Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد مشاور) مهدی احمدیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzad Ebrahimfar
فرزاد ابراهیم 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%.
سیلیسیم و ترکیبات آن یکی از مهم‌ترین و فراوان‌ترین عناصر در پوسته زمین بوده و از احیاء اکسید سیلیسیم تولید می‌شود. سیلیسیم متالورژیکی با خلوص حدود 5/98 درصد از سنگ معدن سیلیسیم قابل تولید می‌باشد که دارای ناخالصی‌های فلزی مختلف نظیر آهن،کلسیم و آلومینیوم می‌باشد. سیلیسیم متالورژیکی در صنعت کاربردهای مختلفی دارد که می‌توان به صنایع شیمیایی، فرایندهای متالورژیکی نظیر آلیاژسازی آلومینیوم و سیلیکوترمی، صنایع پزشکی، صنایع پلیمری و ساخت سلول‌های خورشیدی اشاره کرد. در تولید سیلیسیم متالورژیکی کنترل ناخالصی ها یک عامل تعیین‌کننده محسوب می‌شود از این‌رو باید پالایش و خالص‌سازی بیشتری شود. تصفیه سیلیسیم متالورژیکی در صنعت عمدتاً به روش هیدرو متالورژی انجام می‌گیرد. در حال حاضر مشکلات و معایب روش‌های دیگر تصفیه سیلیکون از جمله آلودگی‌های زیست محیطی به‌ ویژه در تولید گاز‌های سمی و هزینه‌های سنگین احداث و عملیاتی به ویژه در بحث انرژی باعث شده است که صنعت تصفیه سیلیسیم متالورژیکی به سمت روش‌های تمیزتر و ارزان‌تر هیدرو متالورژی گرایش پیدا کند. با وجود این، مشکل اصلی در تصفیه هیدرو متالورژیکی سیلیسیم متالورژیکی، وجود سیستم انحلال حساس و استفاده از اسید‌های قوی با خلوص بالا می‌باشد. نوع و میزان ناخالصی‌ها در سیلیسیم تجاری تابع نوع و مقدار ناخالصی‌ها در مواد اولیه مصرفی در تولید سیلیسیم می‌باشد. لذا نمی‌توان یک شرایط بهینه ثابت را برای تصفیه تمام سیلیسیم‌های تولیدی در جاهای مختلف استفاده نمود. در این پژوهش هدف بررسی اثر هر یک از پارامترهای مختلف نظیر اندازه دانه، نوع اسید، دما، زمان و نوع همزن به منظور دستیابی به یک شرایط بهینه در تصفیه سیلیسیم متالورژیکی تولیدی در ایران می‌باشد. فرآیند انحلال در داخل یک مخزن با جداره‌ مقاوم در برابر حرارت از جنس پروپیلن که در داخل یک حمام آب قرار دارد انجام می‌گیرد. برای انجام حل‌سازی از اسیدهای مختلفی مانند اسید‌سولفوریک، اسید‌فلوئوریک و از ترکیب اسید‌نیتریک با اسیدکلریدریک که به نام تیزآب سلطانی(Aqua Regia) معروف است، استفاده شد. علاوه بر نوع حلال، تأثیر عوامل دیگر نظیر دما، زمان و اندازه ذرات سیلیسیم متالورژیکی بر بازده فرآیند لیچینگ مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی نتایج آزمون ICP، مشخص شد با افزایش غلظت حلال میزان حذف ناخالصی‌ها تا یک حد مشخص افزایش یافته و بعد از گذشت مدت زمانی کاهش پیدا می‌کند. همچنین مشخص شد با افزایش دما و مدت زمان زمان لیچینگ و کاهش ذرات سیلیسیم متالورژی عامل کنترل کننده سرعت در لیچینک سیلیسیم متالورژیکی حضور لایه اکسیدی می‌باشد که می‌توان با افزایش غلظت اسید و دما و مدت زمان لیچینگ میزان انرژی اکتیواسیون را کاهش داده و در نتیجه سرعت نفوذ را افزایش داد. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد بهترین حالت برای تصفیه سیلیسیم متالورژیکی تولیدی در ایران استفاده از حلالی مرکب از هیدروکلریک اسید 25 درصد و هیدروفلوئوریک اسید 5 درصد در دمای 50 درجه سانتی‌گراد به مدت 6 ساعت با نسبت S به L برابر 1به10 برای اندازه ذرات 53 الی 150 میکرون می‌باشد. با استفاده از این شرایط می‌توان به سیلیسیوم متالورژیکی با خلوص90/99 دست یافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی