CN103359736B - 一种从晶硅切割废砂浆提纯制备碳化硅粉体的方法 - Google Patents

一种从晶硅切割废砂浆提纯制备碳化硅粉体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用晶硅切割废砂浆提纯制备碳化硅粉体的方法,具体过程为:首先,向晶硅切割废砂浆中加入有机溶剂,溶解废砂浆中的聚乙二醇,过滤并烘干滤饼;然后,研磨滤饼成粉状,加入稀盐酸反应,反应完全后过滤,除去微量的金属杂质,得到硅与碳化硅的混合粉体;接下来,向混合粉体中加入过量碳源,并通过机械球磨使粉体均匀混合;最后,在一定温度范围内,真空或惰性气氛热处理混合粉体使硅与碳发生碳化反应,反应完全后在空气中除去残留碳,最终得到高纯碳化硅粉体。本发明简化了传统晶硅切割废砂浆回收方法中复杂的工艺流程,并通过较为简单的方法使晶硅切割废砂浆中的硅最终全部转化为碳化硅,使资源得以再利用,并且减少了环境污染。

Description

一种从晶硅切割废砂浆提纯制备碳化硅粉体的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种将晶硅切割废砂浆提纯后所得硅与碳化硅的混合物全部转化为碳化硅粉体的方法。若是将废砂浆中主要成分全部转化为碳化硅粉体,则可重新用于硅片的切割加工,也可以作为生产碳化硅及其复合陶瓷的原料。本发明属于太阳能光伏行业硅片切割废砂浆的回收再利用领域。
背景技术
[0002]碳化硅是重要的特种陶瓷原料,在工业生产中应用广泛,把晶硅切割废砂浆“变废为宝”,从中提纯制备碳化硅粉体意义重大。
[0003]传统的晶硅切割废砂浆普遍是采用蒸馏的方法回收聚乙二醇,然后用离心等方法从废砂浆中分别回收硅与碳化硅,再将所得到的硅与碳化硅进行分别利用;或是除去聚乙二醇后,通过加入酸和碱的方法分别除去金属元素以及硅,最终得到碳化硅进行利用。
[0004] 如CN200610029378.X所公开的,2008年,金柏林,陈钧,陈丕烈,发明了一种切割料液的回收利用方法,将废砂浆用盐酸处理,用加热的方法进行固液分离,将液体进行冷却、脱水,回收得到聚乙二醇,然后将得到的粗固体进行处理,最后得到硅和碳化硅。
[0005] 另外,如CN200710117665.0所公开的,2008年,周寿赠,周正,曹孜,发明了单晶与晶体硅切割浆料回收技术,将浆料加热至35-85°C,搅拌后打入微孔过滤机进行固液分离,在上述过程中加压,通过一次膜过滤回收聚乙二醇,然后将滤渣用清水浸泡,再进行碱洗和酸洗得到碳化硅,将碳化硅经加热、干燥、冷却后得到碳化硅微粉,然后进行分级回收。
[0006]然而,上述传统回收工艺中分别提取混合物中的硅与碳化硅的方法使得回收工艺复杂化、耗费了大量酸碱等资源。并且,硅的回收难度很大,如果将二者分别回收,则使得硅的回收率较低,也减少了碳化硅的产出。
发明内容
[0007]本发明的目的在于提出一种方法来简化晶硅切割废砂浆传统回收方法中对硅与碳化硅分别提取的复杂过程,且使得晶硅切割废砂浆能够直接制备碳化硅。该方法仅需对晶硅切割废砂浆进行初步提纯,得到硅与碳化硅的混合粉体;再通过添加无机或有机碳源,并在较高温度使硅与碳反应生成碳化硅;最后烧掉产物中的残留碳得到高纯度碳化硅。
[0008]按照本发明提供的的技术方案,所述利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法包含以下步骤:
[0009] (I)称取一定量的晶硅切割废砂浆,加入足量有机溶剂,在常温下搅拌,使废砂浆中聚乙二醇与有机溶剂充分溶解,得到混合溶液。
[0010] (2)将混合溶液过滤,得到除去聚乙二醇、水和有机溶剂的切割废浆料(主要包括微量金属元素、娃与碳化娃)。
[0011] (3)所得废料中加入过量稀酸并在水浴锅中搅拌,使稀酸与金属元素充分反应,得到含有金属盐、酸、硅与碳化硅的混合溶液。
[0012] (4)为了洗去混合溶液中的金属盐和过量酸,在混合溶液中加入足量去离子水,搅拌、过滤,将滤饼放入烘箱中烘干,得到硅与碳化硅混合物。
[0013] (5)向混合物中加入过量碳源,球磨后得到均勾混合粉体。
[0014] (6)在真空烧结设备中,真空或惰性气氛下,在较高温度使硅与碳完全反应。
[0015] (7)在空气中,将反应产物加热,烧掉残留碳,得到高纯碳化硅。
[0016]根据本发明提供的的技术方案,所述晶硅切割废砂浆主要来源是太阳能级晶硅切割加工过程中所得到的的副产物。
[0017]根据本发明提供的的技术方案,所述回收的高纯碳化硅主要用于硅片的切割加工、碳化硅及其复合陶瓷的制备。
[0018]根据本发明提供的的技术方案,所述有机溶剂主要包括无水乙醇,固液比为1:10,搅拌温度为常温,搅拌时间为0.5-lh。
[0019]根据本发明提供的的技术方案,所述稀酸主要为稀盐酸,浓度为10-30%。反应温度为水浴条件下50_90°C,反应时间为l_3h;清洗时使用去离子水,清洗温度为常温,清洗后得到硅与碳化硅混合物。
[0020]根据本发明提供的的技术方案,所述过滤所得滤饼在烘箱中烘干温度为80-120°C,烘干时间l_3h。
[0021]根据本发明提供的的技术方案,所述碳源为无机碳源或有机碳源,碳与混合粉体质量比为1:10-1:5。
[0022]根据本发明提供的的技术方案,所述球磨设备为振动式球磨机、搅拌式球磨机和行星式球磨机等,球料比为20:1-5:1,球磨时间为5_20h。
[0023]根据本发明提供的的技术方案,所述真空烧结设备为真空烧结炉或真空管式炉,烧结条件为1100-1500°C,升温时间为l_1.5h,保温时间为l-4h,真空度为6.0X10—3-6.0X10—1Pa,或惰性气体流量为50ml/min-500ml/min;空气中除碳温度为600-700°C,升温时间为
0.5-111,保温时间为1-311。
[0024]本发明的优点是:可以简化传统的晶硅切割废砂浆回收方法中复杂的工艺流程,通过较为简单的方法使晶硅切割废砂浆中主要成分最终全部转化为碳化硅,使资源再利用,并且减少环境污染。
附图说明
[0025]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0026]图1是本发明的操作流程图。
[0027]图中矩形框内为实验样品,序号后为操作方法。
具体实施方式
[0028]具体实施方式包含以下步骤:
[0029] (I)称取一定量的晶硅切割废砂浆,加入足量有机溶剂,在常温下搅拌,使废砂浆中聚乙二醇与有机溶剂充分溶解,得到混合溶液。
[0030] (2)将混合溶液过滤,得到除去聚乙二醇、水和有机溶剂的切割废浆料(主要包括微量金属元素、娃与碳化娃)。
[0031] (3)所得废料中加入过量稀酸并在水浴锅中搅拌,使稀酸与金属元素充分反应,得到含有金属盐、酸、硅与碳化硅的混合溶液。
[0032] (4)为了洗去混合溶液中的金属盐和过量酸,在混合溶液中加入足量去离子水,搅拌、过滤,将滤饼放入烘箱中烘干,得到硅与碳化硅混合物。
[0033] (5)向混合物中加入过量碳源,球磨后得到均匀混合粉体。
[0034] (6)在真空烧结设备中,真空或惰性气氛下,在较高温度使硅与碳完全反应。
[0035] (7)在空气中,将反应产物加热,烧掉残留碳,得到高纯碳化硅。
[0036] 实施例1
[0037] 取20g切割废砂浆,加入220ml无水乙醇,搅拌0.5h。将所得混合液过滤,取滤饼于烧杯中。加入浓度为1 %的盐酸,水浴(85°C)搅拌1.5h,过滤取滤饼。将滤饼放置于干燥箱中于80°C烘干,烘干时间为2h ο得硅与碳化硅混合物13.4g,加入葡萄糖50g,取球400g,行星球磨10h。球磨后取料放置于真空烧结炉中,抽真空到7.0X 10—3Pa后开始以15°C/min的速度升温至1100°C,保温3h,最后随炉自然降温至室温,并在650°C下进行除碳,得高纯碳化硅12.42g0
[0038] 实施例2
[0039] 取40g切割废砂浆,加入41 Oml无水乙醇,搅拌0.5h。将所得混合液过滤,取滤饼于烧杯中。加入浓度为20 %的盐酸,水浴(75°C)搅拌Ih,过滤取滤饼。将滤饼放置于干燥箱中于95°C烘干,烘干时间为2h。得硅与碳化硅混合物28g,加入活性炭8g,取球360g,搅拌球磨15h。球磨后取料放置于真空烧结炉中,抽真空到2.0X 10—2Pa后开始以15°C/min的速度升温至1300°C,保温2h,最后随炉自然降温至室温,并在700°C下进行除碳,得高纯碳化硅26.73g0
[0040] 实施例3
[0041] 取SOg切割废砂浆,加入800ml无水乙醇,搅拌lh。将所得混合液过滤,取滤饼于烧杯中。加入浓度为30 %的盐酸,水浴(80°C)搅拌1.5h,过滤取滤饼。将滤饼放置于干燥箱中于110°C烘干,烘干时间为3h。得娃与碳化娃混合物57g,加入炭黑16g,取球700g,振动球磨16h。球磨后取料放置于真空管式炉中,氩气流量为300ml/min,以15°C/min的速度升温至1450°C,保温2.5h,最后随炉自然降温至室温,并在700°C下进行除碳,得高纯碳化硅56.77g0

Claims (9)

1.一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于按照以下步骤进行: (1)称取一定量的晶硅切割废砂浆,加入足量有机溶剂,在常温下搅拌,使废砂浆中聚乙二醇与有机溶剂充分溶解,得到混合溶液; (2)将混合溶液过滤,得到除去聚乙二醇、水和有机溶剂的切割废浆料,所述切割废浆料主要包括微量金属元素、娃与碳化娃; (3)所得废料中加入过量稀酸并在水浴锅中搅拌,使稀酸与金属元素充分反应,得到含有金属盐、酸、硅与碳化硅的混合溶液; (4)为了洗去混合溶液中的金属盐和过量酸,在混合溶液中加入足量去离子水,搅拌、过滤,将滤饼放入烘箱中烘干,得到硅与碳化硅混合物; (5)向混合物中加入过量碳源,球磨后得到均匀混合粉体; (6)在真空烧结设备中,真空或惰性气氛下,在1100°C〜1500°C下使硅与碳完全反应; (7)在空气中,将反应产物加热,烧掉残留碳,得到高纯碳化硅。
2.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述晶硅切割废砂浆主要来源是太阳能级晶硅切割加工过程中所得到的副产物。
3.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述高纯碳化硅主要用于硅片的切割加工、碳化硅及其复合陶瓷的制备。
4.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述有机溶剂主要为无水乙醇,固液比为1:10,搅拌温度为常温,搅拌时间为0.5-lh。
5.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述稀酸主要为稀盐酸,浓度为10-30%,反应温度为水浴条件下50-90°C,反应时间为l_3h;清洗时使用去离子水,清洗温度为常温,清洗后得到硅与碳化硅混合物。
6.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述过滤所得滤饼在烘箱中烘干温度为80-120°C,烘干时间I _3h。
7.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述碳源为无机碳源或有机碳源,碳与混合粉体质量比为1:10-1: 5。
8.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述球磨设备为振动式球磨机、搅拌式球磨机和行星式球磨机,球料比为20:1-5:1,球磨时间为5-20ho
9.如权利要求1所述的一种利用晶硅切割废砂浆生产碳化硅的方法,其特征在于,所述真空烧结设备为真空烧结炉或真空管式炉,烧结条件为1100-1500°C,升温时间为l_1.5h,保温时间为l_4h,真空度为6.0 X 10—3-6.0 X KT1Pa,或惰性气体流量为50-500ml/min ;空气中除碳温度为600-700°C,升温时间为0.5-lh,保温时间为1-3h。
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