CN102557389A - 一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，包括破碎分级、酸洗除杂、水洗烘干及非晶化处理等步骤。通过对石英坩埚废料进行提纯除杂和非晶化处理，可以得到满足石英坩埚使用的高纯熔融石英，从而可以显著缓解对石英原矿的过度依赖，实现石英砂的循环利用，有利于对国土资源的保护，大大降低石英陶瓷坩埚的制造成本，同时也解决了石英坩埚的生产及使用企业的固体废弃物的污染与排放问题。

Description

一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法

【技术领域】

本发明涉及熔融石英材料的制备方法，特别是涉及一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法。

【背景技术】

近年随着环保能源不断被重视和发展，太阳能作为绿色能源受到世界各国的普遍重视，得到了广泛的开发和利用，这使得用于太阳能转换的多晶硅的用量急剧增加，从而促进了多晶硅生产的快速发展。熔融石英陶瓷坩埚是太阳能多晶硅铸锭过程中用来装载多晶硅原料、在1550℃的高温下使之熔化结晶生产出多晶硅铸锭的容器，它要一次性连续工作50小时以上，整个过程不能发生破裂，坩埚成分也不能对硅料造成污染，是多晶硅铸锭生产过程中不可替代的关键消耗性部件。随着我国铸锭多晶硅生产能力的扩大，对熔融石英陶瓷坩埚的需求量与日俱增。

高纯熔融石英是制作熔融石英陶瓷坩埚的原材料，传统工艺是以天然石英矿为原料，采取水洗去泥→机械破碎→酸洗→水洗晾干→高温熔融→破碎分级等工序。但是全国各地的石英原矿品位不一，杂质含量差别很大，采用传统工艺制得的熔融石英的纯度不易保证。随着高品位的石英原矿资源的枯竭，原材料的价格会越来越高，生产成本也会越来越高。

在这种需求量急剧增加而高品位石英原矿资源面临枯竭的大背景下，石英坩埚废料的回收再利用具有十分重要的战略意义。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，以实现石英坩埚废料的回收再利用之目的。

为此，提出一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，步骤如下：

破碎分级：

采用废石英坩埚为原材料，粉碎后制成1～50mm的块料；

酸洗除杂：

采用1～25％(重量比)的混合酸对块料进行酸洗，块料与混合酸的重量比为1∶1～5，酸洗时间为4～200小时；

水洗烘干：

取出酸洗后的块料，用水浸泡、洗涤至中性，再将块料烘干至含水重量比＜5％；

非晶化处理：

对块料进行高温熔融，去除石英中的晶化部分，熔融温度为1700～1780℃，熔融时间为6～12小时。

在优选的实施例中，废石英坩埚是石英坩埚制造企业的不合格报废品及/或多晶硅铸锭企业使用后的石英坩埚。

在优选的实施例中，所述混合酸为草酸与盐酸的二元混合酸或者为氢氟酸、草酸与盐酸的三元混合酸；二元混合酸中草酸与盐酸的重量比为1∶1～5，三元混合酸中氢氟酸、草酸与盐酸的重量比为1∶2～5∶2～10。

在优选的实施例中，用水洗涤至中性后再用去离子水清洗，直至利用硫氰酸铵的水溶液检验不显三价铁离子反应为止。

在优选的实施例中，用加热烘干设备将块料烘干至含水重量比＜5％之前，先将块料置于自然条件下晾晒至含水重量比＜20％。

在优选的实施例中，所述非晶化处理系采用石墨电极石英熔融炉对废坩埚块料进行高温熔融。

在优选的实施例中，高温熔融时，石墨电极石英熔融炉装填有保温砂，所述保温砂是废坩埚破碎后的细颗粒料或经过酸洗的石英原矿的细颗粒料。

在优选的实施例中，所述酸洗去杂为使用酸洗池进行酸液浸泡，所述酸洗池的内壁涂覆有一侧玻璃钢或聚丙烯板材作为衬里。

在优选的实施例中，所述酸洗去杂为使用酸洗池进行超声波酸洗，所述酸洗池采用塑料材质。

在优选的实施例中，所述酸洗去杂为酸液浸泡或超声波酸洗。

本实施方式的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，对石英坩埚废料进行提纯除杂和非晶化处理，可以得到满足石英坩埚使用的高纯熔融石英，从而可以显著缓解对石英原矿的过度依赖，实现石英砂的循环利用，有利于对国土资源的保护，大大降低石英陶瓷坩埚的制造成本，同时也解决了石英坩埚的生产及使用企业的固体废弃物的污染与排放问题。

【具体实施方式】

本实施方式的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，包括破碎分级、酸洗除杂、水洗烘干及非晶化处理等步骤，各步骤具体方式如下。

破碎分级：

采用石英坩埚制造及/或多晶硅铸锭企业使用后的报废坩埚为原材料，进行机械破碎、振动筛分，制成1～50mm的块料。

酸洗除杂：

采用混合酸对块料进行酸洗，混合酸的浓度为1～25％(重量比)，块料与混合酸的重量比为1∶1～5，酸洗时间为4～200小时。

优选地，混合酸为草酸与盐酸的二元混合酸或者氢氟酸、草酸与盐酸的三元混合酸；二元混合酸中草酸与盐酸的重量比为1∶1～5，三元混合酸中氢氟酸、草酸与盐酸的重量比为1∶2～5∶2～10。二元混合酸及三元混合酸中草酸的作用在于可加快除杂的初始速度。

酸洗的方式有两种：利用酸洗池进行酸液浸泡和利用酸洗池进行超声波酸洗。其中用于酸液浸泡的酸洗池，内壁涂覆一层玻璃钢或聚丙烯板材作为衬里，防止酸液腐蚀酸洗池，池顶用塑料薄膜覆盖，防止酸液挥发而污染大气；用于超声波酸洗的酸洗槽采用塑料材质。

超声波酸洗主要是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化及剥离而达到清洗除杂的目的。在达到同等除杂效果的情况下，超声波酸洗方式所用的操作时间要比酸液浸泡方式节约几十个小时，是优选的实施方式。

水洗烘干：

取出酸洗后的块料，用水浸泡、洗涤至中性，再将块料烘干至含水重量比＜5％。

优选地，用加热烘干设备将块料烘干至含水重量比＜5％之前，先将块料置于自然条件下晾晒至含水重量比＜20％，可降低烘干成本。

优选地，用水洗涤至中性后再用去离子水清洗，直至利用硫氰酸铵的水溶液检验不显三价铁离子反应为止，防止块料中含有杂质，影响后续坩埚成品品质。

非晶化处理：

对块料进行高温熔融，去除石英中的晶化部分，熔融温度为1700～1780℃，熔融时间为6～12小时。

优选地，非晶化处理系采用石墨电极石英熔融炉对废坩埚块料进行高温熔融。高温熔融时，石墨电极石英熔融炉装填有保温砂，所述保温砂是废坩埚破碎后的细颗粒料及/或经过酸洗的石英原矿的细颗粒料。

与传统的熔融石英制造工艺相比，本实施方式的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，能实现石英坩埚废料的回收再利用，能够显著缓解对石英原矿的过度开采，实现石英砂的循环利用，有利于对国土资源的保护，大大降低熔融石英陶瓷坩埚的制造成本，同时也解决了石英坩埚的生产及使用企业的固体废弃物的污染与排放问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，步骤如下：

破碎分级：

采用废石英坩埚为原材料，粉碎后制成1～50mm的块料；

酸洗除杂：

采用1～25％(重量比)的混合酸对块料进行酸洗，块料与混合酸的重量比为1∶1～5，酸洗时间为4～200小时；

水洗烘干：

取出酸洗后的块料，用水浸泡、洗涤至中性，再将块料烘干至含水重量比＜5％；

非晶化处理：

对块料进行高温熔融，去除石英中的晶化部分，熔融温度为1700～1780℃，熔融时间为6～12小时。

2.根据权利要求1所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，废石英坩埚是石英坩埚制造企业的不合格报废品及/或多晶硅铸锭企业使用后的石英坩埚。

3.根据权利要求1所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，所述混合酸为草酸与盐酸的二元混合酸或者为氢氟酸、草酸与盐酸的三元混合酸；二元混合酸中草酸与盐酸的重量比为1∶1～5，三元混合酸中氢氟酸、草酸与盐酸的重量比为1∶2～5∶2～10。

4.根据权利要求1所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，用水洗涤至中性后再用去离子水清洗，直至利用硫氰酸铵的水溶液检验不显三价铁离子反应为止。

5.根据权利要求1所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，用加热烘干设备将块料烘干至含水重量比＜5％之前，先将块料置于自然条件下晾晒至含水重量比＜20％。

6.根据权利要求1所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，所述非晶化处理系采用石墨电极石英熔融炉对废坩埚块料进行高温熔融。

7.根据权利要求6所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，高温熔融时，石墨电极石英熔融炉装填有保温砂，所述保温砂是废坩埚破碎后的细颗粒料或经过酸洗的石英原矿的细颗粒料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，所述酸洗去杂为使用酸洗池进行酸液浸泡，所述酸洗池的内壁涂覆有一侧玻璃钢或聚丙烯板材作为衬里。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，所述酸洗去杂为使用酸洗池进行超声波酸洗，所述酸洗池采用塑料材质。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的回收废石英坩埚制取高纯熔融石英的方法，其特征在于，所述酸洗去杂为酸液浸泡或超声波酸洗。