CN102492366B - 利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用晶硅切割废砂浆资源化回收过程中的尾砂料制备抛光液的方法。该方法包括两步除铁、研磨及转化、稳定化等步骤。该方法利用湿法超细搅拌磨机的破碎研磨工艺，有效解决了硅粉钝化和碳化硅被硅溶胶包覆等问题，其中硅组份的溶胶化转化率可达到98.5％以上。本发明方法将5微米以下的碳化硅和硅组份资源一并加以综合利用，所得新型碳化硅和硅溶胶复合抛光液既具有碳化硅的高效磨削能力，同时二氧化硅溶胶可填埋于抛光面中绒面的缝隙中，使得抛光面更平整。

Description

利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法

技术领域

本发明涉及一种利用晶硅切割废砂浆资源化回收过程中的尾砂料制备抛光液的方法。其应用领域主要是晶硅切割废砂浆资源化回收产业的环境保护，实现硅组份资源和超细碳化硅的综合利用。

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。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，在切割过程中产生约7.6～7.9吨切割废砂浆。在硅片生产的线切割过程中，作为磨料的碳化硅组份在切割过程中部分破损，粒径分布情况发生变化；在切割废砂浆体系中GC2000#以上的碳化硅微粉总量会达到3-5％(称之为：超细碳化硅微粉)。另一方面，硅棒切割加工硅片的同时还产生大量硅粉(切割缝隙)，一并进入到切割砂浆；切割废砂浆中硅组份的含量会达到8％-10％。根据2010年国内硅片产业的统计数据，预期2012年，国内硅片企业年产生切割废砂浆总量会达到200万吨，其中硅组份的资源量会达到16～20万吨、超细碳化硅微粉的资源量会达到6-10万吨。

众所周知，硅片生产环节有超过50％的晶硅被切割成硅粉进入浆料，由于缺乏有效的回收和综合利用技术，每年有如此大量的晶硅材料被白白的损失掉。在切割废砂浆的资源化回收工艺中，大量超细碳化硅微粉会沉积在尾砂料中(往往与硅组份混合在一起)，多数情况是通过化学洗涤的方式将硅组份转化成水溶性物质，超细碳化硅微粉则直接作为固体废弃物。

单晶硅、多晶硅、碳化硅等都是通过高能耗、高成本得到。若能针对切割废砂浆资源化回收过程中的尾砂料，将其中所包含的硅组份和超细碳化硅组份加以综合利用，通过废弃物的延伸加工形成具有工业化价值的新材料产品，将可以体现其应有的循环经济价值，无疑具有极其巨大的经济、社会和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用晶硅切割废砂浆资源化回收过程中的尾砂料制备抛光液的方法，实现废砂浆尾砂料中5微米以下碳化硅微粉和硅组份资源的综合利用。

本发明的目的是这样实现的：一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)两步除铁：将尾砂料通过磁选分离器去除尾砂料中的金属组份，直到金属组份的总含量降至0.5％以下(相对砂料固体物)；通过酸洗进一步除铁，直到金属组份的总含量降至0.1％以下(相对砂料固体物)；再经精密过滤得到浓缩浆料；

(2)研磨及转化：将浓缩浆料送入湿法超细搅拌磨机进行破碎研磨，取样检测，控制浆料中的SiC微粉D₅₀≤3微米；在破碎研磨的过程中，一并流加硅酸钠和氢氧化钠溶液，取样检测，控制浆料中硅组份资源的转化率≥75％；

(3)稳定化：在(2)中所得浆料中加入一定量的碱和聚丙烯酰胺，从而形成具有稳定态的抛光液产品。

本发明所述一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于：所述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。

本发明所述一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于：步骤(2)所述硅酸钠溶液的添加量(折算为硅酸钠)为颗粒物料中固体量的2-15％(w/w)；所述氢氧化钠溶液的添加量(折算为氢氧化钠)为混合浆料中固体量的0.5-5％(w/w)。

本发明所述一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于：步骤(3)所述碱为NaOH、KOH中的一种或几种组合，其添加量(折算为固体)为浆料量的0.02-0.5％(w/w)；所述聚丙烯酰胺的添加量(折算为固体)为浆料量的0.01-0.2％(w/w)。

本发明利用湿法超细搅拌磨机的破碎研磨工艺，有效地解决了硅粉钝化和碳化硅被硅溶胶包覆问题，硅组份的溶胶化转化率可达到98.5％以上，进而在溶胶转化的过程中达成良好的协同效应。

本发明将尾砂料中的5微米以下碳化硅和硅组份资源一并加以综合利用，所得新型碳化硅和硅溶胶复合抛光液既具有碳化硅的高效磨削能力，同时二氧化硅溶胶可填埋于抛光面中绒面的缝隙中，使得抛光面更平整。

本发明抛光液中加入少量碱和聚丙烯酰胺作为稳定剂，一方面可以阻止硅酸聚合，另一方面由于聚丙烯酰胺的作用从而增加体系粘度，大大提高碳化硅在浆料中的悬浮性。

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100Kg晶硅切割废砂浆资源化回收过程中的尾砂料，经检测，其中硅组份(Si+SiO₂)含量20.6％、碳化硅含量63.4％、切割液组份含量2.5％，金属组份含量1.5％，水分含量12％

利用12000高斯的磁棒对上述尾砂料进行磁选，检测磁选后砂料的金属组份含量为0.42％；再加入350g浓硫酸进一步去除砂料体系中的金属组份，酸洗、水洗后，检测砂料中金属组份含量为0.07％。经精密过滤后得到浓缩浆料55.5Kg。

向浓缩浆料中加入220kg纯水搅拌均匀后，以流加方式进入到湿法超细搅拌磨机，同时流加4.5％硅酸钠溶液170kg和4％氢氧化钠溶液30kg，7h后，检测浆料体系中碳化硅微粉D₅₀值为2.2微米，硅组份溶胶转化率为98.6％。

反应结束后，在砂浆体系中加入20％氢氧化钠0.8Kg、聚丙烯酰胺0.12kg后，充分搅拌形成稳定的溶胶体系，即为成品抛光液305.5kg。经检测，其质量指标如下：

SiC含量	m SiO2含量	SiC粒径	m SiO2粒径	pH
					4.4％	29.6％	0.25-3.1微米	36-55微米	8.6

实施例2：

取1000Kg晶硅切割废砂浆资源化回收过程中的尾砂料，其中固体中硅组份(Si+SiO₂)含量21.4％、碳化硅含量62.8％、PEG含量2.4％，铁粉含量1.4％，水分含量12.2％。

利用12000高斯的磁选分离机对上述尾砂料进行磁选，检测磁选后砂料的金属组份含量为0.32％；再加入3Kg浓硫酸进一步去除砂料体系中的金属组份，酸洗、水洗后，检测砂料中金属组份含量为0.05％。经精密过滤后得到浓缩浆料557Kg。

向浓缩浆料中加入2200kg纯水搅拌均匀后，以流加方式进入到湿法超细搅拌磨机，同时流加4.5％硅酸钠溶液1500kg和4％氢氧化钠溶液200kg，8h后，检测浆料体系中碳化硅微粉D₅₀值为2.1微米，硅组份溶胶转化率为98.7％。

反应结束后，在砂浆体系中加入20％氢氧化钠5Kg、聚丙烯酰胺1kg后，充分搅拌形成稳定的溶胶体系，即为成品抛光液3057kg。经检测，其质量指标如下：

SiC含量	m SiO2含量	SiC粒径	m SiO2粒径	pH
					4.1％	28.6％	0.24-3.2微米	35-50微米	8.3

Claims (3)

1.一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)两步除铁：将尾砂料通过磁选分离器去除尾砂料中的金属组份，直到金属组份的总含量降至0.5％以下，其是相对砂料固体物而言；通过酸洗进一步除铁，直到金属组份的总含量降至0.1％以下，其是相对砂料固体物而言；再经精密过滤得到浓缩浆料；

(2)研磨及转化：将浓缩浆料送入湿法超细搅拌磨机进行破碎研磨，取样检测，控制浆料中的SiC微粉D₅₀≤3微米；在破碎研磨的过程中，一并流加硅酸钠和氢氧化钠溶液，取样检测，控制浆料中硅组份资源的转化率≥75％；

(3)稳定化：在(2)中所得浆料中加入一定量的碱和聚丙烯酰胺，从而形成具有稳定态的抛光液产品；所述碱为NaOH、KOH中的一种或几种组合，其添加量为浆料量的0.02-0.5％(w/w)，该添加量是折算为固体而言；所述聚丙烯酰胺的添加量为浆料量的0.01-0.2％(w/w)，该添加量是折算为固体而言。

2.根据权利要求1所述一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于：所述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所述一种利用晶硅切割废砂浆回收的尾砂料制备抛光液的方法，其特征在于：步骤(2)所述硅酸钠溶液的添加量为颗粒物料中固体量的2-15％(w/w)，该添加量是折算为硅酸钠而言；所述氢氧化钠溶液的添加量为混合浆料中固体量的0.5-5％(w/w)，该添加量是折算为氢氧化钠而言。