随着传统化石能源的日渐枯竭,寻找新的可再生能源迫在眉睫。太阳能发电安全无污染,且分布广泛,受到了世界各国的高度重视。在光伏产业中,多晶硅成本占到整个光伏产业成本的50%以上。目前,改良西门子法是多晶硅生产的只要方法,而我国没有掌握改良西门子法的核心技术,主要依赖高价进口多晶硅,而冶金法制备太阳能级多晶硅具有成本低、能耗小和环保等特点,逐渐被人们所重视。研究冶金法制备太阳能级多晶硅对我国拥有自主知识产权及发展我国光伏产业有着重要意义。本文主要是利用碳化稻壳、石油焦混合还原剂和高纯石英砂制备高品质硅,为下一步提纯为太阳能级多晶硅奠定基础。本文主要研究内容和研究结果如下:(1)碳化稻壳的净化处理:应用超声波酸浸技术,对碳化稻壳进行净化处理,确定了考察范围内的优化工艺参数:选用粒径为100-120目的碳化稻壳,固液比为1:10,盐酸浓度为14wt%,水浴温度为40℃,超声频率为45kHz,超声功率为300W,酸浸时间120min时,碳化稻壳中铁元素的去除率可达到91.62%,磷元素的去除率可达到84.25%,为后续冶炼高品质硅提供优质原料。(2)酸浸除铁的动力学研究:铁的酸浸过程可用缩核模型来描述,普通酸浸反应过程属于混合控制,Ea=90.04kJ/mol,盐酸的反应级数为1.63,宏观反应动力学方程表达式:(1/3)ln((1-x)+[(1-xy)-1/3-1]=8.65×-1011C1.63d-0.27e(-90040/RT)t;超声酸浸反应过程属于混合控制,Ea=89.87kJ/mol,盐酸的反应级数为1.47,宏观反应动力学方程表达式:(1/3)ln(1-x)+[(1-x)-1/3-1]=3.01×1012C1.47d-0.33e(-89870/RT)t。(3)球团制备及生球团物理性能的研究:利用碳化稻壳、石油焦、高纯石英砂作为原料压制球团,分别考察了还原剂配比、制团压力和粘结剂加入量三个因素对生球团抗压强度和气孔率的影响,确定了考察范围内的优化制团条件为:混合还原剂中碳化稻壳与石油焦质量之比为1:3、粘结剂加入量为4%、制团压力为35MPa,在此条件下制得的生球团晾干后,气孔率为29.5%,抗压强度为12.89MPa。(4)电热法制备高品质硅的研究:实验结果表明利用提纯后的碳化稻壳、石油焦混合还原剂及高纯石英砂作为原料熔炼硅是可行的,且得到了高品质硅。硅的纯度达到了 99.67%,其中杂质铁的含量为0.198%,磷为0.086%,均低于现有工业硅中铁、磷的含量,为后期制备太阳能级多晶硅奠定了基础。