CN102399619A - 一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，该方法包括了匀浆、旋流分离、压滤分离、精细过滤和离子交换、脱水浓缩等步骤。本发明工艺通过均匀剂的使用，大幅度降低了稀释水的用量，在达到匀浆和降低体系粘度等目的的同时，使得废砂浆体系中的高分子聚合物得以解链，使得废砂浆体系中的团聚物得以分散。所用均匀剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种，其往往就是晶硅切割液产品的必须组份，上述均匀剂在切割液组份中的富集不会对后续的产品配制和循环应用带来不利影响。本发明工艺的晶硅切割废砂浆中切割液组份的资源化回收率可达到94％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶硅切割废砂浆的资源化回收方法，特别是涉及一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法。其应用领域主要是光伏行业晶硅切割废砂浆、电子行业晶硅切割废砂浆的资源化回收和利用。本发明中从废砂浆中回收得到的切割液组份经过配制后可回用于硅材料的线切割加工。
背景技术
硅片是发展太阳能产业的重要基础。随着全球范围内太阳能产业的迅速发展，硅片需求量和加工量集聚增长。根据行业统计数据，中国硅片产能自2008年起已稳居全球首位，2010年国内硅片总产能近14GW，已占全球总产能50％以上。
线切割是目前国际上硅片生产的通行方式。线切割加工的过程有赖于晶硅切割液(又称切削液、悬浮液)、碳化硅微粉(又称磨料、切割砂)的配合使用，同时会伴生大量的晶硅切割废砂浆。切割液主要成分为聚乙二醇(PEG)、表面活性剂等，其在晶硅切割加工过程起到分散剂的作用，使得碳化硅在切割过程中分布均匀，并带走切割过程产生的大量摩擦热量。
根据国内硅片企业的平均工艺水平，1MW硅片约需耗用12吨晶体硅；每切割1吨晶体硅约需要使用3.0吨碳化硅微粉和3.2吨晶硅切割液，并在切割过程中产生约7.6～7.9吨切割废砂浆。根据2010年国内硅片产业的统计数据，预期2012年，国内硅片企业年需碳化硅微粉约115.2万吨、晶硅切割液约122.88万吨，年产生切割废砂浆总量约300万吨。
切割废砂浆的主要成分为切割液组份、碳化硅、硅粉以及金属杂质。就其组成物而论，废砂浆中富含大量的宝贵资源；碳化硅粉料属国家明令宏观调控的高能耗产品，其制造加工过程中需要消耗大量的能源；切割液的主要组分为聚乙二醇等石化提炼物，其生产过程本身也存在消耗石油、能源以及环境污染问题。国内硅片行业目前年产生百万吨级数量的废砂浆，若得不到妥善处置将造成严重的资源浪费，对环境造成重大污染，并直接导致硅片切割辅料成本难以降低。
通过废砂浆的资源化回收得到相应资源性组份，再经深加工得到资源再生产品，并循环应用到切割加工过程中去，是目前国内光伏切割辅料行业中的一个产业热点。国内多数废砂浆回收产业普遍存在工程技术储备不足，资源回收利用率偏低，再生品应用性能较差等情况，尤其是存在工艺废弃物比例过高的情况，在资源浪费的同时也给环境造成一定的二次影响。
发明内容
本发明的目的在于实现一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，以便进一步用于配制资源再生型晶硅切割液产品，从而回用于硅材料的线切割加工。
本发明的目的是这样实现的：一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)匀浆：在晶硅切割废砂浆中加入均匀剂，按重量配比每100份晶硅切割废砂浆，均匀剂2～20份、水30～500份；所述均匀剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；控制搅拌速度50～200r/min；匀浆温度为室温或50-80℃，匀浆时间0.5～5.0小时；
(2)旋流分离：通过旋流分离器将匀浆后的砂浆物料进行旋流分离，砂浆物料的进料方式采用连续或间歇进料方式；旋流分离温度为室温或50-80℃；轻相悬浮液通过上溢出口不断排出，收集后用于(3)的压滤分离；重相浆料在下溢出口不断富集，对旋流分离器下溢出口不断的重相浆料进行取样检测，当重相浆料体系中Si∶SiC的重量百分比达到1∶15～1∶100时，通过下溢出口不断收集重相浆料，保持所收集所得重相浆料中Si∶SiC的重量百分比介于1∶15～1∶100之间，所得重相浆料B用于回收碳化硅组份；
(3)压滤分离：将轻相悬浮液进行压滤，得到滤液和滤渣；压滤分离温度为室温或50-80℃；不断收集滤渣，所得压滤固态料C用于回收硅粉组份；所得滤液中10～50％(v/v)循环补充到(2)中所述旋流分离器中，不断收集其余50～90％滤液(v/v)，所得压滤滤液A用于回收切割组份；
(4)精细过滤和离子交换：将压滤滤液A通过精密过滤器和离子交换器进行净化处理；
(5)脱水浓缩：将经净化处理后的压滤滤液A通过脱水装置进行脱水，得到切割液组份。
本发明所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：晶硅切割废砂浆包括光伏行业的晶硅切割废砂浆和电子行业的晶硅切割废砂浆。
本发明所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的精密过滤器包括精密板框过滤器、PAE精密过滤器、层叠式精密过滤器、微孔滤芯过滤器、滤膜精密过滤器中的一种或几种组合；过滤形式包括滤渣收集式或滤渣自排放式。
本发明所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的离子交换器包括钠离子交换器、阴阳离子交换床、混合离子交换床中的一种或几种组合。
本发明所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：步骤(5)中所述脱水装置包括单效蒸发浓缩设备、多效蒸发浓缩设备或者转鼓式、降膜式、升膜式、立管式或强制循环式浓缩设备，或者这些设备中的负压或常压蒸发设备；脱水温度为50～120℃。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
(1)本发明工艺通过均匀剂的使用，大幅度降低了稀释水的用量，在达到匀浆和降低体系粘度等目的的同时，使得废砂浆体系中的高分子聚合物得以解链，使得废砂浆体系中的团聚物得以分散。
(2)本发明工艺基于旋流分离工艺的实现，可以使得废砂浆体系中硅粉组份中的绝大多数进入到轻相悬浮液中去，进而通过压滤分离的手段得到富含Si组份的压滤固态料，以用于回收硅粉。
(3)本发明工艺基于旋流分离和压滤分离工艺的配合，通过轻相悬浮液所得压滤滤液的循环补充，充分利用流体旋流化的分离效果，达到将重相浆料中Si组份不断夹带到轻相悬浮液中来，以便回收利用；同时，由于重相浆料中Si组份含量的降低，也大大降低碳化硅组份回收和提纯环节的废水排放量，减少污染物产生量；另一方面，旋流分离和压滤分离工艺的配合和压滤滤液的循环补充也便于在生产作业的过程中达到相当稳定的作业状态，便于连续化生产和生产效率的提高。
(4)本发明工艺所用均匀剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种，其往往就是晶硅切割液产品的必须组份，上述均匀剂在切割液组份中的富集不会对后续的产品配制和循环应用带来不利影响。
(5)本发明工艺的晶硅切割废砂浆中切割液组份的资源化回收率可达到94％以上。
附图说明
附图为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
取一批来源于江西赛维LDK太阳能高科技股份有限公司所产生的晶硅切割废砂浆，经检测废砂浆组份物情况如下：切割液组份42.0％、碳化硅组份39.0％、硅组份10.0％、水份5.0％、金属类组份1.8％、色素及交联高分子物质2.2％。
将10吨上述晶硅切割废砂浆倾倒入搅拌槽中，加入500Kg平平加O-25、10吨水；开启搅拌和升温装置，搅拌转速80r/min，升温到60℃并保温；匀浆搅拌时间2小时。将上述经过匀浆后的砂浆物料以连续进料的方式输送到FXJ-50型旋流分离器中，保持旋流分离温度为60℃并保温，启动旋流分离器15分钟后，开始在上溢出口收集轻相悬浮液。通过输送泵将上述轻相悬浮液输送到压滤机进行压滤，保持压滤分离温度55℃，不断收集压滤滤渣(用于回收硅粉组份)的同时，将所得滤液中25％(v/v)循环补充到上述FXJ-50型旋流分离器中，控制砂浆物料的进料速度和压滤滤液的补充速度，以确保运行负荷不超过FXJ-50型旋流分离器的设计指标，压滤滤液中的其余75％(v/v)收集到压滤滤液槽中备用。
在FXJ-50型旋流分离器运行20分钟以后，在旋流分离器下溢出口对重相砂浆取样检测，重相浆料体系中Si∶SiC重量百分比为1∶40，此时通过下溢出口不断收集重相浆料(用于回收碳化硅组份)。
将压滤滤液槽中所收集的压滤滤液按照800Kg/h的流量输送传送到精密板框过滤器进行过滤，过滤形式为滤渣自排放式；经过精密过滤后的滤液同步输送到阴阳离子交换床进行离子净化；经过净化处理后的上述液体收集到净化滤液收集槽中备用。
将净化滤液收集槽中所收集的净化滤液输送到多效蒸发浓缩设备中进行减压蒸馏，蒸馏温度控制85℃；当物料体系中水份含量低于0.5％时，停止蒸馏；冷却后得到余液4470Kg，即为切割液组份。
上述4470Kg切割加工组份中包括约500Kg平平加O-25，其余约3970Kg切割液组份来源于晶硅切割废砂浆中的切割液资源组份；计算而得，本实施例中切割液组份的资源化回收率约94.52％。
实施例2：
取一批来源于苏州协鑫光伏科技有限公司所产生的晶硅切割废砂浆，经检测废砂浆组份物情况如下：切割液组份40.7％、碳化硅组份38.4％、硅组份11.3％、水份5.5％、金属类组份1.9％、色素及交联高分子物质2.2％。
将20吨上述晶硅切割废砂浆倾倒入搅拌槽中，加入900Kg乳化剂OP-10、15吨水；开启搅拌和升温装置，搅拌转速70r/min，升温到55℃并保温；匀浆搅拌时间2.5小时。将上述经过匀浆后的砂浆物料以连续进料的方式输送到FXJ-75型旋流分离器中，保持旋流分离温度为55℃并保温，启动旋流分离器25分钟后，开始在上溢出口收集轻相悬浮液。通过输送泵将上述轻相悬浮液输送到压滤机进行压滤，保持压滤分离温度55℃，不断收集压滤滤渣(用于回收硅粉组份)的同时，将所得滤液中30％(v/v)循环补充到上述FXJ-75型旋流分离器中，控制砂浆物料的进料速度和压滤滤液的补充速度，以确保运行负荷不超过FXJ-75型旋流分离器的设计指标，压滤滤液中的其余70％(v/v)收集到压滤滤液槽中备用。
在FXJ-75型旋流分离器运行35分钟以后，在旋流分离器下溢出口对重相砂浆取样检测，重相浆料体系中Si∶SiC重量百分比为1∶35，此时通过下溢出口不断收集重相浆料(用于回收碳化硅组份)。
将压滤滤液槽中所收集的压滤滤液按照800Kg/h的流量输送传送到精密板框过滤器进行过滤，过滤形式为滤渣自排放式；经过精密过滤后的滤液同步输送到混合离子交换床进行离子净化；经过净化处理后的上述液体收集到净化滤液收集槽中备用。
将净化滤液收集槽中所收集的净化滤液输送到单效蒸发浓缩设备中进行减压蒸馏，蒸馏温度控制125℃；当物料体系中水份含量低于0.5％时，停止蒸馏；冷却后得到余液8580Kg，即为切割液组份。
上述8580Kg切割加工组份中包括约900Kg乳化剂OP-10，其余约7680Kg切割液组份来源于晶硅切割废砂浆中的切割液资源组份；计算而得，本实施例中切割液组份的资源化回收率约94.35％。
Claims (5)
1.一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)匀浆：在晶硅切割液废砂浆中加入均匀剂，按重量配比每100份晶硅切割废砂浆，均匀剂2～20份、水30～500份；所述均匀剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；控制搅拌速度50～200r/min；匀浆温度为室温或50-80℃，匀浆时间0.5～5.0小时；
(2)旋流分离：通过旋流分离器将匀浆后的砂浆物料进行旋流分离，砂浆物料的进料方式采用连续或间歇进料方式；旋流分离温度为室温或50-80℃；轻相悬浮液通过上溢出口不断排出，收集后用于(3)的压滤分离；重相浆料在下溢出口不断富集，对旋流分离器下溢出口不断的重相浆料进行取样检测，当重相浆料体系中Si∶SiC的重量百分比达到1∶15～1∶100时，通过下溢出口不断收集重相浆料，保持所收集所得重相浆料中Si∶SiC的重量百分比介于1∶15～1∶100之间，所得重相浆料B用于回收碳化硅组份；
(3)压滤分离：将轻相悬浮液进行压滤，得到滤液和滤渣；压滤分离温度为室温或50-80℃；不断收集滤渣，所得压滤固态料C用于回收硅粉组份；所得滤液中10～50％(v/v)循环补充到(2)中所述旋流分离器中，不断收集其余50～90％滤液(v/v)，所得压滤滤液A用于回收切割组份；
(4)精细过滤和离子交换：将压滤滤液A通过精密过滤器和离子交换器进行净化处理；
(5)脱水浓缩：将经过净化处理后的压滤滤液A通过脱水装置进行脱水，得到切割液组份。
2.根据权利要求1所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：晶硅切割废砂浆包括光伏行业的晶硅切割废砂浆和电子行业的晶硅切割废砂浆。
3.根据权利要求1所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的精密过滤器包括精密板框过滤器、PAE精密过滤器、层叠式精密过滤器、微孔滤芯过滤器、滤膜精密过滤器中的一种或几种组合；过滤形式包括滤渣收集式或滤渣自排放式。
4.根据权利要求1所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的离子交换器包括钠离子交换器、阴阳离子交换床、混合离子交换床中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收切割液组份的方法，其特征在于：步骤(5)中所述脱水装置包括单效蒸发浓缩设备、多效蒸发浓缩设备或者转鼓式、降膜式、升膜式、立管式或强制循环式浓缩设备，或者这些设备中的负压或常压蒸发设备；脱水温度为50～120℃。
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