提炼多晶硅和单晶硅的技术是不是很复杂 现在的硅片卖多少一吨拜托各位大神

高纯度硅在石英中提取，以单晶硅为例，提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。 冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯。电子级硅的杂质含量约(10^-10)%以下。而在提纯过程中，有一项“三氯氢硅还原法(西门子法)”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。 事实上，我国每年都从石英石中提取大量的工业硅，以1美元/公斤的价格出口到德国、美国和日本等国，而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料，以46-80美元/公斤的价格卖给我国的太阳能企业。 新光硅业2001年在四川乐山投建，是我国第一条千吨多晶硅生产线，规划年产1260吨的多晶硅，总投资约12.9亿元人民币。预计2006年项目投产后年产值约为6亿元，可年产电子级多晶硅900吨、区熔多晶硅200吨、太阳能电池用多晶硅150吨。这是中国最大的多晶硅生产线了。 现在的硅片卖30000左右一吨

生产多晶硅是一个提纯过程，金属硅转化成三氯氢硅，再用氢气进行一次性还原，这个过程中约有25%的三氯氢硅转化为多晶硅，其余大量进入尾气，同时形成副产品——四氯化硅，每生产一吨多晶硅，就产生4吨以上的四氯化硅废液。在这个过程中，如果回收工艺不成熟，三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢、氯气等有害物质极有可能外溢，存在重大的安全和污染隐患。四氯化硅一遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢，对人体眼睛、皮肤、呼吸道有强刺激性，遇火星会爆炸；氯气的外逸则可以使人出现咳嗽、头晕、胸闷等病状，并导致农作物大面积减产和绝收。

硅产业链的起端是硅矿或者硅石、硅砂，实际上就是石英石，石英石的主要成分是SiO2，矿产分布到处都有，品位相差较大，目前国内的硅石矿主要坐落在新疆和云南，云南硅石品位较好，但产量低于新疆地区。

硅石需要提纯才能用于工业生产，目前主流的提纯方法，就是将硅石加入碳丢到高温电阻炉里面烧熔，高温状态下，SiO2会和C反应形成SiC和CO，然后SiC进一步将SiO2还原为Si和CO，用中文翻译下，就是石英的主要成分二氧化硅会和焦炭里面的碳反应，形成碳化硅和一氧化碳，而碳化硅又会和剩下的二氧化硅反应，形成纯度较高的硅以及一氧化碳。这些纯度较高的硅密度较大，因此会沉积到电阻炉下方，将其提取出来之后就是可以用于工业生产的金属硅粉。

金属硅粉也称硅微粉，要和微硅粉做一下区别。微硅粉也称硅灰，是金属硅烧制过程中产生的烟尘，主要成分也是SiO2，所以可以收集起来回炉，或者作为水泥、建材等的添加剂出售。平时我们所讲的硅粉，是指金属硅粉，而非微硅粉。

烧制完成的金属硅粉依旧是含有杂质的，最常见的三种杂质是铁铝和钙，所以市场上通常以三种杂质的含量来区分金属硅粉的品位。比如553硅，就是铁杂质占0.5%，铝0.5%，钙0.3%，又比如2202硅，就是铁0.2%，铝0.2%，钙0.02%。目前市场上主流的分类，是把金属硅粉分为冶金级硅和化学级硅，冶金级硅的硅含量在90%以上，通常会达到98%左右；而化学级硅的硅含量高于98%，产品基本是2字开头的。

冶金级硅顾名思义，一般用于合金冶炼，冶炼行业每年消耗的冶金级硅比例高达60%。冶金级硅的另一个用途是高纯度硅的制备，下文会做详细阐述。化学级硅则主要是用于有机硅的生产，当然，化学级硅也可以用于制备高纯度硅，但较为浪费。

冶金级硅的纯度不够，还需要进一步提纯才能用于太阳能电池硅片和电子产品用硅。冶金级硅提纯之后叫高纯度硅，品位划分以N来计算，比如硅含量99.99%就是4N，99.9999%就是6N。太阳能级硅纯度要在4N以上，一般是4-6N的多晶硅或单晶硅；而电子级硅要求则更高，通常是6-11N的单晶硅。

冶金级硅的提纯方法有很多种，目前上市公司应用的大规模提纯的方法有两种，分别是改良西门子法（以通威股份为代表）和流床化法（以保利协鑫新能源为代表）。两种方法的出发点都是相同的，金属硅粉是没办法直接提纯的，需要将其转化为某种中间物质，再对中间物质进行分馏、沉积提纯，最后把硅还原出来。

改良西门子法选取的中间物质是三氯氢硅。低纯度硅粉先和氯化氢反应，生成含有杂质的三氯氢硅（杂质有氯化硅、二氯氢硅等），三氯氢硅在常温下是液体，所以可以使用分馏的方式提纯，最后使用氢气置换出高纯度三氯氢硅里面的硅。改良西门子法制备的高纯度硅是棒状硅，优点是切片和拉制单晶硅时比较稳定，纯度也高，目前的特纯硅都是运用改良西门子法。缺点是电耗高，产废多，成本很难降。

流化床法则选用硅烷作为中间物质。硅烷的制备比较简单，就是在含有杂质的三氯氢硅中不停地注入氢气，三氯氢硅和杂质都可以和氢气反应生成硅烷SiH4以及盐酸HCl，这部分混合液的沸点各不相同，所以可以通过蒸馏进行分离，最后得到高纯度的硅烷气体。在制备硅烷的同时，需要在熔化炉里加入高纯度硅籽晶，将硅籽晶融化成流床，然后将硅烷输入到熔炉中。硅烷在高温环境下分解成硅和氢气，硅会沉积下来镀在硅籽晶的表面，而氢气则排出回收。经过这样一个过程，高纯度的硅籽晶表面的硅沉积越来越多，逐渐长大，所以也有人把这种气相沉积法称为“硅的生长”。

流化床法的优点是电耗少，废料废气少，而且可以连续出料，能大大改善拉晶的效率，但流化床法在制备过程中，硅烷生成的氢气有时会在高纯硅内部形成气泡，导致拉晶时出现“跳氢”，因此如何对高纯硅进行脱氢是目前的一个技术难点。另外，流化床法对硅籽晶粉的纯度要求很高，但为了烧化为流床，减少流床气泡等，硅籽晶通常要进行机械研磨，在研磨时硅籽晶会和器械进行碰撞，很可能参杂进其他杂质，导致籽晶纯度下降。流化床法制备的高纯硅是颗粒硅粉末，有别于西门子法的棒状硅硅块。

回答于 2022-12-05

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