專利名稱：一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅廢漿料回收的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用合金熔煉法將硅切割后廢漿料中Si和SiC分離回收的方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)后，全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。在制作太陽能晶片的過程中，硅晶棒需經(jīng)過線切割的程序才能得到合適的硅晶片。但在線切割過程中，有大約 30-40%硅原料會以粉體的方式隨著研磨漿液流失，每噸廢砂漿中含有8% 9% (重量)的高純硅，也就是含有80 90公斤的單晶硅，目前單晶硅市場價(jià)格為50萬元/噸，因此，廢砂漿中的單晶硅價(jià)值為4萬 4. 5萬元/噸，同時(shí)線切割過程中使用的磨料SiC也會流失進(jìn)入廢漿料中，SiC粉體作為磨料、可用來做磨具、也可作為冶金脫氧劑和耐高溫材料，利用的價(jià)值較高，每噸廢砂漿中含有約33%的碳化硅微粉，即330公斤的碳化硅，目前碳化硅的市場價(jià)為1. 5萬元/噸，因此，廢砂漿中的碳化硅價(jià)值為0. 4950萬元/噸。以往此漿液多以廢棄物處理，但隨著人們對太陽能晶片的制造成本的關(guān)注，人們開始對硅片切割后的廢漿料中Si/SiC進(jìn)行分離回收利用。于是，各國都在探索、研究分離回收硅切割廢漿料中Si/SiC的方法。但是，目前從硅切割廢漿料中分離回收硅粉與碳化硅粉體的技術(shù)還存在很多困難。目前已有的一些回收、分離碳化硅及硅方法，如2006的發(fā)明專利單晶硅切割廢液的處理回收方法，主要是利用HN03+HF把處理過的廢漿料中的Si溶解，分別得到Si溶液(氟硅酸溶液)和SiC，此專利的不足在于從Si溶液中回收提取高純硅工藝復(fù)雜，成本較高，此外用到大量HN03+HF，危險(xiǎn)性大；2007的發(fā)明一種從切割廢砂漿中回收硅粉和碳化硅粉的方法，該專利主要采用氣體浮選，液體浮選，重力分選，磁力分選的偏物理法的分離，其存在的不足之處在于物理方法主要能分離顆粒差別比較大的Si和SiC，但對于粒徑分布在同一范圍內(nèi)的Si與SiC粉體，分離效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述不足問題，提供一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，利用合金熔煉技術(shù)分離，在熔煉之前先去除有機(jī)溶劑雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)，后與高純金屬混合后熔煉，Si與金屬形成合金，從而與SiC粉體分離開來，工藝簡單，成本低，安全生產(chǎn)性好。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種合金法從廢漿料中回收Si和 SiC的方法，首先將硅切割廢漿料用丙酮清洗，去除有機(jī)溶劑，烘干后得到二次漿料粉體，將二次漿料粉體用HNO3溶液清洗，去除金屬雜質(zhì)，然后離心、在一定真空環(huán)境下烘干后得到三次漿料粉體，最后將三次漿料粉體與高純金屬料混合形成混合料，將混合料置于真空熔煉爐中一定溫度下熔煉，冷卻后得到的鑄錠為金屬與硅的合金，未熔化的為SiC粉體，從而實(shí)現(xiàn)Si與SiC的分離，并得到回收利用。
所述一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，具體步驟如下
第一步清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗2-5小時(shí)，有機(jī)溶劑將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗5-7次，后在烘干箱中60-80°C下烘干得到二次漿料粉體；
第二步清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為10-30%的HNO3溶液清洗10-30小時(shí)，去除金屬雜質(zhì)，用去離子水清洗直至溶液呈中性為止，此后在離心機(jī)離心 10-100分鐘，取出后在3-lOPa的真空環(huán)境中60-80°C下烘干得到三次漿料粉體；
第三步熔煉分離稱取高純金屬料與三次漿料粉體混合，形成混合料，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至2-7Pa，后通入流動的Ar氣，將混合料加熱到600-1700°C之間，保溫2-6小時(shí)，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)Si與SiC的分離，并可回收利用Si和SiC。所述的高純金屬料采用Cu、Zn、Al、Sn、Fe或Ti，其純度為99. 9%以上，可以是塊體或粉體。所述高純金屬料與三次漿料粉體的質(zhì)量比為0. 5-4. 0。所述離心操作過程中離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明的顯著效果是在熔煉前對硅切割廢漿料進(jìn)行丙酮和HNO3清洗去除有機(jī)溶劑雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)，離心、烘干后，與高純金屬料混合再熔煉，漿料中的Si與金屬熔化形成高純合金，而SiC粉體熔點(diǎn)較高，在此溫度下不能熔化，Si與金屬的高純合金冷卻凝固后形成鑄錠，從而實(shí)現(xiàn)Si與SiC的有效分離，即可滿足對Si與SiC的回收重新利用。綜上，該方法能有效將硅切割廢漿料中的Si與SiC分離出來，并回收重新利用，提高了太陽能電池用硅材料的利用率，減少了廢漿料對環(huán)境的污染，該方法具有工藝簡單，生產(chǎn)成本低，安全性能好的優(yōu)點(diǎn)。


附圖1為本發(fā)明合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。實(shí)施例1
一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，首先清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗2小時(shí)，有機(jī)溶劑包括聚乙二醇等將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗5次，后將漿料取出在烘干箱中80°C下烘干得到二次漿料粉體。然后清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為20%的願03溶液清洗10小時(shí)，二次漿料粉體中Si和SiC不與HNO3反應(yīng)，而金屬雜質(zhì)與HNO3反應(yīng)得到去除，用去離子水清洗漿料粉料，直到溶液呈中性為止，此后將漿料粉體在離心機(jī)中以2000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心30分鐘，取出后在真空度為3Pa的環(huán)境下80°C下烘干，得到三次漿料粉體。最后熔煉分離稱取純度為99. 98%的Al塊體400g與三次漿料粉體400g混合，形成混合料800g，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至7Pa，通入流動的Ar氣，加熱溫度到900°C，Si與Al熔化，保溫2小時(shí)，Si與Al熔液形成Si-Al合金，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，對合金鑄錠進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)C 元素的存在，即合金鑄錠中不存在SiC而是高純的Si-Al合金，而下部為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)了 Si與SiC的分離，對上部得到的高純Si-Al合金，可直接用于相關(guān)合金應(yīng)用領(lǐng)域，或者用較為普遍的電解法得到高純的Al和Si，高純Si可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，SiC粉體可作為磨料、 可用來做磨具、也可作為冶金脫氧劑和耐高溫材料，利用的價(jià)值較高，即實(shí)現(xiàn)回收利用Si 和 SiC0實(shí)施例2
一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，首先清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗4小時(shí)，有機(jī)溶劑包括聚乙二醇等將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗7次，后將漿料取出在烘干箱中70°C下烘干得到二次漿料粉體。然后清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為10%的HNO3溶液清洗20小時(shí)，二次漿料粉體中Si和SiC不與HNO3反應(yīng)，而金屬雜質(zhì)與HNO3反應(yīng)得到去除，用去離子水清洗漿料粉料，直到溶液呈中性為止，此后將漿料粉體在離心機(jī)中以1500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心50分鐘，取出后在真空度為5Pa的環(huán)境下60°C下烘干，得到三次漿料粉體。最后熔煉分離稱取純度為99. 99%的Cu塊體400g與三次漿料粉體600g混合， 形成混合料lOOOg，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至7Pa，通入流動的Ar氣，加熱溫度到1000°C，Si與Cu熔化，保溫2小時(shí)，Si與Cu熔液形成Si-Cu合金，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，對合金鑄錠進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)C元素的存在，即合金鑄錠中不存在SiC而是高純的Si-Cu合金，而下部為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)了 Si與SiC的分離，對上部得到的高純Si-Cu合金，可直接用于相關(guān)合金應(yīng)用領(lǐng)域，或者用較為普遍的電解法得到高純的Cu和Si，高純Si可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，SiC粉體可作為磨料、可用來做磨具、也可作為冶金脫氧劑和耐高溫材料，利用的價(jià)值較高，即實(shí)現(xiàn)回收利用 Si 和 SiC0實(shí)施例3 — 6
實(shí)施例3
一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，首先清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗3小時(shí)，有機(jī)溶劑包括聚乙二醇等將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗6次，后將漿料取出在烘干箱中60°C下烘干得到二次漿料粉體。然后清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為15%的!1而3溶液清洗20小時(shí)，二次漿料粉體中Si和SiC不與HNO3反應(yīng)，而金屬雜質(zhì)與HNO3反應(yīng)得到去除，用去離子水清洗漿料粉料，直到溶液呈中性為止，此后將漿料粉體在離心機(jī)中以2500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心30分鐘，取出后在真空度為5Pa的環(huán)境下80°C下烘干，得到三次漿料粉體。最后熔煉分離稱取純度為99. 97%的Zn粉體500g與三次漿料粉體400g混合，形成混合料900g，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至5Pa，通入流動的Ar氣，加熱溫度到700°C，Si與Zn熔化，保溫4小時(shí)，Si與Zn熔液形成Si-Zn合金，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，對合金鑄錠進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)C 元素的存在，即合金鑄錠中不存在SiC而是高純的Si-Zn合金，而下部為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)了 Si與SiC的分離，對上部得到的高純Si-Zn合金，可直接用于相關(guān)合金應(yīng)用領(lǐng)域，或者用較為普遍的電解法得到高純的Zn和Si，高純Si可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，SiC粉體可作為磨料、可用來做磨具、也可作為冶金脫氧劑和耐高溫材料，利用的價(jià)值較高，即實(shí)現(xiàn)回收利用Si
和 SiCo 實(shí)施例4
一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，首先清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗4小時(shí)，有機(jī)溶劑包括聚乙二醇等將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗7次，后將漿料取出在烘干箱中60°C下烘干得到二次漿料粉體。然后清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為25%的HNO3溶液清洗25小時(shí)，二次漿料粉體中Si和SiC不與HNO3反應(yīng)，而金屬雜質(zhì)與HNO3反應(yīng)得到去除，用去離子水清洗漿料粉料，直到溶液呈中性為止，此后將漿料粉體在離心機(jī)中以2500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心60分鐘，取出后在真空度為5Pa的環(huán)境下80°C下烘干，得到三次漿料粉體。最后熔煉分離稱取純度為99. 98%的Ti粉體300g與三次漿料粉體400g混合， 形成混合料700g，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至3Pa，通入流動的Ar氣，加熱溫度到1200°C，Si與Ti熔化，保溫5小時(shí)，Si與Ti熔液形成Si-Ti合金，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，對合金鑄錠進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)C元素的存在，即合金鑄錠中不存在SiC而是高純的Si-Ti合金，而下部為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)了 Si與SiC的分離，對上部得到的高純Si-Ti合金，可直接用于相關(guān)合金應(yīng)用領(lǐng)域，或者用較為普遍的電解法得到高純的Ti和Si，高純Si可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，SiC粉體可作為磨料、可用來做磨具、也可作為冶金脫氧劑和耐高溫材料，利用的價(jià)值較高，即實(shí)現(xiàn)回收利用 Si 和 SiC0實(shí)施例5
一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，首先清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗5小時(shí)，有機(jī)溶劑包括聚乙二醇等將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗7次，后將漿料取出在烘干箱中70°C下烘干得到二次漿料粉體。然后清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為30%的HNO3溶液清洗30小時(shí)，二次漿料粉體中Si和SiC不與HNO3反應(yīng)，而金屬雜質(zhì)與HNO3反應(yīng)得到去除，用去離子水清洗漿料粉料，直到溶液呈中性為止，此后將漿料粉體在離心機(jī)中以3000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心80分鐘，取出后在真空度為3Pa的環(huán)境下80°C下烘干，得到三次漿料粉體。最后熔煉分離稱取純度為99. 96%的Fe粉體700g與三次漿料粉體500g混合， 形成混合料1200g，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至3Pa，通入流動的Ar氣，加熱溫度到1300°C，Si與Fe熔化，保溫6小時(shí)，Si與Fe熔液形成Si-Fe合金，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，對合金鑄錠進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)C元素的存在，即合金鑄錠中不存在SiC而是高純的Si-Fe合金，而下部為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)了 Si與SiC的分離，對上部得到的高純Si-Fe合金，可直接用于相關(guān)合金應(yīng)用領(lǐng)域，或者用較為普遍的電解法得到高純的Fe和Si，高純Si可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，SiC粉體可作為磨料、可用來做磨具、也可作為冶金脫氧劑和耐高溫材料，利用的價(jià)值較高，即實(shí)現(xiàn)回收利用 Si 和 SiC0
權(quán)利要求
1.一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，其特征在于，首先將硅切割廢漿料用丙酮清洗，去除有機(jī)溶劑，烘干后得到二次漿料粉體，將二次漿料粉體用HNO3溶液清洗，去除金屬雜質(zhì)，然后離心、在一定真空環(huán)境下烘干后得到三次漿料粉體，最后將三次漿料粉體與高純金屬料混合形成混合料，將混合料置于真空熔煉爐中一定溫度下熔煉，冷卻后得到的鑄錠為金屬與硅的合金，未熔化的為SiC粉體，從而實(shí)現(xiàn)Si與SiC的分離，并得到回收利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，其特征在于， 所述一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，具體步驟如下第一步清洗去除有機(jī)溶劑將硅片切割后的廢漿料置于丙酮溶液中清洗2-5小時(shí)，有機(jī)溶劑將溶解于丙酮溶液中而得到去除，用去離子水清洗5-7次，后在烘干箱中60-80°C下烘干得到二次漿料粉體；第二步清洗去除金屬雜質(zhì)將二次漿料粉體用質(zhì)量濃度為10-30%的HNO3溶液清洗10-30小時(shí)，去除金屬雜質(zhì)，用去離子水清洗直至溶液呈中性為止，此后在離心機(jī)離心 10-100分鐘，取出后在3-lOPa的真空環(huán)境中60-80°C下烘干得到三次漿料粉體；第三步熔煉分離稱取高純金屬料與三次漿料粉體混合，形成混合料，將混合料置于真空熔煉爐中，抽取真空至2-7Pa，后通入流動的Ar氣，將混合料加熱到600-1700°C之間，保溫2-6小時(shí)，停止加熱，冷卻凝固后得到的鑄錠為金屬與硅的高純合金，未熔化的為SiC粉體，即實(shí)現(xiàn)Si與SiC的分離，并可回收利用Si和SiC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，其特征在于，所述的高純金屬料采用Cu、Zn、Al、Sn、Fe或Ti，其純度為99. 9%以上，可以是塊體或粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，其特征在于，所述高純金屬料與三次漿料粉體的質(zhì)量比為0. 5-4. 0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，其特征在于，所述離心操作過程中離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于硅廢漿料回收的技術(shù)領(lǐng)域。一種合金法從廢漿料中回收Si和SiC的方法，首先將硅切割廢漿料用丙酮清洗，去除有機(jī)溶劑，烘干后得到二次漿料粉體，將二次漿料粉體用HNO3溶液清洗，去除金屬雜質(zhì)，然后離心、在一定真空環(huán)境下烘干后得到三次漿料粉體，最后將三次漿料粉體與高純金屬料混合形成混合料，將混合料置于真空熔煉爐中一定溫度下熔煉，冷卻后得到的鑄錠為金屬與硅的合金，未熔化的為SiC粉體，從而實(shí)現(xiàn)Si與SiC的分離，并得到回收利用。本發(fā)明方法能有效將硅切割廢漿料中的Si與SiC分離出來，并回收重新利用，提高了太陽能電池用硅材料的利用率，減少了廢漿料對環(huán)境的污染，該方法具有工藝簡單，生產(chǎn)成本低，安全性能好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C01B33/037GK102219220SQ20111015213
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者李亞瓊, 李佳艷, 王浩洋, 譚毅 申請人:大連理工大學(xué)