專利名稱：一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種廢水處理，尤其是涉及一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置。
背景技術：
隨著半導體工業(yè)的快速發(fā)展，高純晶體硅材料得到了廣泛應用，其中晶體硅是先被拉成單晶硅棒，然后切割成硅片用于制造芯片。近年來，隨著全球石油、煤炭等能源日益緊張，太陽能逐漸成為本世紀最重要的新能源，全球的太陽能產業(yè)進入了高速發(fā)展期，制備太陽能電池時，需要將高純硅鑄成晶硅錠，然后切割成硅片，不管是半導體工業(yè)所用的單晶硅還是太陽能電池所用的多晶硅，都需要將高純的晶體硅切割成硅片，在切割過程中，從理論上計算會有44%的晶體硅被切磨為高純硅粉進入到了切割料漿中，而實際加工過程中會有高達50% 52%的晶體硅以硅粉的形式損失掉了。不論是用于電子級的單晶硅還是用于太陽能級的多晶硅都需要通過大量的能耗和高昂的成本制得。因此，隨著半導體工業(yè)的穩(wěn)步向前和太陽能產業(yè)的跳躍式發(fā)展，全球需要切割加工單晶硅和多晶硅的總量出現(xiàn)跳躍式增長，切割加工過程中產生的廢料漿也逐年的顯著增長。另一方面，隨著硅片切割行業(yè)的重新洗牌以及利潤的持續(xù)下降，硅片切割企業(yè)不約而同地打起來控制生產過程，降低生產成本的主意。如果能將廢料漿中的高純硅、聚乙二醇和碳化硅進行綜合回收利用，將會減少環(huán)境污染，提高資源的利用率，特別是如能將切割廢水中的硅粉得以有效地回收并再用于制造太陽能電池，對緩解我國太陽能多晶硅緊缺、減少多晶硅的進口量是很有意義的，這將產生可觀的經濟效益和社會效益，所以硅切割廢水中原料的回收項目受到國內切片廠的大力追捧，硅切割廢水回收企業(yè)一時間遍地開花。對于單晶硅和多晶硅切割廢水的回收方法與工藝，研究人員也做了大量工作，申請了相關的專利。但是，在切割廢水的回收方法中，大部分都是回收料漿中的聚乙二醇和碳化硅，而對于料漿中硅粉的回收方法還不夠成熟。對于硅粉的回收，目前，比較常用的工藝是將化工和礦業(yè)加工技術相融合，結合材料加工的特點，利用離心分離分散、化學清洗、 絮凝、萃取等分離原理和方法，將切割廢水中的雜質清除，而回收硅粉。例如，中國專利ZL 200710018636. 9公開了一種從切割廢砂漿中回收硅粉和碳化硅粉的方法，它是通過有機溶劑去除廢料中的懸浮劑和粘結劑，對固態(tài)砂料進行氣體浮選，得到一定純度的硅粉末，進一步對該硅粉末進行液體浮選和重力分選，再將分選出的硅粉進行酸洗，獲得高純度的硅粉的方法。中國專利ZL200810118666. 1公開了一種從磨削廢液中提取硅粉的方法，它是往磨削廢液加鹽酸，控制pH在1. 0 6. 0，鹽酸濃度為0. 1 % 37 %，鹽酸溫度為15 60°C， 經靜置、分離、干燥而回收硅粉的方法。中國專利ZL 200910155689. 4公開了一種從切割廢砂漿中回收多晶硅錠、碳化硅粉和聚乙二醇的方法，它是將制得的硅微粉與助熔劑按照重量比1 0. 5 5混合制團塊，在高溫真空爐中進行高溫處理，處理溫度范圍為1450 1800°C，處理時間范圍在1 IOh ；然后將高溫處理后的熔融態(tài)高純硅進行定向凝固，得到多晶硅錠。然而，利用這些方法雖然都能回收硅粉，但其應用仍有一定的局限。主要問題有(1)回收工藝中廢水的處理工藝不合理在硅粉回收過程中，要產生大量廢水，目前還沒有幾個企業(yè)做到達標或零排放。(2)經濟成本高化學清洗、萃取、或是加入助熔劑高溫處理對硅粉進行回收，這些方法要么加入大量的化學藥劑，要么所需的能耗及高，雖然能夠實現(xiàn)回收硅粉的目的，但是運行成本，從經濟合算的標準衡量，仍然不盡如人意，在硅切割廢水中回收硅粉無法實現(xiàn)規(guī)?；?。(3)回收工藝中產生的二次污染問題在硅切割廢水中廢水的再生利用處理過程中加入絮凝劑，對廢水中的膠體物、固體顆粒進行沉淀，這不僅增加運行成本，而且對環(huán)境造成一定的污染，增加后續(xù)處理的難度，不環(huán)保。綜上所述，單晶和多晶硅都是通過高能耗高成本得到的，且我國大部分單晶和多晶硅是依賴進口，所以切割廢水中硅粉的回收價值遠高于碳化硅和聚乙二醇，在切割過程中，50%的晶體硅以硅粉的形式進入切割廢水中損失掉，研究開發(fā)適合中國經濟現(xiàn)狀和發(fā)展水平的安全、可靠、高效、低能耗、低投資、低成本的硅切割廢水中硅粉和廢水回收利用的裝置及方法，有效地回收切割廢水中的硅粉，不僅能夠變廢為寶、提高資源利用率、降低硅片的成本，而且能緩解廢水產生的環(huán)境污染問題，并對緩解我國硅原料緊缺、減少硅原料的進口量有重要社會意義和商業(yè)價值。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有硅切割廢水中硅粉和廢水回收利用技術存在的問題，克服現(xiàn)有從硅切割廢水中回收硅粉所產生的投資大、運行成本高、對環(huán)境產生二次污染和不能實現(xiàn)廢水達標或零排放等缺陷，提供一種將電解技術、離心分離技術和過濾技術相結合的硅加工廢水中硅粉回收利用裝置。本實用新型設有電解系統(tǒng)、離心分離系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)；所述電解系統(tǒng)用于硅切割廢水的電解和沉淀處理，通過電解氧化分解廢水中的有機物，大幅度降低C0D，同時在電場作用下，改善廢水沉降條件，加速廢水廢水沉降；所述電解系統(tǒng)設有截止閥、供水泵、電解機和緩沖罐；截止閥的進口外接硅切割廢水排出口，供水泵的進口接截止閥的出口，供水泵的出口接電解機的進口，電解機的出口接緩沖罐的進口， 緩沖罐的出口與離心分離系統(tǒng)聯(lián)接；所述離心分離系統(tǒng)用于將廢水中的硅粉快速沉降分離；所述離心分離系統(tǒng)設有截止閥、供水泵、離心機、硅粉收集罐和廢水貯罐；截止閥的進口接電解系統(tǒng)緩沖罐的廢水出口，截止閥的出口聯(lián)接供水泵的進口，供水泵的出口與離心機的進口聯(lián)接，離心機的沉淀出口與硅粉收集罐聯(lián)接，離心機的廢水出口與廢水貯罐聯(lián)接；所述干燥系統(tǒng)用于將離心分離所得的硅粉干燥；所述過濾系統(tǒng)用于將離心分離系統(tǒng)所得的廢水進行過濾、分離處理得再生回用水；所述過濾系統(tǒng)設有截止閥、水泵、過濾裝置、三通、反洗泵和再生循環(huán)水貯罐；截止閥的進口接離心分離系統(tǒng)廢水貯罐的出口，截止閥的出口接水泵的進口，水泵的出口接過濾裝置的進口，過濾裝置的出口接三通的進口，三通的兩個出口分別接反洗泵和再生循環(huán)水貯罐。所述電解機的陽極為惰性電極，所述陽極的基板可為鈦基板或塑料基板等，所述基板的表層可覆蓋有貴金屬氧化物涂層；所述電解機的電解槽內的陰極材料可為石墨、鈦、 鐵、鋁、鋅、銅、鉛、鎳、鉬、鉻、金屬的合金等中的一種；所述電解機的相鄰兩電極極板的工作電壓可為2 18V，最佳運行工作電壓為3 8V ；電解機的工作電流密度可為5 200mA/ cm2，最佳電流密度為30 120mA/cm2。所述干燥系統(tǒng)可采用窯式干燥機、鼓風干燥機、真空干燥機、冷凍干燥機等中的一種。采用本實用新型進行硅加工廢水中硅粉的回收利用的方法包括以下步驟1)電解將硅切割廢水經供水泵提取后，輸入電解機中進行電解后，進入緩沖罐， 得電解絮凝廢水；所述硅切割廢水是指高純的晶體硅在切割成硅片的過程中產生的廢水， 廢水中硅粉含量為60 200mg/L，廢水COD彡100mg/L ；所述電解是將硅切割廢水經過電解使之生成初生態(tài)的羥基[0H]和初生態(tài)的氧[0]，用以氧化分解廢水中的有機物，同時，在電場作用下使廢水中的懸浮物、膠體、帶電微粒凝聚形成較大顆粒；所述電解機的電解槽內安裝納米催化陽極材料，其表層有晶粒為10 35nm的金屬氧化物惰性催化涂層，這種電極具有較高的電催化反應活性和穩(wěn)定性，可以大幅度降低電解的過電位，其工作電壓可為2 250V，相鄰兩個電極間的電壓為2 18V，相鄰兩個電極間的最佳電壓為3 8V,電流密度為5 200mA/cm2，最佳為電流密度為30 120mA/cm2，廢水在電解機內的停留時間為3 15min，硅切割廢水經過電解后經閥門進入離心分離系統(tǒng)。2)離心分離將經過電解系統(tǒng)處理所得的凈化廢水經管道進入離心分離系統(tǒng)，借助離心機旋轉所產生的離心力，使不同大小和不同密度的物質分離開來，得硅粉沉淀物和廢水；所述離心分離系統(tǒng)中離心機的運行轉速可為1000 15000rpm，運行時間可為30 300s，最佳運行轉速可為1500 3000rpm，最佳運行時間可為30 150s。3)干燥將離心分離系統(tǒng)所得的硅粉沉淀物置于干燥機，經過干燥降低硅粉沉淀物中的含水率，得硅粉成品；4)過濾將離心分離系統(tǒng)所得的廢水經水泵提升進入過濾裝置中，對廢水進行過濾分離，過濾產生的濾液進入到回用水貯罐中得回用水。所述過濾裝置可為多介質過濾裝置或微濾過濾裝置等；所述多介質過濾裝置的濾料可為石英砂、無煙煤和卵石，過濾速度可為7. 5 20m/h。多介質過濾裝置工作壓力彡0. 6MPa，0. 04MPa彡進水水壓彡0. 4MPa，反沖洗進水水壓彡0. 15MPa，進出口壓差為0. 01 0. 015MPa,反沖洗強度為4 25L/ (s ·ι )，反沖洗歷時3 7min，反洗膨脹率為40% 50% ；所述對廢水進行過濾分離的條件可為工作壓力彡0. 6MPa，0. 04MPa彡進水水壓彡0. 4MPa,反沖洗進水水壓彡0. 15MPa。本實用新型是將硅切割廢水進行深度處理，變廢為寶，在切割廢水中回收硅粉成品的同時凈化廢水，使得廢水再生循環(huán)利用的裝置及方法。該發(fā)明設備簡單，運行成本低， 不產生二次污染，而回收的硅粉成品還可以重新利用，再生回用水也可以循環(huán)利用到生產工藝中去，不僅能夠提高資源利用率，還能緩解廢水產生的環(huán)境污染問題，提高經濟效益， 特別是采用該方法可以將硅切割廢水中最有價值的硅粉回收并再利用，可以減少對原料的消耗，這對緩解我國硅原料緊缺、減少硅原料的進口量有重要意義和商業(yè)價值。采用該技術路線解決了現(xiàn)有硅切割廢水中硅粉和廢水回收利用的難題，具有如下優(yōu)勢1)采用電解具有如下突出效果(1)在電流作用下，電解產生的初生態(tài)的羥基和初生態(tài)的氧[0]使殘留于污水中有機物氧化分解，快速降低C0D，提高污水的可生化性。(2)使廢水中的懸浮物、膠體、帶電微粒在電場作用下凝聚形成較大顆粒，加速沉淀，并提高后續(xù)離心分離系統(tǒng)的分離效率。[0020]2)降低廢水COD總排放量，大幅提高廢水可生化性傳統(tǒng)的生化末端加膜過濾技術，雖然可以實現(xiàn)部分中水回用，但不能降低污水COD的總排放量，本實用新型電解產生的初生態(tài)的羥基[0H]和初生態(tài)的氧[0]使有機物氧化分解，不但大幅度降低污水COD的總排放量，而且提高廢水的可生化性；3)回用水率高、基本實現(xiàn)零排放在硅粉回收過程中，不僅不產生新的廢水，而且能同時凈化廢水，廢水的回用率高達80% 95%，回用水可直接循環(huán)利用到生產工藝中去，排放污水少，基本實現(xiàn)零排放，解決了廢水排放產生的環(huán)境污染問題；4)經濟成本低采用電解技術和離心分離技術對硅切割廢水中的硅進行回收利用，不用加入大量的清洗、萃取化學藥劑，或消耗巨大的能耗，成本較低，經濟上較為合算。5)不產生二次污染在硅切割廢水中廢水的再生利用處理過程中不需要加入絮凝劑等化學物質，不僅節(jié)省成本，而且節(jié)約物質消耗和不產生二次污染。6)利用離心機對硅切割廢水進行固_液分離處理，可以大大縮短了硅粉在廢水中自然沉降分離的距離，使分離速度加快，提高分離效率，同時改善了分離的效果。

圖1為本實用新型實施例的結構組成示意圖。
具體實施方式
本實用新型是在對現(xiàn)有硅切割廢水的成份、性質和現(xiàn)有處理方案進行深入系統(tǒng)的對比研究之后完成的對硅切割廢水中硅粉和廢水回收利用工藝的設計，通過電解系統(tǒng)、離心分離系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)等工藝的組合運用，從而形成一種硅切割廢水中硅粉和廢水回收利用裝置及方法。下面實施例將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。參見圖1，本實用新型實施例設有電解系統(tǒng)電解系統(tǒng)用于電解處理，電解系統(tǒng)設有截止閥11、供水泵12、電解機13 和緩沖罐14。截止閥11的進口外接硅切割廢水排出口 P，供水泵12的進口接截止閥11的出口，供水泵12的出口接電解機13的進口，電解機13的出口接緩沖罐14的進口，緩沖罐 14的出口經截止閥與離心分離系統(tǒng)聯(lián)接。離心分離系統(tǒng)離心分離系統(tǒng)用于將電解所得的凈化污水進行離心分離處理，得到硅粉沉淀物和廢水。離心分離系統(tǒng)設有截止閥21、供水泵22、離心機23、硅粉收集罐24、 截止閥25、廢水貯罐26 ；截止閥21的進口接電解系統(tǒng)凈化廢水的出口，凈化廢水經過供水泵22進入離心機23進行離心分離得硅粉沉淀物和廢水；產生的硅粉沉淀物收集到硅粉收集罐24中，硅粉收集罐24的出口接干燥系統(tǒng)的進口 ；而產生的廢水收集到廢水貯罐26中， 廢水貯罐26的出口接過濾系統(tǒng)的進口。干燥系統(tǒng)干燥系統(tǒng)用于干燥離心分離系統(tǒng)所得的硅粉沉淀物得硅粉成品。干燥系統(tǒng)設有干燥機31，干燥機31的進口聯(lián)接離心分離系統(tǒng)中硅粉收集罐24的出口。過濾系統(tǒng)過濾系統(tǒng)用于將離心分離系統(tǒng)所得的廢水進行過濾、分離處理得再生回用水。過濾系統(tǒng)設有截止閥41、水泵42、過濾裝置43、截止閥44、三通45、截止閥46、反洗泵47、截止閥48、再生循環(huán)水貯罐49 ；截止閥41的進口接離心分離系統(tǒng)廢水貯罐28的出口，廢水經水泵42進入過濾裝置43，過濾裝置的出口經三通45分成兩路，一路經截止閥 44與再生循環(huán)水貯罐49聯(lián)接；另一路依次經截止閥46、反洗泵47、截止閥48與再生循環(huán)水貯罐49聯(lián)接。以下結合圖1給出硅加工廢水中硅粉的回收利用方法的具體實施例。實施例11000噸/日硅切割廢水中硅粉和廢水回收利用工程。所述硅切割廢水的水質情況如表1所示。表1硅切割廢水的水質情況
權利要求1.一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置，其特征在于設有電解系統(tǒng)、離心分離系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)；所述電解系統(tǒng)用于硅切割廢水的電解和沉淀處理，所述電解系統(tǒng)設有截止閥、供水泵、 電解機和緩沖罐；截止閥的進口外接硅切割廢水排出口，供水泵的進口接截止閥的出口，供水泵的出口接電解機的進口，電解機的出口接緩沖罐的進口，緩沖罐的出口與離心分離系統(tǒng)聯(lián)接；所述離心分離系統(tǒng)用于將廢水中的硅粉快速沉降分離；所述離心分離系統(tǒng)設有截止閥、供水泵、離心機、硅粉收集罐和廢水貯罐；截止閥的進口接電解系統(tǒng)緩沖罐的廢水出口， 截止閥的出口聯(lián)接供水泵的進口，供水泵的出口與離心機的進口聯(lián)接，離心機的沉淀出口與硅粉收集罐聯(lián)接，離心機的廢水出口與廢水貯罐聯(lián)接；所述干燥系統(tǒng)用于將離心分離所得的硅粉干燥；所述過濾系統(tǒng)用于將離心分離系統(tǒng)所得的廢水進行過濾、分離處理得再生回用水；所述過濾系統(tǒng)設有截止閥、水泵、過濾裝置、三通、反洗泵和再生循環(huán)水貯罐；截止閥的進口接離心分離系統(tǒng)廢水貯罐的出口，截止閥的出口接水泵的進口，水泵的出口接過濾裝置的進口，過濾裝置的出口接三通的進口，三通的兩個出口分別接反洗泵和再生循環(huán)水貯罐。
2.如權利要求1所述的一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置，其特征在于所述電解機的陽極為惰性電極，所述陽極的基板為鈦基板或塑料基板；所述基板的表層覆蓋有貴金屬氧化物涂層。
3.如權利要求1所述的一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置，其特征在于所述電解機的相鄰兩電極極板的工作電壓為2 18V ；電解機的工作電流密度為5 200mA/cm2。
4.如權利要求3所述的一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置，其特征在于所述電解機的相鄰兩電極極板的工作電壓為3 8V ；電解機的工作電流密度為30 120mA/cm2。
5.如權利要求1所述的一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置，其特征在于所述干燥系統(tǒng)選自窯式干燥機、鼓風干燥機、真空干燥機、冷凍干燥機中的一種。
專利摘要一種硅加工廢水中硅粉回收利用裝置，涉及一種廢水處理。提供一種將電解技術、離心分離技術和過濾技術相結合的硅加工廢水中硅粉回收利用裝置及其方法?；厥绽醚b置設有電解系統(tǒng)、離心分離系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)；所述電解系統(tǒng)設有截止閥、供水泵、電解機和緩沖罐；所述離心分離系統(tǒng)設有截止閥、供水泵、離心機、硅粉收集罐和廢水貯罐；所述干燥系統(tǒng)用于將離心分離所得的硅粉干燥；所述過濾系統(tǒng)設有截止閥、水泵、過濾裝置、三通、反洗泵和再生循環(huán)水貯罐。
文檔編號C01B33/021GK202164124SQ201120201409
公開日2012年3月14日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權日2011年6月15日
發(fā)明者張世文 申請人:波鷹(廈門)科技有限公司