为熔融金属、硅酮、有机化合物、水、醇、离子液体和超临界流体。
[0046]如本文使用的，“溶剂金属”可以指在加热时可以有效地溶解硅从而生成熔融液体的一种或多种金属或其合金。合适的示例性溶剂金属包括例如铜、锡、锌、锑、银、铋、铝、镉、镓、铟、镁、铅、其合金及其组合。
[0047]如本文使用的，“管”可以指中空的管形材料。管可以具有与其外部形状大致匹配的内部形状。管的内部形状可以是任何合适的形状，包括圆形、正方形或具有任意数量的边的形状，包括不对称的形状。
[0048]重结晶硅
[0049]纯化硅的方法可以包括:将起始材料硅溶解于熔融的溶剂中，如熔融的溶剂金属中，例如包含铝的熔融的溶剂金属中；和从熔融的溶剂中重结晶硅以提供重结晶的硅晶体。重结晶可以是任何合适的重结晶方法，其中重结晶溶剂可以包括铝，以提供比起始材料硅更纯的重结晶的硅晶体。在一个实例中，可以进行单次重结晶以将起始材料硅纯化为重结晶的硅晶体。在另一实例中，在提供最终的重结晶的硅晶体之前可以多次地重结晶起始材料硅。铝溶剂可以是纯净的，或者可以包含杂质。铝中的杂质可以是硅或其他杂质。
[0050]在使用多次重结晶的实例中，重结晶可以是级联过程，其中铝溶剂可以再循环返回至过程中，使得第一重结晶使用最不纯的铝作为重结晶溶剂，而最后的重结晶使用最纯的铝作为重结晶溶剂。当硅晶体向前移动穿过级联过程时，硅晶体可以从更纯的溶剂金属中重结晶。通过再循环铝溶剂，可以使浪费最小化。由于溶剂中的杂质的量和正在重结晶的材料中的杂质的量会负面影响产物的纯度，因而对最后的重结晶使用最纯的铝溶剂可以有助于使最终的重结晶的硅晶体的纯度最大化。合适的重结晶过程的实例可以在2010年3月23日提交的第12/729，561号美国专利申请和2012年I月26日提交的第61/591，073号美国临时专利申请中找到，上述申请通过引用完整地并入本文。
[0051]图1为通过重结晶来纯化硅的一种示例方法10的流程框图。重结晶方法10可以包括使起始材料硅14与溶剂金属16接触12，其中溶剂金属16可以包含铝。可以充分接触12以提供混合物18。可以例如在坩祸或其他容器(以下所述)中充分熔化20混合物18以提供熔融混合物22。重结晶方法10可以包括充分冷却24熔融混合物22以形成重结晶的硅晶体26和母液28。重结晶方法10可以包括充分分离30重结晶的硅晶体26和母液28以提供重结晶的硅晶体26。参照图1描述的重结晶方法10可以被称为“一次完整操作循环(pass)的”或“单次完整操作循环(pass)的”重结晶。
[0052]图2为通过重结晶来纯化硅的另一种示例方法40的流程框图。重结晶方法40可以包括级联过程，所述级联过程可以包括使起始材料硅44与第一母液46充分接触42以提供第一混合物48。重结晶方法40可以包括充分熔化50第一混合物48以提供第一熔融混合物52。该方法可以包括充分冷却54第一恪融混合物52以形成第一娃晶体56和第二母液58。重结晶方法40可以包括分离60第一硅晶体56和第二母液58以提供第一硅晶体
56 ο
[0053]重结晶方法40可以包括使硅晶体56与溶剂金属64充分接触62以提供第二混合物66，其中溶剂金属64可以包含铝。重结晶方法40可以包括充分熔化68第二混合物66以提供第二熔融混合物70。重结晶方法40可以包括充分冷却72第二熔融混合物70以形成第二重结晶的硅晶体74和第一母液46。该方法还可以包括分离76第二重结晶的硅晶体74和第一母液46以提供第二重结晶的硅晶体74。参照图2描述的重结晶方法40可以被称为“两次完整操作循环的”或“双次完整操作循环的”重结晶级联。
[0054]应理解，以下关于三次完整操作循环的或更多次完整操作循环的重结晶级联及其变化方案的所有讨论也适用于两次完整操作循环的重结晶级联实例，例如图2中示出的实例。在适用的情况下，本文中关于三次完整操作循环的或更多次完整操作循环的重结晶级联及其变化方案的所有讨论也适用于单次完整操作循环的重结晶，例如图1中示出的实例。
[0055]在一个实例中，起始材料硅的重结晶可以包括使起始材料硅与第二母液接触。可以充分接触以提供第一混合物。该方法可以包括充分熔化第一混合物以提供第一熔融混合物。该方法可以包括充分冷却第一熔融混合物以形成第一硅晶体和第三母液。该方法可以包括充分分离第一硅晶体和第三母液以提供第一硅晶体。该方法可以包括使第一硅晶体与第一母液充分接触以提供第二混合物。该方法可以包括充分熔化第二混合物以提供第二熔融混合物。该方法可以包括充分冷却第二熔融混合物以形成第二硅晶体和第二母液。该方法可以包括充分分离第二硅晶体和第二母液以提供第二硅晶体。该方法可以包括使第二硅晶体与包含铝的第一溶剂金属充分接触以提供第三混合物。该方法可以包括充分熔化第三混合物以提供第三熔融混合物。该方法可以包括冷却第三熔融混合物以形成最终的重结晶的硅晶体和第一母液。该方法可以包括分离最终的重结晶的硅晶体和第一母液以提供最终的重结晶的硅晶体。
[0056]图3示出了通过重结晶级联过程来纯化硅的另一种示例方法80的流程框图。重结晶方法80可以包括使起始材料硅84(例如第一硅)与包含铝的溶剂金属(例如第二母液86)充分接触82以形成第一混合物88。可以熔化90第一混合物88以形成第一熔融混合物92，然后可以将其冷却并分离94为第一硅晶体96和母液(例如第三母液98)。可以从过程100中移出第三母液98，并将其销售用于其他工业中，或者全部或者部分的第三母液98可以与第二母液86 —起再循环102。第三母液98对其可以具有价值的工业的实例可以包括但不限于在用于铸件的铝硅合金中使用的铝铸造工业。
[0057]原料(例如起始材料硅)可以包括冶金级硅。例如，冶金级硅可以包含小于约15ppmw的硼，小于约1ppmw的硼，或小于约6ppmw的硼。溶剂金属可以是销。销可以是P1020销，并包含小于约1.0ppmw的硼水平，小于约0.6ppmw的硼水平，或小于约0.4ppmw的硼水平。
[0058]硅或硅晶体与母液或溶剂金属的接触可以以任何合适的方式发生。接触的方式可以包括将硅或硅晶体添加到母液，也可以包括将母液添加到硅或硅晶体。避免飞溅或避免材料损失的添加方法被包括在预想的接触方式中。接触可以在有或没有搅拌或搅动的条件下进行。接触可以产生搅动。接触可以设计为产生搅动。接触可以在有或没有加热的条件下发生。接触可以产生热量，可以是吸热的，或者可以不产生热量或热量损耗。
[0059]任选的搅拌或搅动可以以任何合适的方式来进行。搅拌可以包括利用桨状物或其他搅拌装置的机械搅拌。搅动可以包括通过注入气体和使气体冒泡的搅动，也可以包括容器的物理搅动，包括旋动或摇动。将一种材料添加到另一种材料可以造成搅动，添加的方式可以设计为例如产生搅动。将一种液体注入到另一种液体中也可以产生搅动。
[0060]硅或硅晶体与母液或溶剂金属的混合物的熔化可以以任何合适的方式发生。熔化的方式可以包括通过任何合适的方法向混合物添加热量以造成硅或硅晶体的所期望的熔化。可以在已经获得熔融混合物后继续加热。熔化的方式可以在有或没有搅动的条件下进行。熔化的方式也可以包括由于暴露于在足够高的温度下、例如在硅或硅晶体的熔点或高于其熔点的温度下的母液或溶剂金属中而导致的硅或硅晶体熔化；因此，使硅或硅晶体与母液或溶剂金属接触来产生混合物可以与熔化该硅或硅晶体的混合物来提供熔融混合物的步骤相组合。混合物的熔化温度可以是不一致的或可变的，随着熔融材料的组成的改变而改变。
[0061]向混合物添加热量的方法可以包括任何合适的方法。这些方法可以包括但不限于利用熔炉加热，或通过将热气体注入到混合物中加热，或利用由燃烧气体产生的火焰加热。可以使用感应加热。加热的方法可以是辐射加热。加热的方法可以是通过电流通过待加热的材料的传导。也包括使用等离子体加热，使用放热化学反应加热，或者使用地热能加热。硅或硅晶体与母液或溶剂金属的混合可以根据硅的杂质和母液的含量而产生热量或吸收热量，这在一些实例中会导致对有益的加热源的相应调整。
[0062]任选地，可以在冷却前将气体注入到熔融混合物中，包括氯气、其他卤素气体或含卤化物的气体或任何合适的气体。熔融混合物的冷却可以以本领域技术人员已知的任何合适的方式来进行。包括通过移走热源来冷却，其包括通过暴露于室温或低于熔融混合物的温度的温度来冷却。包括通过倾倒到非熔炉的容器中并允许在低于熔炉温度的温度下冷却来冷却。在一些实例中，冷却可以是快速的；但是，在其他实例中，冷却可以是逐渐进行的，因此将冷却熔融混合物暴露于仅渐进地低于熔融混合物的当前温度的冷却源可以是有利的。当冷却熔融混合物时，冷却源的温度可以逐渐地降低，在一些情况下，这可以通过在冷却熔融混合物时对其温度进行敏感的或一般的监测来实现。所得到的结晶硅的纯度可以通过尽可能慢地冷却混合物来提高，因此预期本发明包括全部合适的逐渐冷却的方式。还包括更快速的冷却方法，包括冷冻机制。包括将容纳熔融材料的容器暴露于更冷的材料，例如比熔融混合物冷的液体，例如水，或者例如另一熔融金属，或者例如气体，包括环境空气或冷冻空气。包括将更冷的材料添加到熔融混合物中，例如添加另一种更冷的母液，或添加更冷的溶剂金属，或添加另一种更冷的材料，该更冷的材料随后可以从混合物中移出或可以留在混合物中。
[0063]预期由熔融混合物的冷却和随后硅晶体和母液的分离所得到的母液任选地再循环到所述方法中的任何在前的步骤。在硅从母液中的重结晶已经发生后，通常至少一部分量的硅会保持溶解于母液中，连同希望保持溶解于母液中的杂质一起。将熔融混合物冷却至全部或大部分的硅为晶状的温度点在一些情况下会是不可能的，或者会负面影响所得到的硅晶体的纯度，或者会是低效的。在一些实例中，通过仅允许少于全部或少于大部分的硅能够从熔融的混合物中结晶出而产生的硅晶体的纯度可以显著地或至少部分地提高。与将热母液与在前的步骤中的母液合并相比，或与再次使用热母液相比，加热并熔化溶剂金属所需的能量在经济上会是低效的。与不将母液冷却至如此的低温并接受较低产率的硅晶体但是然后再循环利用母液相比，将熔融混合物冷却至一定温度以获得一定产率的硅晶体所需的能量会是低效的。
[0064]预期一些实例包括在母