CN102689905A - 一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，用碱液将废油砂逆流清洗一定时间,将其中硅粉、少量铁、铜及残留PEG溶解，分离得到废油砂固体及清洗后的液体，清洗后的液体加碱至一定浓度后再次对废油砂进行清洗，循环数次，最后用纯水再次清洗，分离得到固体SiC及清洗后的液体，对SiC进行干燥回收；清洗后的液体加碱后作为清洗其他废油砂的清洗液，当清洗后的液体中硅浓度达到所需浓度时，收集制备硅溶胶。在整个处理过程实现物料闭合循环、清洁环保（无废水产生和排出）和低耗经济。克服了当前硅回收利用工艺中普遍存在的工艺流程繁杂，效率低、能耗高、处理周期长和环境污染严重等不足，也有效解决行业内废渣堆积和环境污染的问题。

Description

一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法

技术领域

本发明涉及一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法,属于硅回收利用技术领域。

背景技术

近年来，光电材料技术和太阳能光伏产业在全球得到迅速发展，随之而来的是对硅片的大量需求，需要将大量的单晶硅或多晶硅硅锭切割成符合要求的硅片。 

在工业上硅片的切割常采用线切工艺，在线切割过程中，会有部份晶体硅被切磨为硅粉进入到切割料浆中，这就产生了大量的切削废液（硅锭切割废砂浆）。硅锭切割废砂浆是由液体和固体混合构成一种灰黑色物质，其中液体是由大量的聚乙二醇（PEG）和少量的水、切磨助剂组成；固体（废油砂）包括金刚砂（SiC）、硅粉及铁、铜等微粒组成。对硅锭切割废砂浆进行综合回收和利用，不仅能提高资源的利用率、减少原料消耗和降低相关企业的生产成本，而且还能解决废料的环境污染问题，将产生巨大的经济效益和环境效益，是一项具有良好前景的产业。

近年来国内外已公开报道的有关硅锭切割废砂浆回收和利用的文献资料，有2大特点：关注硅锭切割废砂浆中切削液（PEG）和碳化硅回收利用的较多，关注硅粉回收利用的较少；注重眼前经济利益的较多，注重环境效益和可持续发展的较少。

现有技术基本分为直接法和间接法。

直接法的工艺复杂、能耗高。废砂浆中部分固体颗粒粒径＜ 15 μm；SiC粉与Si粉的理化性质相近，且两种颗粒粒度尺寸有重叠；硅粉的粒径小、比表面积大、化学反应活性高，因此在气流分选、旋流分离、相分离等操作过程中，硅粉易氧化而不易得到高纯硅粉。相对直接法而言，间接法不失为一种好的办法，可使硅切割废砂浆中的硅粉回收更加经济合理。但现有的间接法在处理切削废液、SiC清洗和硅的回收时产生的废酸或废碱及大量废水，存在硅粉回收不完全和环境污染等问题。

尽管当前所报道的这些硅回收利用工艺各有其特点，但基本上都存在工艺流程繁杂，效率低、能耗高和处理周期长，特别是环境污染严重等不足，成为制约硅锭切割废砂浆回收利用技术发展和应用的关键因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，可以克服当前硅回收利用工艺中普遍存在的工艺流程繁杂，效率低、能耗高、处理周期长和环境污染严重等不足，而且可有效解决行业内废渣堆积和环境污染的社会问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，用一定浓度的碱液将废油砂逆流清洗一定时间,将其中硅粉、少量铁、铜及残留PEG溶解，分离得到废油砂固体及清洗后的液体，清洗后的液体加碱至一定浓度后再次对废油砂进行清洗，再次分离得到废油砂固体及清洗后的液体。

循环数次，最后用纯水再次清洗分离后的废油砂固体，再次分离得到固体SiC及清洗后的液体。

对经纯水清洗分离后所得的固体SiC进行干燥回收；纯水清洗固体SiC后的得到的清洗后的液体加碱后作为清洗其他废油砂的清洗液。

当清洗后的液体中硅浓度达到所需浓度时，收集制备硅溶胶。利用液体中PEG的分散性和金属离子的极性，制备高性能特种硅溶胶。

进一步的，碱液浓度为1.0%-5.0%，优选为2.0-3.0%。

进一步的，碱液温度为50-95℃，优选为60-90℃。

进一步的，碱液每次清洗时间为1-5h，优选为2-4h。

进一步的，当清洗后的液体中硅浓度达20%-40%时，收集，制备含有少量PEG和金属离子的硅溶胶。

进一步的，对废油砂的清洗次数为1-4次，优选为3次。

本发明一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，整个处理过程采用物料闭合循环，用碱液清洗废油砂，硅粉先溶解转化，且清洗后的液体可用于制备硅溶胶，残留于废油砂中的PEG和金属离子都可作为硅溶胶产品中的有效成分利用，没有“三废”排放。使SiC易清洗回收，由硅锭切割废油砂生产硅溶胶，且生产处理过程清洁环保，无废水产生和排出。

由于一次清洗可能无法将废油砂中的SiC与其他物质分离，故采取多次清洗的方法。

可利用本发明所获得的硅溶胶中含有少量PEG的分散作用和金属离子的极性，进一步通过多种技术（如离子交换、接枝、修饰、复合等）组合，制备高性能特种硅溶胶。 

本发明所提出的工艺线路，使硅锭切割废油砂中硅的整个处理过程实现物料闭合循环、清洁环保（无废水产生和排出）和低耗经济。不仅可以克服当前硅回收利用工艺中普遍存在的工艺流程繁杂，效率低、能耗高、处理周期长和环境污染严重等不足，而且可有效解决行业内废渣堆积和环境污染的问题，推动行业的可持续发展，产生巨大的社会和经济效益。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

含硅15.7%的废油砂100g，加2.0%的碱液（固液比1：1），65℃搅拌清洗2h，离心分离。分离后液体含硅10.2%（硅转化率65%）及铁、铜等金属和少量PEG。在液体中补充固碱至浓度为2%，重复清洗上述分离后的废油砂固体3次。离心分离后，液体中含硅15.5%（硅总转化率为99%）。最后用纯水清洗分离后的废油砂固体，干燥回收固体SiC。

清洗后的液体中补充固碱至浓度为2%，仍可作为清洗液处理废油砂。分离所得的清洗后的液体循环使用至硅浓度约30%，调酸度，得稳定硅溶胶。

实施例2

含硅15.7%的废油砂100g，加2.5%的碱液（固液比1：3），85℃搅拌清洗3h，离心分离。分离所得清洗后的液体中含硅11.9%（硅转化率76%）及铁、铜等金属和少量PEG。在液体中补充固碱至浓度为2.5%，重复清洗上述分离后的废油砂固体2次。离心分离后，所得的清洗后的液体中含硅15.5%（硅总转化率为99%）。用纯水清洗分离后的固体，干燥回收SiC。清洗后的液体中补充固碱至浓度为2.5%，仍可作为清洗液处理废油砂。液体循环使用至硅浓度达到约30%，调酸度，得稳定硅溶胶。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，在处理装置中用碱液对废油砂清洗、分离，其特征在于： 

整个处理过程物料闭合循环，最后分离得到固体SiC和一定浓度的含PEG和金属离子的液体，对固体SiC干燥回收，对液体进行硅溶胶的制备，利用其中PEG的分散性和金属离子的极性制备高性能特种硅溶胶；

即用一定浓度的碱液将废油砂逆流清洗一定时间,将其中硅粉、少量铁、铜及残留PEG溶解，分离得到废油砂固体及清洗后的液体，

清洗后的液体加碱至一定浓度后再次对废油砂进行清洗，再次分离得到废油砂固体及清洗后的液体，

循环数次，最后用纯水再次清洗分离后的废油砂固体，再次分离得到固体SiC及清洗后的液体，

对经纯水清洗分离后所得的固体SiC进行干燥回收；

纯水清洗固体SiC后的得到的清洗后的液体加碱后作为清洗其他废油砂的清洗液，

当清洗后的液体中硅浓度达到所需浓度时，收集制备硅溶胶；

利用液体中PEG的分散性和金属离子的极性，制备高性能特种硅溶胶。

2.根据权利要求1所述的一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，其特征在于：碱液浓度为1.0%-5.0%，优选为2.0-3.0%。

3.根据权利要求1所述的一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，其特征在于：碱液温度为50-95℃，优选为60-90℃。

4.根据权利要求1所述的一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，其特征在于：碱液每次清洗时间为1-5h，优选为2-4h。

5.根据权利要求1所述的一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，其特征在于：当清洗后的液体中硅浓度达20%-40%时，收集，制备含有少量PEG和金属离子的硅溶胶。

6.根据权利要求1所述的一种硅锭切割废油砂中硅的处理方法，其特征在于：对废油砂的清洗次数为1-4次，优选为3次。