● 摘要
随着全球太阳能光伏发电量的稳步增长，太阳能级多晶硅出现严重的供不应求现象。 冶金法是依靠硅中杂质的物理化学变化提纯硅，且可以将硅提纯到太阳能级水平。冶金法以其生产成本低、生产周期短，工艺简单、环境污染降低的特点成为研究焦点。本文使用基于分离结晶作用原理的铝硅合金法能有效去除硅中的杂质。
（1）本研究利用中频感应电炉熔炼得到Al-40Si和 Al-50Si铝硅合金，其组织为均匀分布的初晶硅与共晶铝硅相。通过热力学计算对铝硅合金法提纯金属硅的可行性进行了分析，硅中金属杂质在固体硅和液态硅铝合金之间的分离系数比其在固体硅和液相硅之间的分离系数要小，其中P和B的分离系数由0.35和0.8分别降为0.06和0.2。
（2）对中频感应电炉熔炼后得到的Al-40Si合金和Al-50Si合金分别进行定向凝固与真空熔炼研究，考察了硅初始浓度和抽拉速度对铝硅合金组织的影响。 研究发现，定向凝固后，Al-40Si合金的初晶硅在铸锭底部析出，且针状初晶硅生长方向与定向凝固方向一致；随抽拉速度的增加，温度梯度增大，铸锭底部初晶硅相越致密；当硅初始浓度由40%提高到50%时，硅更易于在铸锭底部析出得到针状初晶硅组织。利用真空熔炼炉对铝硅合金进行快冷实验，发现初晶硅在铸锭顶部析出。温度梯度是决定初晶硅析出的关键因素。
（3）选用含有HCl、HF和HNO3的混合酸对定向凝固后的Al-40Si中初晶硅部分进行酸洗实验。酸洗可以将铝硅合金中Fe、Ca、B、P元素分别降低至14ppma、2.4ppma、0.63ppma、0.88ppma，其去除率均达到90%以上。Al元素的含量由原来的640ppma降低到302ppma，去除率为55.6%。
（4）在A1C13-NaC1-KCl低温熔盐体系中，对铝硅合金进行熔盐电解实验。铝在不锈钢阴极上析出，同时Si以阳极泥的形式脱落，实现了铝和硅的循环再利用。综合研究内容，提出了提纯硅的优化试验工序。