探究吸附裝置安裝位置對多晶硅除硼磷的影響

牛娜

摘要：多晶硅生產中最難去除的雜質是硼、磷。為提高吸附裝置對硼、磷雜質的吸附效果，降低多晶硅原料氯硅烷中的雜質含量，提升多晶硅的品質，對吸附裝置在提純系統中安裝位置的合理性進行了分析研究。對提純系統中部分物料輸送管道進行改造，使不同組分的物料進入相同結構的吸附裝置進行吸附。 調試吸附裝置處于最佳工作狀態后，對吸附后物料中硼、磷雜質含量的總和、吸附率以及吸附裝置反沖洗頻率進行對比分析。實驗結果表明，當吸附裝置安裝在回收塔產品進入精餾塔的中間管道處時，吸附裝置對硼、磷雜質的吸附效果最佳，且系統運行穩定。吸附裝置在提純系統中最佳安裝位置的確定，提高了吸附裝置對硼、磷雜質的吸附效果以及系統運行的穩定性，為多晶硅品質的提升奠定了基礎。

關鍵詞：多晶硅;氯硅烷;硼、磷雜質;吸附;穩定性

隨著世界工業的大發展，環境和能源問題越來越嚴重，已經開始嚴重影響人們的生活，因此如何降低環境污染、減少能源消耗，成為實現經濟可持續發展的重要課題[1]。面對這一重大課題，世界各國開始新型能源的開發利用，太陽能光伏行業發展勢頭最為突出[2-3]。多晶硅作為光伏產業重要的基礎材料，市場需求量劇增，多晶硅的品質成為企業決勝的關鍵因素。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品的品質。多晶硅的品質會直接影響光伏產品的功能和質量[4-5]。多晶硅生產中最難去除的雜質是硼、磷，這兩種雜質在多晶硅生產的冷氫化階段會與物料發生反應，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接近，極難去除[6-10]。如何高效去除硼、磷雜質提高三氯氫硅純度，成為多晶硅企業發展中的一大難題。面對這一問題，國內外學者做了眾多嘗試和研究，主要工藝包括萃取法[11]、絡合法、吸附法、部分水解法和精餾法等。其中對吸附法除硼、磷工藝的研究最為廣泛，通過考察吸附劑、吸附壓力、進料溫度、進料量等因素對吸附效果的影響確定最佳吸附工藝參數。但是，在多晶硅生產系統中物料自身雜質含量對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，此類研究鮮見報道。筆者針對吸附除雜的工藝過程進行研究，討論了系統中不同階段的物料進入硼、磷吸附裝置的除雜效果，確定了硼、磷吸附裝置在系統中的最佳安裝位置。

1 實驗方法

以天宏硅業公司多晶硅系統中硼、磷雜質吸附裝置為基礎，對多晶硅系統中吸附除雜工藝進行研究。將吸附裝置安裝在系統中的不同位置。多晶硅系統主要部分為回收塔低沸物料進入分離塔的中間管道處，為回收塔產品進入精餾塔的中間管道處，為氫化粗鎦塔產品進入回收塔的中間管道處;為精餾塔高低沸物料進入回收塔的中間管道處。對以上4個位置的物料進行吸附除雜。投用前對系統進行調試，確保系統按照最佳工藝參數正常運行，調試合格后連續運行2周時間。通過吸附后物料中的雜質含量、雜質吸附率以及吸附裝置反沖洗情況等，確定吸附裝置在系統中的最佳安裝位置。

2 結果與討論

吸附裝置安裝在系統中不同位置對物料中硼、磷雜質的吸附效果也有很大的差別。吸附裝置安裝在4個位置，吸附后物料中B、P雜質含量均明顯減少，但是裝置在吸附后物料中雜質含量仍然很高，其他3個位置吸附后物料中雜質質量分數均降到5×10-9以下，其中吸附后物料中雜質含量總和最小，吸附效果最好。

根據吸附前后物料中雜質含量的變化，對吸附裝置安裝在不同位置對B、P雜質的吸附率進行統計。當吸附裝置安裝在下方時對B、P的吸附效果最差，吸附率分別為22.8%和19.4%;當吸附裝置安裝在上方時對B、P的吸附效果均達到最佳，吸附率分別為87.4%和54.3%。

吸附裝置安裝在系統的不同位置，在系統運行過程中，由于進料中含有硼、磷雜質以及其他金屬雜質，同時樹脂含有少量水分以及氯硅烷的水解物，會堵塞吸附劑通道。因此，當冷卻器出口壓力超過規定值時，需要將系統反向運行2h（反沖洗），再恢復正常進料。反沖洗次數的多少可以在一定程度上說明吸附裝置的實際運行狀況，是判斷吸附裝置在系統中位置合理性的一個重要衡量標準。 吸附裝置在系統中不同位置運行時的反沖次數也有差距。系統運行2周，當吸附裝置在上部時，裝置的反沖洗次數最高，為15次;當吸附裝置在上部和中部位置時，裝置的反沖洗次數為3次;當吸附裝置在下部時，裝置的反沖洗次數為2次。物料中雜質含量越高，吸附裝置內的樹脂越容易達到飽和，反沖洗的頻率就越高。反沖洗過程不僅會對整個系統的運行產生影響，還會降低樹脂的使用壽命，影響吸附效果。反之，物料中雜質含量較低時，裝置反沖洗次數明顯降低，這有利于系統的穩定運行，同時也可以提高裝置的吸附效果和使用壽命。

3 結論

采用相同的吸附裝置對不同位置的物料進行吸附，對吸附后的雜質含量、雜質吸附率以及裝置的反沖洗頻率等進行分析。1）當吸附裝置安裝在回收塔產品進入精餾塔的中間管道處時，吸附后物料中雜質含量最低，B、P雜質吸附率最高，且吸附裝置反沖洗頻率較低;2）當物料中雜質含量較高時，會影響裝置的運行穩定性;3）當雜質質量分數低于1×10-8時，該裝置對物料的除雜效果不明顯。

參考文獻

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