改良西门子工艺工艺技术方案

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改良西门子工艺工艺技术方案
       1 、工艺技术路线确定
从多晶硅生产的主要工艺技术的现状和发展趋势来看，改良西门子工艺能够兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，以其技术成熟、适合产业化生产等特点，是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺,也是目前国内多晶硅生产的主要工艺技术。

2 、生产方法和反应原理

项目主要工序生产方法及反应原理如下：
  2.1 H2制备与净化
在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。
电解
H20→H2+02
2.2 HCl合成
在氯化氢合成炉内,氢气与氯气的混合气体经燃烧反应生成氯化氢气体，经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后，被送往三氯氢硅合成工序。

H2+Cl2→2HCl
2.3 SiHCl3合成
在SiHCl3合成炉内Si粉与HCI在280～300℃温度下反应生成三氯氢硅和四氯化硅。同时，生成硅的高氯化物的副反应，生成SinCl2n+2系的聚氯硅烷及SinHmCl( 2n+2)-m类型的衍生物。
    主反应
Si+3HCl→SiHCl3+H2

Si+4HCl→SiCl4+2H2
    副反应
2SiHCl3→SiH2CI2+SiCl4

2Si+6HCl→Si2C16+3H2

2Si+5HCl→Si2HCl5+2H2
2.4合成气干法分离
经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉，经低温氯硅烷液体洗涤、分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体，分别循环回装置使用。
2.5氯硅烷分离、提纯
氯硅烷的分离和提纯是根据加压精馏的原理，通过采用合理节能工艺来实现的。该工艺可以保证制备高纯的用于多晶硅生产的三氯氢硅和四氯化硅(用于氢化)。
  2.6 SiHCl3氢还原
在原始硅芯棒上沉积多晶硅。高纯H2和精制SiHCl3进入还原炉，在1050℃的硅芯发热体表面上反应。
5SiHCl3+H2→2Si+2SiCl4+5HCl+ SiH2Cl2
2.7还原尾气干法分离
还原尾气干法分离的原理和流程与三氧氢硅合成气干法分离工序类似。
2.8 SiCl4氢化
在三氯氢硅的氢还原过程中生成四氯化硅，在将四氯化硅冷凝和脱除三氯氢硅之后进行热氢化，转化为三氯氢硅。四氯化硅送入氢化反应炉内，在400～500℃温度、1.3～1.5Mpa压力下，SiCl4转化反应。
    主反应
SiCl4+H2→SiHCl3+HCl


副反应
2SiHCl3→SiH2Cl2+SiCl4
2.9氢化气干法分离
从四氯化硅氢化工序来的氢化气经此工序被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体，分别循环回装置使用。氢化气干法分离的原理和流程与三氯氢硅合成气干法分离工序类似。
2.10硅芯制备及产品整理
      (1)硅芯制备
硅芯制备过程中，需要用氢氟酸和硝酸对硅芯进行腐蚀处理，再用超纯水洗净硅芯，然后对硅芯进行干燥。
      (2)产品整理
用氢氟酸和硝酸对块状多晶硅进行腐蚀处理，再用超纯水洗净多晶硅块，然后对多晶硅块进行干燥。

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2.11废气及残液处理


(1)工艺废气处理
用NaOH溶液洗涤，废气中的氯硅烷(以SiHCl3为例)和氯化氢与NaOH发生反应而被去除。

SiHCl3+3H20=Si02·H20↓+3HCl+H2

HC1+NaOH=NaC1+H20
    废气经液封罐放空。含有NaCl、Si02的出塔底洗涤液用泵送工艺废料处理。
    (2)精馏残液处理
从氯硅烷分离提纯工序中排除的残液主要含有四氯化硅和聚氯硅烷化合物的液体以及装置停车放净的氯硅烷液体，加入Na0H溶液使氯硅烷水解并转化成无害物质。
    水解和中和反应

SiCl4+3H2O=SiO2·H2O↓+4HCl

SiHCl3+3H2O=SiO2·H2O↓+3HCl+H2

SiH2Cl3+3H2O=SiO2·H2O↓+3HCl+H2

NaOH+HCl=NaCl+H2O
经过规定时间的处理，用泵从槽底抽出含SiO2、NaCI的液体，送工艺废料处理。
    2.12酸洗尾气处理
产品整理及硅芯腐蚀处理挥发出的氟化氢和氮氧化物气体，用石灰乳液作吸收剂吸收氟化氢；以氨为还原剂、非贵重金属为催化剂，将NOX还原分解成N2和水。


2HF+Ca(OH)2=CaF2↓+H20

6N02+8 NH3=7 N2↓+12 H20

6 N0+4 NH3=5 N2↓+6 H20
   2.13酸洗废液处理
硅芯制各及产品整理工序含废氢氟酸和废硝酸的酸洗废液，用石灰乳液中中和，生成氟化钙固体和硝酸钙溶液，处理后送工艺废料处理。

2HF+Ca(OH)2=CaF2↓+H2O

2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+H2O