Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد مشاور) مهدي احمديان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzad Ebrahimfar
فرزاد ابراهيم فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Hydrometallurgical purification of metallurgical-grade silicon by acid leaching
High purity metallurgical grade silicon has many applications such as medical industry, polymer industry and the manufacture of solar cells. Removing of impurities from metallurgical grade silicon (MG-Si) is critical in these applications. The MG-Si studied in this research has various impurities of iron, calcium, aluminum, and tin. In this study, the hydrometallurgical purification method was chosen to purify of the MG-Si. In hydrometallurgical purification, many types of acids used as a solvent. The effect of hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, nitric acid in combination with each other as a solvent for purification of the MG-Si was investigated. The effect temperature particle size of MG-Si also investigated. The results showed that the highest purity achieved by the solvent of 25% HCl, 5% HF followed by 25% HCl,30% and 5% . It was found that in the range of 53 to 150 microns and 50 ° C for 6 hours achieved an appropriate efficiency and purity of MG-Si was 99.96%.
سيليسيم و ترکيبات آن يکي از مهم‌ترين و فراوان‌ترين عناصر در پوسته زمين بوده و از احياء اکسيد سيليسيم توليد مي‌شود. سيليسيم متالورژيکي با خلوص حدود 5/98 درصد از سنگ معدن سيليسيم قابل توليد مي‌باشد که داراي ناخالصي‌هاي فلزي مختلف نظير آهن،کلسيم و آلومينيوم مي‌باشد. سيليسيم متالورژيکي در صنعت کاربردهاي مختلفي دارد که مي‌توان به صنايع شيميايي، فرايندهاي متالورژيکي نظير آلياژسازي آلومينيوم و سيليکوترمي، صنايع پزشکي، صنايع پليمري و ساخت سلول‌هاي خورشيدي اشاره کرد. در توليد سيليسيم متالورژيکي کنترل ناخالصي ها يک عامل تعيين‌کننده محسوب مي‌شود از اين‌رو بايد پالايش و خالص‌سازي بيشتري شود. تصفيه سيليسيم متالورژيکي در صنعت عمدتاً به روش هيدرو متالورژي انجام مي‌گيرد. در حال حاضر مشکلات و معايب روش‌هاي ديگر تصفيه سيليکون از جمله آلودگي‌هاي زيست محيطي به‌ ويژه در توليد گاز‌هاي سمي و هزينه‌هاي سنگين احداث و عملياتي به ويژه در بحث انرژي باعث شده است که صنعت تصفيه سيليسيم متالورژيکي به سمت روش‌هاي تميزتر و ارزان‌تر هيدرو متالورژي گرايش پيدا کند. با وجود اين، مشکل اصلي در تصفيه هيدرو متالورژيکي سيليسيم متالورژيکي، وجود سيستم انحلال حساس و استفاده از اسيد‌هاي قوي با خلوص بالا مي‌باشد. نوع و ميزان ناخالصي‌ها در سيليسيم تجاري تابع نوع و مقدار ناخالصي‌ها در مواد اوليه مصرفي در توليد سيليسيم مي‌باشد. لذا نمي‌توان يک شرايط بهينه ثابت را براي تصفيه تمام سيليسيم‌هاي توليدي در جاهاي مختلف استفاده نمود. در اين پژوهش هدف بررسي اثر هر يک از پارامترهاي مختلف نظير اندازه دانه، نوع اسيد، دما، زمان و نوع همزن به منظور دستيابي به يک شرايط بهينه در تصفيه سيليسيم متالورژيکي توليدي در ايران مي‌باشد. فرآيند انحلال در داخل يک مخزن با جداره‌ مقاوم در برابر حرارت از جنس پروپيلن که در داخل يک حمام آب قرار دارد انجام مي‌گيرد. براي انجام حل‌سازي از اسيدهاي مختلفي مانند اسيد‌سولفوريک، اسيد‌فلوئوريک و از ترکيب اسيد‌نيتريک با اسيدکلريدريک که به نام تيزآب سلطاني(Aqua Regia) معروف است، استفاده شد. علاوه بر نوع حلال، تأثير عوامل ديگر نظير دما، زمان و اندازه ذرات سيليسيم متالورژيکي بر بازده فرآيند ليچينگ مورد بررسي قرار گرفت. با بررسي نتايج آزمون ICP، مشخص شد با افزايش غلظت حلال ميزان حذف ناخالصي‌ها تا يک حد مشخص افزايش يافته و بعد از گذشت مدت زماني کاهش پيدا مي‌کند. همچنين مشخص شد با افزايش دما و مدت زمان زمان ليچينگ و کاهش ذرات سيليسيم متالورژي عامل کنترل کننده سرعت در ليچينک سيليسيم متالورژيکي حضور لايه اکسيدي مي‌باشد که مي‌توان با افزايش غلظت اسيد و دما و مدت زمان ليچينگ ميزان انرژي اکتيواسيون را کاهش داده و در نتيجه سرعت نفوذ را افزايش داد. با توجه به نتايج بدست آمده مشخص شد بهترين حالت براي تصفيه سيليسيم متالورژيکي توليدي در ايران استفاده از حلالي مرکب از هيدروکلريک اسيد 25 درصد و هيدروفلوئوريک اسيد 5 درصد در دماي 50 درجه سانتي‌گراد به مدت 6 ساعت با نسبت S به L برابر 1به10 براي اندازه ذرات 53 الي 150 ميکرون مي‌باشد. با استفاده از اين شرايط مي‌توان به سيليسيوم متالورژيکي با خلوص90/99 دست يافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی