CN102730696A

CN102730696A - 物理法回收硅片切割废砂浆中的切割液、晶硅粉和碳化硅微粉的方法

Info

Publication number: CN102730696A
Application number: CN2012101907500A
Authority: CN
Inventors: 郭士德
Original assignee: SHANDONG QINGZE ENERGY CO Ltd
Current assignee: SHANDONG QINGZE ENERGY CO Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: CN102730696B

Abstract

本发明公开了一种物理法回收硅片切割废砂浆中的切割液、晶硅粉和碳化硅微粉的方法，包括以下步骤：A1、将废硅片切割液用去离子水稀释至含水量50％，搅拌均匀，进行固液分离；A2、将步骤A1分离下来的固体物料按照溢流罐实际装填量装入溢流罐，稀释至含水量50％，同时启动超声波换能器机组、搅拌装置；充分搅拌均匀后停止搅拌，超声波换能器机组继续运行直到把所有晶硅粉溢流完毕方可停机；超声波换能器机组运行过程中，打开溢流罐进水阀，进行溢流；A3、溢流罐1中沉淀下来的碳化硅微粉进入甩干机，进入闪蒸式干燥机烘干，再经过超声波振动筛将大颗粒筛掉，包装后即可得到成品碳化硅微粉。加工、操作、控制、使用的简便，环境污染的治理或根治。

Description

物理法回收硅片切割废砂浆中的切割液、晶硅粉和碳化硅微粉的方法

技术领域

本发明涉及一种物理法回收硅片废切割砂浆中晶硅粉(多晶硅粉、单晶硅粉以下简称晶硅粉)和碳化硅微粉的方法，属于硅片电池切割液回收技术领域。

背景技术

我国光伏产业起步于上世纪80年代末期，进入21世纪出现爆发式增长。到2010年，已连续3年成为世界第一大太阳能电池生产国。

硅锭/硅棒与硅片硅片切割工艺是决定硅基太阳能电池转换效率的最重要技术环节。由于晶硅在常温下有着硬而脆的特性，硅晶片的切割过程中需要使用硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅微粉作为切削辅料。为使碳化硅微粉在切割过程中分散均匀，同时及时带走切割过程中产生的巨大摩擦热和金属硅粉，通常需要先将碳化硅微粉按照一定比例加入到以聚乙二醇(PEG)基为主的水溶性太阳能硅片“切割液”中并充分分散，配置成均匀稳定的“切割砂浆”后再用于硅片切割。

在太阳能硅片切割过程中，切割下来的大量晶硅粉就混入切割砂浆中被系统带出，从而成为一种工业生产“废物”。光伏产业硅片切割中产生的这些废物，是由液体组分和固体组分混合构成的。它是一种成分不固定的灰黑色液体、浆状或固体物质，一般被人们称作“废切割液”、“废砂浆”、“废硅粉”。在实际生产中，硅片生产厂家一般先将废砂浆进行简单的离心或沉降分离，液体部分返回工序再使用一次，其它的难以分离的部分或将其作为垃圾废弃掉。

作为一种十分重要的资源被当做垃圾处理掉，不仅会对环境产生严重的污染，而且浪费了大量的资源。但是，这些所谓的“废物”中，含有很多价值十分高的有用成分，如碳化硅微粉、聚乙二醇等。

随着国家节能降耗，保护环境等可持续发展政策的实施，从废砂浆、废切割液中回收价值较高的碳化硅微粉及切割液中主要成分聚乙二醇项目应运而生，并且越来越受到人们的重视。近两年中，相关单位和团体都投入了许多精力，对废砂浆回收利用做了大量的研究工作，产生出一些新技术和新工艺，取得了一定的成果。废砂浆、废切割液回收处理产生的“回收碳化硅微粉”、“回收切割液”等产品或再行回用于硅晶片的生产切割过程，或应用于其它工业领域，都会产生出巨大的经济价值和社会效益，对国家、对环境、对个人都是一件十分有意义的事情。

(二)硅片切割液中碳化硅微粉回收的传统方法：

废砂浆回收提取碳化硅微粉方式，其工艺过程主要包括固液分离、碱处理(除硅)、清水洗涤、酸处理(除金属)、纯净水洗涤、脱水干燥、筛分(气流分)等。

西安交通大学的杨建锋、高积强、陈畅、杨军和张文辉，在2008年2月27日公开的专利文献“一种从切割废砂浆中回收硅粉和碳化硅粉的方法”中提到一种方法，包括对废砂浆进行固液分离，通过有机溶剂去除废料中的悬浮剂和粘结剂，干燥后对固态砂料进行气体浮选，得到一定纯度的金属硅粉，进一步对该金属硅粉进行液体浮选和重力分选，再将分选出的金属硅粉进行酸洗，获得高纯度的金属硅粉。同时将得到的碳化硅微粉进行磁力分选，获得纯的碳化硅微粉。

(三)存在的问题

1、传统废砂浆处理工艺耗水量太大引发新的环保问题。尤其在废砂浆回收处理过程中，存在一个最重要的问题是用水量和排水量太大。一般来说，生产一吨碳化硅微粉需要消耗30～50m³，消耗的这些水95％的将被排放掉。生产过程中产生的这些废水，色泽灰黑污浊，酸碱度高，COD(化学需氧量)值高达1000～10000，这些废水排放到环境中与其它水混合后会产生一种恶臭。这些废水既是环保部门不允许的，也是自然环境所不允许的。怎样减少用水数量，怎样有效地处理好生产中的废水，成了废砂浆回收处理厂家的头等难题，也是制约生产规模扩展的一个首要问题。

2、现阶段废砂浆回收存在着回收液及回收碳化硅微粉处理不彻底，在酸碱处理过程中形成的化学反应物质残留在碳化硅微粉中，造成二次污染，不能完全意义上的100％重复使用。需要加强科研力度，提高工艺技术水平，从而提升回收产品质量。

废砂浆的全部回收利用势在必行，随着人们研究工作的不断深入，工艺水平的不断成熟，现在遇到的难题会被人们攻克。太阳能硅片切割液废砂浆的回收利用，将逐渐成为太阳能硅电池辅料市场的主流，在未来不长时间内，回收砂浆的使用将占有太阳能硅片切割砂浆市场相当大的份额。

发明内容

本技术发明人在多年从事切割液的回收过程中，一直致力于解决目前存在的瓶颈——耗水量巨大和无法解决的环保问题。

一种物理法回收硅片切割废砂浆中的切割液、晶硅粉和碳化硅微粉的方法，包括以下步骤：

A1、将废硅片切割液用去离子水稀释至含水量50％，搅拌均匀，选用100型板框式压滤机进行固液分离，混合液体部分注入搅拌罐并加入液体重量比例2％的200目活性炭，温度控制在35-40摄氏度搅拌2小时，经板框式过滤机过滤，将活性炭过滤掉，滤液接着用0.5微米精密过滤器过滤掉残留杂质，将滤液用双效蒸发器浓缩至含水量0.5％以内，即可得到用于硅片切割的成品硅片切割液，即可灌装入库；

A2、将步骤A1分离下来的固体物料按照溢流罐实际装填量装入溢流罐，稀释至含水量50％，同时启动超声波换能器机组、搅拌装置；充分搅拌均匀后停止搅拌，超声波换能器机组继续运行直到把所有晶硅粉溢流完毕方可停机；超声波换能器机组运行过程中，打开溢流罐进水阀，进行溢流，把晶硅粉溢流出来，直到溢流出水的颜色清澈为止，溢流出的这一部分水用板框式过滤机粗滤后，再用精密过滤机过滤，回水重复利用，最后用去离子水冲洗至电导率达标；

A3、溢流罐1中沉淀下来的碳化硅微粉进入甩干机，将水分甩干至含水量10％，进入闪蒸式干燥机烘干，再经过超声波振动筛将大颗粒筛掉，包装后即可得到成品碳化硅微粉。

所述的方法，所述的圆锥底溢流罐，上口宽度为1200mm，周边配有150mm溢流回收槽，桶体高度为1000mm，锥体高度为1000mm，下口配有DN65法兰盘；溢流罐体内配有搅拌装置，在溢流罐周边中部设有四台1KW超声波换能器机组。

所述的方法，所述溢流罐进水阀，调整进水流量为每小时进水800kg。

传统的固液分离、碱洗、酸洗等流程，每个环节都需要大量的水，一般来说，生产一吨碳化硅微粉需要消耗30～50m³。而且碱液和酸液混合后，无法达到真正意义上的中和，又出现新的物质成分，不能循环利用。生产过程中产生的这些废水，酸碱度高，COD(化学需氧量)值高达1000～3000，这些废水排放到环境中与其它水混合后会产生一种恶臭。

本发明在时间上比现有工艺节省近十倍，生产成本也节省接近十分之一，无污水外排，根本的解决了污染问题。本发明容易操作，通常有益效果可以由回收率、质量、精度和效率的提高，能耗、原材料、工序的节省，加工、操作、控制、使用的简便，环境污染的治理或根治。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图。

1，溢流罐；2，超声波换能器机组；3，搅拌装置；4，排料阀；5，流量计；6，止回阀；7，溢流罐进水阀；8，甩干机；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

本技术方案是通过板框式压滤机、精密过滤器、超声波分离、配合溢流分选、纯物理提纯技术。

A1、将废硅片切割液用去离子水稀释至含水量50％，搅拌均匀，选用100型板框式压滤机(滤布选用822型)进行固液分离，混合液体部分注入搅拌罐(图中未示出)，并加入液体重量比例2％的200目活性炭(作用是将切割液中氧化的有机色素和金属离子吸附掉)，温度控制在35-40摄氏度搅拌2小时，经板框式过滤机过滤，将活性炭过滤掉(使用过的活性炭可交给厂家再生后重复使用)，滤液接着用0.5微米精密过滤器过滤掉残留杂质，将滤液用双效蒸发器浓缩至含水量0.5％以内，即可得到用于硅片切割的成品硅片切割液，即可灌装入库。在加工切割液过程中浓缩用水可用在后序步骤2中洗涤废砂浆用。

A2、将步骤A1分离下来的固体物料按照溢流罐实际装填量装入溢流罐1，稀释至含水量50％，同时启动超声波换能器机组2、搅拌装置3。充分搅拌均匀后停止搅拌，超声波换能器机组2继续运行直到把所有晶硅粉溢流完毕方可停机。超声波换能器机组2功能主要是把每一个颗粒均匀的分散开来，分散开以后，由于碳化硅微粉比重偏大，超声波换能器机组2在工作时，由于碳化硅微粉的比重力超出超声波发出的动力，碳化硅微粉会沉淀下来，而切割砂浆中所含的晶硅微粉和切割中磨碎的细小碳化硅颗粒，会因为超声波高频振动作用下悬浮在上层。同时打开溢流罐进水阀7，根据目前的颗粒度，调整流量(流量计5控制进水流量)为每小时进水800kg。进行溢流，直到把晶硅微粉(多晶、单晶)溢流出来，直到溢流出水的颜色清澈为止，溢流出的这一部分水用板框式过滤机粗滤后(回收的晶硅粉可用作耐火材料用)，再用精密过滤机过滤，回水重复利用(注：因废砂浆中含有微量切割液，当回收水切割液浓度达到10％后可返回到前工序稀释废切割液用，充分有效的回收了切割液)，最后用去离子水冲洗至电导率达标(这一部分回水可用在前道工序稀释砂浆用)。根据目前物料的杂质含量、颗粒度来定超声波清洗的频率，选用40KHZ超声波换能器机组，220V电源。

所述的圆锥底溢流罐1，上口宽度为1200mm，周边配有150mm溢流回收槽，桶体高度为1000mm，锥体高度为1000mm，下口配有DN65法兰盘。溢流罐体内并配有搅拌装置3，在溢流罐周边中部设有四台1KW超声波换能器机组2。

A3、溢流罐1中沉淀下来的碳化硅微粉进入甩干机8，将水分甩干至含水量10％，进入闪蒸式干燥机烘干，再经过超声波振动筛将大颗粒筛掉，包装后即可得到成品碳化硅微粉。

本发明与现有技术具有鲜明对比，现有技术会用到酸洗、碱洗过程，时间周期长，水源浪费厉害，产品容易被二次污染，而且物料流失厉害，操作具有腐蚀危险性。本发明工作周期短，产能高，容易操作，安全性高，回收率高，水源经过滤后重复利用，都是物理性质，对节能减排起到绝对性作用。

本发明与现有工艺产能成本对比，通常一吨成品碳化硅微粉要用到80公斤片碱，价格约240元，反应周期10个小时，要不停的搅拌，反应完毕要进行水洗到中性，中间需要三次搅拌洗涤(搅拌电机5.5KW)，消耗15立方水(每立方2元计)，每次沉淀时间需要8小时，中间操作换水过程要40个小时结束碱洗。再进行酸洗，每吨用硫酸80公斤，约70元，为了提升纯度通常还使用氢氟酸(属于强腐蚀性，对人体有毒害)20公斤，约100元.酸反应8小时后进行清洗到中性，需消耗15立方自来水，工作40个小时。酸碱洗涤需要搅拌时间30个小时，耗电120元(现阶段需要辅助材料成本电费水费共计600元，需要144个小时间)。再进行甩干、烘干、分级、包装(此工艺因酸碱反应后容易残留硅酸盐，碳化硅含量只达到98.5％)。现有工艺占地面积大，建设周期长，设备成本高，生产成本高。

本发明需要安装40KHZ超声波4KW，搅拌电机4KW，进物料后搅拌一小时耗电6.4元，超声波工作5个小时，耗电40元，5立方水20元(可以循环利用，全过程不超过15个小时，本阶段费用66.4元)。结束后甩干、烘干、分级、包装(本发明碳化硅纯度可达到99.4％)。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种物理法回收硅片切割废砂浆中的切割液、晶硅粉和碳化硅微粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的圆锥底溢流罐，上口宽度为1200mm，周边配有150mm溢流回收槽，桶体高度为1000mm，锥体高度为1000mm，下口配有DN65法兰盘；溢流罐体内配有搅拌装置，在溢流罐周边中部设有四台1KW超声波换能器机组。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溢流罐进水阀，调整进水流量为每小时进水800kg。