一種晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硅材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球的石油和煤炭等化學(xué)能源日益緊張，環(huán)境問題日加突出，太陽能因取之不盡、用之不竭、清潔安全等優(yōu)勢而成為人類解決能源危機(jī)、環(huán)境污染和全球變暖的首選新能源，隨著世界各國政府的鼓勵政策，太陽能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時期。目前太陽能電池主要是以晶體硅為主要材料，太陽能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使得晶體硅的需求量迅速增加。
[0003]制造太陽能電池的過程是，將太陽能級的晶體硅進(jìn)行鑄錠后開方切片，或者是將太陽能級晶體硅拉成單晶硅然后切片，然后將晶體硅片制備成太陽能電池。晶體硅的切割分為兩種方法:一種是采用碳化硅微粉作為刃料、聚乙二醇液體為分散和冷卻介質(zhì)，用鋼絲帶動碳化硅砂漿將晶體硅切磨成硅片;一種是將金剛石電鍍或者樹脂粘結(jié)到鋼絲上制成金剛石線，然后用金剛石線將晶體硅切割成晶體硅片。無論是用那種方法切割，都會有高達(dá)約50%左右的晶體硅被切磨成超細(xì)硅粉進(jìn)入到切割廢料漿中損失掉了。隨著晶體硅片的需求量的增加，由此產(chǎn)生的切割廢料漿也將逐年顯著增長。如能將切割廢料漿中的晶體硅粉進(jìn)行回收，并用于制備工業(yè)硅、高純硅和太陽能級晶體硅，不僅顯著地降低了環(huán)境污染、而且也促進(jìn)了資源的再利用，此外，還間接地大幅度降低了太陽能的電池成本，這對促進(jìn)太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極作用。
[0004]關(guān)于用碳化硅砂漿切割晶體硅產(chǎn)生的廢料的回收和利用方面，相關(guān)專利為:一種用晶體硅切割廢料電熱冶金制備太陽能多晶硅的方法，授權(quán)號為CN103086378A; —種晶體硅切割廢料氮化反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的工藝，授權(quán)號為CN102275925A;由單晶硅和多晶硅切割廢料中回收硅和碳化硅的方法，授權(quán)號為CN101941699A; —種從單/多晶硅切割料漿中回收太陽能級多晶硅的方法，授權(quán)號為CN101671022B。
[0005]本文就是針對第二種晶體硅切割方法，即用金剛石線切割晶體硅產(chǎn)生的廢料漿的回收和利用方面提出的專利申請。晶體硅金剛石線切割廢料漿中硅粉含量高，雜質(zhì)含量低。如能將廢料漿中的高純硅粉進(jìn)行回收和并用于制備工業(yè)硅、高純硅和太陽能級晶體硅，這不僅大幅度減少了環(huán)境污染，而且變廢為寶，這對促進(jìn)太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法。用晶體硅金剛石線切割廢料漿制備不同純度的硅產(chǎn)品。硅產(chǎn)品按照純度分為工業(yè)硅(硅含量為97.0wt %?99.9wt%)、高純硅(硅含量為99.9wt %?99.999wt % )和太陽能級晶體硅(硅含量I 99.9999wt % ) ο在本發(fā)明主要是通過固液分離、凈化除雜、壓制球團(tuán)、高溫熔煉和定向凝固得到合格的不同純度的硅產(chǎn)品，實現(xiàn)金剛石線切割廢料漿的高效回收和再利用。
[0007]一種晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟I，將晶體硅金剛石線切割廢料漿進(jìn)行固液分離，得到固體物料；
[0009]步驟2，按重量比，酸液:固體物料=(5?20):1，將固體物料進(jìn)行酸洗，得到凈化物料;其中，酸液為鹽酸或/和硫酸，酸液的重量濃度為5?30wt% ；
[0010]步驟3，將凈化物料水洗至PH值為6?7后，再進(jìn)行固液分離得到水洗物料;其中，水洗物料的含水率< 30wt% ;
[0011 ] 步驟4，按重量比，水洗物料:高純碳粉:粘結(jié)劑= 1:(0?20%):(0.5?2.5%)，進(jìn)行配料，混合均勻后，壓制成團(tuán)塊;其中，壓制方法采用常規(guī)壓制或真空壓制方法，壓制壓力為0.2?500MPa;
[0012]步驟5，將團(tuán)塊烘干，烘干后的團(tuán)塊含水率<5wt % ;其中，烘干溫度為50?200°C，烘干時間為2?12h;
[0013]步驟6，將烘干后的團(tuán)塊，在高于1430°C的條件下，進(jìn)行熔煉，制成工業(yè)硅塊或高純娃塊；
[0014]步驟7，在真空度< lOOOPa、溫度>1450°C、冷卻速率< 200mm/min條件下，將工業(yè)硅塊或高純硅塊進(jìn)行定向凝固，出爐冷卻后將硅錠底部和頂部雜質(zhì)切除，得到高純硅或太陽能級晶體娃。
[0015]所述的步驟I中，晶體硅是指制備太陽能電池用的太陽能級多晶硅和單晶硅;切割廢料漿是指用金剛石線切割晶體硅產(chǎn)生的廢料漿；晶體硅金剛石線切割廢料漿成分，按質(zhì)量百分含量為:水料為5?20wt %，固體物料為80?95wt % ;其中，水料為水和分散劑，固體物料成分按質(zhì)量百分含量為:硅為86?99wt%，二氧化硅為O?10wt%，F(xiàn)e為I?3wt%，游離碳為O?lwt% ；
[0016]所述的步驟I中，固液分離采用重力沉降或板框壓濾的方式，其中，重力沉降的時間為4?I Oh，板框壓濾的進(jìn)料壓力為0.5?I.5MPa ；
[0017]所述的步驟2中，酸洗采用常規(guī)酸洗或者超聲酸洗，除去固體物料中的鐵和氧化鐵雜質(zhì)，常規(guī)酸洗的時間為2?6h ；超聲酸洗的條件為:頻率45?200kHz，酸洗時間為0.5?4h ；
[0018]所述的步驟2中，酸液為鹽酸和硫酸時，按質(zhì)量比，鹽酸:硫酸=(I?2): (I?3);
[0019]所述的步驟3中，固液分離的方式為真空抽濾或加壓過濾，其中，真空抽濾的真空度為0.01?0.05MPa ；加壓過濾的壓力為0.3?IMPa ；
[0020]所述的步驟4中，碳粉的純度?99%，粒度為20μπι?50μπι;團(tuán)塊的形狀:長軸為30?80mm、短軸為10?20mm橢圓形;粘結(jié)劑為水和/或纖維素，粘結(jié)劑為水和纖維素時，按質(zhì)量比，水:纖維素=(I?2): (I?2);
[0021]所述的步驟6中，采用真空感應(yīng)爐、常壓感應(yīng)爐、電弧爐或電阻爐進(jìn)行熔煉，其中，采用真空感應(yīng)爐時，熔煉真空度為0.1?1Pa，熔煉溫度為1450°C?1600°C，保溫時間為0.5?2h;采用常壓感應(yīng)爐時，熔煉溫度為1430°C?2000°C，保溫時間為I?3h;采用電弧爐時，熔煉溫度為1600°C?3000°C，保溫時間為I?3h;采用電阻爐時，熔煉溫度為1500°C?2500°C，保溫時間為2?5h;
[0022]所述的步驟6中加入的高純碳粉發(fā)生如下反應(yīng):
[0023]Si02+2C = Si+2C0T
[0024]所述的步驟6中，工業(yè)硅塊中硅含量為97.0?99.9wt%，高純硅塊中硅含量為99.9~99.999wt% ;
[0025]所述的步驟7中，高純硅中硅含量為99.9?99.999wt%，太陽能級晶體硅中硅含量> 99.9999wt% ο
[0026]本發(fā)明的一種晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法的特點和有益效果是:
[0027]本發(fā)明針對用金剛石線切割晶體硅產(chǎn)生的廢料漿，通過采用固液分離、凈化除雜、壓制球團(tuán)、高溫熔煉和定向凝固即可得到工業(yè)硅、高純硅或者太陽能級晶體硅。這就將晶體硅金剛石線切割廢料漿中的高純硅粉進(jìn)行有效回收利用，減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)了變廢為寶，降低了晶體硅生產(chǎn)成本。該方法具有流程短、能耗低、污染小、回收率高、簡單易行等優(yōu)點，并且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明實施例的晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明實施例的晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法的工藝流程圖如圖1所示。
[0030]實施例1
[0031]本實施例中，晶體硅金剛石線切割廢料漿成分，按質(zhì)量百分含量為:水料為5wt%，固體物料為95wt% ;其中，水料成分按質(zhì)量比為水:分散劑=1:1，固體物料成分按質(zhì)量百分含量為:娃為86wt%，二氧化娃為10wt%，F(xiàn)e為3wt%，游離碳為lwt%。
[0032]—種晶體硅金剛石線切割廢料漿回收再利用的方法，包括以下步驟:
[0033]步驟I，將晶體硅金剛石線切割廢料漿進(jìn)行固液分離，得到固體物料；固液分離采用重力沉降的方式，其中重力沉降的時間為4h;
[0034]步驟2，按重量比，酸液:固體物料=20:1，將固體物料進(jìn)行酸洗，得到凈化物料;酸洗采用超聲酸洗，所用的酸為重量濃度為5wt %的硫酸，超聲酸洗的條件為:頻率45kHz，酸洗時間為4h;
[0035]步驟3，將凈化物料水洗至PH值為6后，再進(jìn)行固液分離得到水洗物料;其中，水洗物料的含水率< 30wt% ;其中，固液分離的方式為真空抽濾，真空抽濾的真空度為0.0lMPa，時間為2h;
[0036]步驟4，按重量比，水洗物料:高純碳粉:粘結(jié)劑=1:10%:2.5%，進(jìn)行配料，混合均勻后，壓制成長軸為30mm，短軸為1mm的橢圓形團(tuán)塊;其中，高純碳粉的純度之99%，粒度為20μπι;粘結(jié)劑為水;壓制方法采用常規(guī)壓制，壓制壓力為500MPa;
[0037]步驟5，將團(tuán)塊烘干，烘干后的團(tuán)塊含水率<5wt% ;其中，烘干溫度為50°C，烘干時間為12h;
[0038]步驟6，將烘干后的團(tuán)塊，采用真空感應(yīng)爐，在真空度為1Pa下，熔煉溫度為1600°C，保溫0.5h，進(jìn)行熔煉，制成硅含量為97.0wt %的工業(yè)硅塊；
[0039]步驟7，在真空度為lOOOPa、溫度為1500°C、冷卻速率為200mm/min條件下，將工業(yè)硅塊進(jìn)行定向凝固，出爐冷卻后將硅錠底部和頂部雜質(zhì)切除，得到硅含量為