不斷沉積，石墨卡頭和硅芯將 逐步被沉積硅包覆在內。因此，包覆有石墨卡頭或與石墨卡頭直接接觸而使表面有碳層的 硅料被稱為碳頭料。由于碳的存在對多晶硅的性能有非常大的影響，故碳頭料應用的前提 是將硅表面的碳去除干凈。通常用人工破碎的方法將碳頭料部分與其他硅料分開。碳頭料處理的傳統方法 是用機械手段將硅表面的碳磨去。目前，除了這種機械打磨的方法外，近幾年也出現了新 的方法。山西天能科技有限公司秦海濱等人發明了破碎碳頭料的熱處理及相應的酸洗方 法，參閱已處于公開中的專利申請《一種去除原生多晶硅棒端面石墨的方法》，專利申請號 200810080089. 1 ；浙江嘉興嘉晶電子有限公司裘永恒發明了用硫酸、高錳酸鉀、硝酸鈉的混 合溶液浸泡去除碳的方法，參閱已處于公開狀態的專利申請《多晶碳頭料的清洗方法》，專 利申請號 200810163783. X。可以看到，用熱處理方法有明顯的缺點，此方法必須將碳頭料破碎成小顆粒后高 溫氧氛圍中煅燒，氧化碳的同時多晶硅也會被氧化，在操作時需要人工用不銹鋼小刀刮掉 硅表面碳，處理的效率極低。通過對碳頭料的破碎后的細致分選，結合使用全自動清洗設備，經過高效的碳硅 分離液的分離，本方法可以實現快速、高效的處理多晶硅產業中產生的大量多晶硅碳頭料。 此種方法未見有報道和申請專利。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高效、低成本的去除多晶硅碳頭料中碳的方法。實現上述目的的技術方案如下一種去除多晶硅碳頭料中碳的方法，包括如下步驟(1)碳頭料破碎后分類將破碎后的碳頭料分為三類第一類物料為不含碳的硅塊，第二類物料為表面有 不厚于Icm碳層的硅塊，第三類物料為夾有碳層或其表面碳厚度超過Icm的硅塊；(2)分類處理(a)第一類物料無需清洗處理；
(b)第二類物料先放入碳硅分離液清洗，后經水洗、吹掃、酸洗、再次水洗及烘干處 理；所述碳硅分離液為濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀的混合溶液，其重量比為濃硫酸20份， 濃硝酸1 10份，高錳酸鉀0. 1 0. 5份，清洗時間為2 8小時；(c)第三類物料的處理流程同第二類物料，不同之處在于，所述的的碳硅分離液為 濃硫酸和高錳酸鉀的混合溶液，其重量比為濃硫酸20份，高錳酸鉀0. 1 0. 3份，清洗時 間8 24小時。進一步地，所述水洗的過程為先噴淋快排、純水溢流快排、最后純水噴淋快排。進一步地，所述吹掃的氣體為氮氣或無油壓縮空氣，吹掃時間為1 10分鐘。進一步地，所述酸洗用的酸液為濃硝酸和濃氫氟酸的混酸，其重量比為10 1 4 1，酸洗時間為60 600秒。進一步地，所述烘干的過程為在80 150°C下氮氣保護烘干1 2小時。進一步地，所述濃硫酸的重量百分比濃度為98%以上的分析純或優級純試劑，濃 硝酸為濃度在68%以上的分析純或優級純試劑，高錳酸鉀為分析純粉末狀試劑。進一步地，所述物料是通過酸洗槽加入特定碳硅分離液的全自動多晶硅酸洗設備 實現的，但也可以依照上述步驟手工清洗。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果從分選碳頭料開始，針對不同的物料采用不同的方法處理，可以提高效率和降低 成本。結合使用自動清洗設備，將具有更高的安全性和更高的處理能力。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為去除多晶硅碳頭料中碳的方法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實 施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖1所示，本發明的去除多晶硅碳頭料中碳的方法主要是將多晶硅碳頭料經破 碎后分成三類第一類無碳硅塊-為合格品，無需處理；第二類表面少量存在碳硅塊，主要指表面有不厚于Icm碳層的硅塊，其需要按清 洗方案一處理；第三類，表面或中間夾有較多碳的碳頭料即夾有碳層或其表面碳厚度超過Icm的 硅塊，需按清洗方案二處理。其中清洗方案一為將物料裝到清洗筐中后經濃硫酸、濃硝酸、高錳酸鉀混酸溶液 除碳處理，后經純水沖洗快排、吹掃、氫氟酸與硝酸混酸清洗、純水漂洗后烘干即可。清洗方案二為將物料裝到清洗筐中后經濃硫酸、高錳酸鉀混酸溶液除碳處理，后 經純水沖洗快排、吹掃、氫氟酸與硝酸混酸清洗、純水漂洗后烘干即可。實施例1先將碳頭料放置到破碎裝置中，采用人工或機械破碎，再人工把破碎得到的物料分為三類，第一類物料為不帶碳部分，第二類物料為表面有不超過Icm厚度碳部分，第三類 物料為多晶硅夾有碳層或其表面碳厚度超過Icm部分。第一類物料無需處理。第二類物料 放置到自動清洗機清洗筐后，先以濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀的混合溶液清洗4小時，濃硫 酸濃硝酸高錳酸鉀=40 2 1(質量比)，用外表面包覆塑料的機械手將反應后的物 料放入水洗槽通過噴淋快排、純水溢流快排、最后純水噴淋快排，后用氮氣吹掃10分鐘，再 用機械手將反應后的物料放入濃硝酸與氫氟酸的質量比為5 1的清洗液放置300秒，再 用機械手將反應后的物料放入純水槽清洗。清洗完放入氮氣保護烘箱100°C烘干1小時。 第三類物料放置到自動清洗機清洗筐后，先以濃硫酸高錳酸鉀的混合溶液清洗12小時，濃 硫酸高錳酸鉀=100 1(質量比)，用機械手將反應后的物料放入水洗槽先噴淋快排、純 水溢流快排、最后純水噴淋快排，后用氮氣吹10分鐘，再用機械手將反應后的物料放入濃 硝酸與氫氟酸的質量比為5 1的清洗液放置300秒，再用機械手將反應后的物料放入純 水清洗槽。清洗完放入氮氣保護烘箱100°C烘干1小時。實施例2先將碳頭料放置到破碎裝置中，采用人工或機械破碎，把破碎得到的物料分為三 類，第一類物料為不帶碳部分，第二類物料為表面有不超過Icm厚度碳部分，第三類物料為 多晶硅夾有碳層或其表面碳厚度超過Icm部分。第一類物料無需處理。第二類物料放置滿 一料籃后，先以濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀的混合溶液清洗8小時，濃硫酸濃硝酸高錳 酸鉀=80 20 1(質量比)，用外表面包覆塑料的機械手將反應后的料籃放入水洗槽先 噴淋快排、純水溢流快排、最后純水噴淋快排，后用氮氣吹5分鐘，再用機械手將反應后的 清洗筐放入濃硝酸與氫氟酸的質量比為4 1的清洗液放置60秒，再用機械手將反應后的 物料放入純水槽清洗。清洗完放入氮氣保護烘箱80°C烘干2小時。第三類物料放置滿一清 洗筐后，先以濃硫酸高錳酸鉀的混合溶液清洗8小時，濃硫酸高錳酸鉀=200 1(質量 比)，用機械手將反應后的物料放入水洗槽先噴淋快排、純水溢流快排、最后純水噴淋快排， 后用氮氣吹10分鐘，再用機械手將反應后的物料放入濃硝酸與氫氟酸的質量比為4 1的 清洗液放置60秒，再用機械手將反應后的物料放入純水清洗槽。清洗完放入氮氣保護烘箱 80°C烘干2小時。實施例3先將碳頭料放置到破碎裝置中，采用人工或機械破碎，把破碎得到的物料分為三 類，第一類物料為不帶碳部分，第二類物料為表面有不超過Icm厚度碳部分，第三類物料為 多晶硅夾有碳層或其表面碳厚度超過Icm部分。第一類物料無需處理。第二類物料放置 到清洗筐后，先以濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀的混合溶液清洗2小時，濃硫酸濃硝酸高 錳酸鉀=200 100 1(質量比)，用外表面包覆塑料的機械手將反應后的物料放入水洗 槽先噴淋快排、純水溢流快排、最后純水噴淋快排，后用無油壓縮空氣吹10分鐘，再用機械 手將反應后的料籃放入濃硝酸與氫氟酸的質量比為10 1的清洗液放置600秒，再用機 械手將反應后的物料放入純水槽清洗。清洗完放入氮氣保護烘箱150°C烘干1小時。第三 類物料放置滿一料籃后，先以濃硫酸高錳酸鉀的混合溶液清洗M小時，濃硫酸高錳酸鉀 =200 3 (質量比)，用機械手將反應后的料籃放入水洗槽先噴淋快排、純水溢流快排、最 后純水噴淋快排，后用無油壓縮空氣吹10分鐘，再用機械手將反應后的料籃放入濃硝酸與 氫氟酸的質量比為10 1的清洗液放置600秒，再用機械手將反應后的料籃放入純水清洗槽。清洗完放入氮氣保護烘箱150°C烘干1小時。上述實施例1 3中的濃硫酸的重量百分比濃度為98%以上的分析純或優級純試 劑，濃硝酸為濃度在68%以上的分析純或優級純試劑，高錳酸鉀為分析純粉末狀試劑；且 清洗筐由多孔的耐酸塑料制備；自動清洗時各個槽之間的移動是依靠外表面包覆塑料的機 械手傳動；且在進料后，整個設備密閉，并留有抽風口強制排空。最后應說明的是以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明， 盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可 以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的 保護范圍之內。
權利要求
1.一種去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)碳頭料破碎后分類將破碎后的碳頭料分為三類第一類物料為不含碳的硅塊，第二類物料為表面有不厚 于Icrn碳層的硅塊，第三類物料為夾有碳層或其表面碳厚度超過Icm的硅塊；(2)分類處理(a)第一類物料無需清洗處理；(b)第二類物料先放入碳硅分離液清洗，后經水洗、吹掃、酸洗、再次水洗及烘干處理； 所述碳硅分離液為濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀的混合溶液，其重量比為濃硫酸20份，濃硝酸1 10份，高錳酸鉀0. 1 0. 5份，清洗時間為2 8小時；(c)第三類物料的處理流程同第二類物料，不同之處在于，所述的的碳硅分離液為濃硫 酸和高錳酸鉀的混合溶液，其重量比為濃硫酸20份，高錳酸鉀0. 1 0. 3份，清洗時間8 24小時。
2.根據權利要求1所述的去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，所述水洗的過 程為先噴淋快排、純水溢流快排、最后純水噴淋快排。
3.根據權利要求1所述的去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，所述吹掃所用 氣體為無油壓縮空氣或氮氣，時間為1 10分鐘。
4.根據權利要求1所述的去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，所述酸洗用的 酸液為濃硝酸和濃氫氟酸的混酸，其重量比為10 1 4 1，酸洗時間為60 600秒。
5.根據權利要求1所述的去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，所述烘干的過 程為在80 150°C下氮氣保護烘干1 2小時。
6.根據權利要求1所述的去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，所述濃硫酸的 重量百分比濃度為98%以上的分析純或優級純試劑，濃硝酸為濃度在68%以上的分析純 或優級純試劑，高錳酸鉀為分析純粉末狀試劑。
7.根據權利要求1所述的去除多晶硅碳頭料中碳的方法，其特征在于，所述物料是通 過酸洗槽加入特定碳硅分離液的全自動多晶硅酸洗設備實現的，但也可以依照上述步驟手 工清洗。
全文摘要
本發明公開了一種去除多晶硅碳頭料中碳的方法，主要是將碳頭料破碎后分為三類，第一類物料為不含碳的硅塊，其無需清洗處理；第二類物料為表面有不厚于1cm碳層的硅塊，第三類物料為夾有碳層或其表面碳厚度超過1cm的硅塊；上述第二、三類物料需經不同的碳硅分離液清洗，后經水洗、吹掃、酸洗、再次水洗及烘干處理；其中第二類物料的碳硅分離液為濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀的混合溶液，第三類物料的碳硅分離液為濃硫酸和高錳酸鉀的混合溶液。本發明從分選碳頭料開始，針對不同的物料采用不同的方法處理，可以提高效率和降低成本。
文檔編號C23F1/24GK102041510SQ20101019580
公開日2011年5月4日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者宋高杰, 張旭, 王文, 鄒華, 金晶, 銀波 申請人:特變電工新疆硅業有限公司