CN103773585A - 去除废砂浆再生液中铁的方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除废砂浆再生液中铁的方法，特别是去除晶体硅等硬脆性材料多线切割废砂浆再生液中铁的方法。将废砂浆经过固液分离后得到的再生液粗品，先通过曝气沉淀以及过滤分离后去除铁悬浮物，然后与除铁滤池中的除铁滤料接触反应去除游离铁形成半成品再生液，半成品再生液再经过浓缩除水得到成品再生液，并且当半成品再生液中铁含量大于2mg/kg后，对除铁滤料进行反冲洗处理。本发明工艺简单且不产生污水，变废为宝，有极大的经济效益和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及去除晶体硅等硬脆性材料多线切割废砂浆再生液中铁的方法，属于废砂浆再生处理技术领域，尤其适用于硅晶片加工工艺中的线切割浆料中切割液的除铁处理。
背景技术
随着人们对太阳能等可再生能源的日益关注和重视，太阳能光伏产业得到了迅猛的发展，国内先后涌现大批的具有国际影响力的光伏企业，随之而来的切割硅片产生的废砂浆的处理和循环利用，成为能够带来利润增长点和解决环境污染问题的关键所在。
据统计，每生产1MW的硅片，约产生57.6吨的线切割砂浆。硅片切割的过程为：碳化硅和切割液按一定比例混合，搅拌分散均匀后，经钢线携带至硅棒表面，通过碳化硅与硅棒表面的不断磨削与冲击，达到切割硅片的作用；经过切割后的砂浆中增加了从硅棒表面磨削下来的细硅粉，和钢丝经过磨削后产生的铁微粉，氧化铁及金属管路的锈蚀物，以及从空气中吸收的2-5%左右的水分。随着晶硅片产量的迅速增加，在切割过程中产生了越来越多的废砂浆。线切割砂浆是一种工业垃圾，如果不进行处理，将会对环境造成严重的污染，同时，线切割砂浆中的碳化硅微粉是一种资源类物品，线切割砂浆中的切割液可以使之再生而获得与新液有相同效果的再生切割液，如不加以回收利用这两种材料则会形成较大的资源浪费。
将废砂浆中有用的组分回收利用，比如其中的切割液回收处理成为再生液，继续用于硅片切割，将有效降低硅片切割成本，减少资源浪费。很多厂家已经开展了这样的工作，对回收液的再生做出了巨大的贡献。但很多再生工艺繁琐，导致再生液造价昂贵；而有的工艺则对切割液结构或应用性能不了解，处理效果不理想，或者处理工艺产生新的废液，污染环境，阻碍了切割液回收再生工作的大规模工业化进程。
CN102061215A公开了一种多线回收液脱色方式，通过降低黏度、絮凝脱色、多级过滤、离子交换、负压真空蒸馏五步处理，得到色度小于15度的切割液；CN101565649A公开了一种回收硅片切割液的方法，通过分离固体份、精密过滤、膜分离、离子交换、蒸发浓缩脱水五步得到回用的切割液；CN102399619A公开了一种从晶硅切割废砂浆中资源化回收液组分的方法，通过精细过滤、离子交换、脱水浓缩等步骤回收切割液组分。上述专利均使废切割液得以再生，但其工艺均未针对废切割液中所含铁进行有效处理，且其工艺复杂，再生成本较高。
硅片切割后废砂浆进行固液分离，其中液体部分约含铁20-70mg/kg，切割液中铁的存在形式包括铁的单质、氧化物，氢氧化物、游离的二价及三价铁离子。研究表明，切割液中铁包括铁单质、氧化物、氢氧化物以及铁离子的存在，会使切割液色泽加深、电导率升高，而且铁离子吸附于硅片表面还会降低下游电池片的光电转换效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种去除废砂浆再生液中铁的方法，包括如下步骤：
步骤一、曝气沉淀，将再生液粗品在曝气池内通过曝气设备进行曝气，所述再生液粗品为多线切割废砂浆经固液分离所得的含水液体部分；
步骤二、过滤分离，将步骤一中曝气沉淀后的固液混合物进行过滤分离，去除含铁沉淀物；
步骤三、将步骤二过滤分离后所得液体送至含有除铁滤料的除铁滤池中，充分接触反应，游离铁形成沉淀并被除铁滤料截留，所得液体部分即为半成品再生液，当半成品再生液中铁含量大于2mg/kg时，更换除铁滤料或者对除铁滤料进行再生处理，然后再将半成品再生液送至含有更新或经过再生处理的除铁滤料的除铁滤池中；
步骤四、除铁后的半成品再生液经过负压蒸馏除水，至含水量小于0.5%，得到成品再生液，负压蒸馏除水过程中的真空度为0~0.03Mpa，蒸馏温度为70~150℃。
步骤一中所述的曝气，其方法为压缩空气曝气和机械曝气中的一种。
步骤一中所述的曝气，其曝气时间为20~40min。
步骤二中所述的过滤分离，其方法为板框压滤、离心过滤、带式过滤中的一种。
步骤三中所述的除铁滤料由锰砂和复合陶瓷组成。
步骤三中所述的除铁滤池，其过滤精度为0.2~0.5μm。
在步骤三中，所述的半成品再生液中铁含量大于0.5mg/kg时，更换除铁滤料或者对除铁滤料进行再生处理，然后再将所述的半成品再生液送至含有更新或经过再生处理的除铁滤料的除铁滤池中。
在步骤三中，所述的对除铁滤料进行再生处理的方式采用半成品再生液或纯水进行反冲洗，过滤分离去除含铁悬浮物得以再生，反冲强度为10~20 L/s·m2，反冲洗时间10~40min，反冲洗后固液混合物直接进入曝气沉降池，再通过过滤机过滤去除其中固体物。
所述的反冲洗，其方式为单一液体反冲，气液复合反冲洗中的一种。
再生液粗品先经过曝气，将单质铁及游离铁氧化为铁氧化物或铁氢氧化物沉淀。再通过过滤分离，去除含铁沉淀物。滤出液体部分主要含有二价及三价铁离子，再经过与除铁滤料接触，由于除铁滤料具有的氧化、吸附及过滤作用，可将液中残余的铁离子全部转化为悬浮物或沉淀并通过过滤作用截留，从而得到合格的再生切割液，
本发明中除铁滤料可为石英砂、锰砂、复合陶瓷和无烟煤中的一种或者多种，除铁滤料优选的方案由锰砂和复合陶瓷组成，锰砂除铁能力强，而复合陶瓷的过滤精度高；锰砂可使再生液铁含量降至0~0.2mg/kg，复合陶瓷可使再生液铁含量降至0.2~0.5mg/kg；锰砂过滤精度为0.4~0.5μm，复合陶瓷过滤精度为0.2~0.3μm；二者混合使用，效果更佳。
本发明中除铁滤池的优选的过滤精度为0.2~0.5μm，当过滤精度小于0.2μm，过滤速度严重降低，并且会缩短滤料的再生周期；当过滤精度大于0.5μm时，则难以起到除铁效果。
随着大量铁沉淀物吸附到除铁滤料表面，过滤速度明显降低，除铁效果下降，当半成品再生液中铁含量大于0.5mg/kg时，将除铁滤料再生处理，将其表面吸附物质去除。再生方式为反冲洗，利用纯水或者经过除铁滤池的半成品再生液冲洗除铁滤池系统，所采用的反洗方式为单一液体反冲，或气液复合反冲洗。为保证再生充分，反冲洗应具有合适的强度与冲洗时间，一般反冲洗强度在10~20 L/s·m2，反冲洗时间10~40min。这是因为当强度低于10 L/s·m2或冲洗时间小于10min时，再生效果较差，不能满足所得再生品铁含量小于0.5 mg/kg，而当强度大于20 L/s·m2或冲洗时间大于40min时，将会对破坏滤料堆积结构，影响过滤精度。反冲洗下来的固体悬浮物可经过滤去除。
除铁后再生液中经过负压蒸馏去除水分，至含水量小于0.5%，即得到可直接用于再次切割使用的再生切割液。由于切割液成分与水易形成共沸物，因此蒸馏应控制温度及真空度。在本发明的真空度及温度条件下，切割液成品含水量小且蒸出馏分中含有切割液成品的有效成分少。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：在不破坏原有切割液的结构上，可以有效去除再生液中的铁元素，本发明工艺简单，且不产生污水，可使回收再生液中铁含量降至0.5mg/kg以下，满足切割使用要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明方法进一步说明。
图1是本发明方法的流程图。
本发明方法中所述再生液中铁含量测定采用ICP光谱仪测定， 具体测试方法可以参考ISO 13898-1-1997。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于下列实施例。
实施例1.
步骤一、将铁含量为35mg/kg的再生液粗品，先经过压缩空气方式曝气20min；
步骤二、将曝气后固液混合物通过板框压滤机去除沉淀；
步骤三、所得滤液正向通过装有锰砂和复合陶瓷的除铁滤池后，得到半成品再生液，此半成品再生液中铁含量检测为0.2mg/kg，该滤池过滤精度为0.2μm，进料压力范围控制在0.2Mpa以下；
步骤四、所得到去除过铁的半成品再生液进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得成品再生液。
实施例2.
步骤一、将铁含量为35mg/kg的再生液粗品，先经过压缩空气方式曝气40min；
步骤二、将曝气后固液混合物通过板框压滤机去除沉淀；
步骤三、所得滤液正向通过装有锰砂和复合陶瓷的除铁滤池，得到半成品再生液，此半成品再生液中铁含量检测为0.1mg/kg，该滤池过滤精度为0.3μm，进料压力范围控制在0.25Mpa以下；
步骤四、所得到去除过铁的半成品再生液进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得成品再生液。
实施例3.
步骤一、将铁含量为35mg/kg的再生液粗品，先经过压缩空气方式曝气30min；
步骤二、将曝气后固液混合物通过板框压滤机去除沉淀；
步骤三、所得滤液正向通过装有锰砂和复合陶瓷的除铁滤池，得到半成品再生液，此半成品再生液中铁含量检测为1.2mg/kg，更新除铁滤池中的锰砂和复合陶瓷，将半成品再生液再次通过装有更新锰砂和复合陶瓷后的除铁滤池，再次检测将此半成品再生液中铁含量为0.01mg/kg，该滤池过滤精度为0.5μm，进料压力范围控制在0.15Mpa以下；
步骤四、所得到去除铁的再生液粗品进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得再生液成品。
实施例4.
步骤一、将铁含量为35mg/kg的再生液粗品，先经过压缩空气方式曝气25min；
步骤二、将曝气后固液混合物通过离心过滤去除沉淀；
步骤三、所得滤液正向通过装有锰砂和复合陶瓷的除铁滤池，得到滤出液，此滤出液中铁含量检测为0.6mg/kg，使用含铁量0.02 mg/kg的半成品再生液单一液体反冲除铁滤池，反冲洗强度为10 L/s·m2，反冲洗10min，滤料得以再生，反冲滤池出口固液混合物通过离心过滤去除固体，再次将滤出液通过反冲洗后的除铁滤池，再次得到的滤出液含铁量为0.3mg/kg，该滤除铁池过滤精度为0.3μm，进料压力范围控制在0.3Mpa以下；
步骤四、所得到去除铁的滤出液进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得成品再生液。
实施例5.
步骤一、将铁含量为40mg/kg的再生液粗品，先经过机械曝气方式曝气30min；
步骤二、将曝气后固液混合物通过板框压滤机去除沉淀；
步骤三、所得滤液正向通过装有锰砂和复合陶瓷的除铁滤池，得到滤出液，此滤出液中铁含量检测为1.2mg/kg，使用含铁量0.02 mg/kg的半成品再生液与空气气液复合方式反冲洗除铁滤池，反冲洗强度为20L/s·m2，反冲洗40min，滤料得以再生，反冲滤池出口固液混合物通过离心过滤去除固体，再次将滤出液通过反冲洗后的除铁滤池，再次得到的滤出液含铁量为0.2mg/kg，该除铁滤池过滤精度为0.3μm，进料压力范围控制在0.15Mpa以下；
步骤四、所得到去除铁的滤出液进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得成品再生液。
实施例6.
步骤一、将铁含量为50mg/kg的再生液粗品，先经过压缩空气方式曝气30min；
步骤二、将曝气后固液混合物通过带式过滤机机去除沉淀；
步骤三、所得滤液正向通过装有复合陶瓷与锰砂的除铁滤池，得到半成品再生液，此半成品再生液中铁含量检测为0.1mg/kg，该除铁滤池过滤精度为0.2μm，进料压力范围控制在0.2~0.6Mpa；
步骤四、所得到去除铁的半成品再生液进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得回收再生液成品。
实施例7.
步骤一、将铁含量为50mg/kg的再生液粗品，先经过压缩空气方式曝气30min。
步骤二、将曝气后固液混合物通过离心过滤去除沉淀。
步骤三、所得滤液正向通过装有锰砂和复合陶瓷的除铁滤池，得到滤出液，此滤出液中铁含量检测为2.2mg/kg，使用纯水反冲洗滤池，反冲洗强度为15L/s·m2，反冲洗30min，滤料得以再生，反冲除铁滤池出口固液混合物通过离心过滤去除固体，再次将滤出液通过反冲洗后的除铁滤池，再次得到的滤出液含铁量为0mg/kg，该除铁滤池过滤精度为0.3μm，进料压力范围控制在0.3Mpa以下。
步骤四、所得到去除铁的滤出液进行减压蒸馏，至含水量小于0.5%，即得回收再生液成品。
Claims (9)
1.一种去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：其包含以下步骤：
步骤一、曝气沉淀，将再生液粗品在曝气池内通过曝气设备进行曝气，所述再生液粗品为多线切割废砂浆经固液分离所得的含水液体部分；
步骤二、过滤分离，将步骤一中曝气沉淀后的固液混合物进行过滤分离，去除含铁沉淀物；
步骤三、将步骤二过滤分离后所得液体送至含有除铁滤料的除铁滤池中，充分接触反应，游离铁形成沉淀并被除铁滤料截留，所得液体部分即为半成品再生液，当半成品再生液中铁含量大于2mg/kg时，更换除铁滤料或者对除铁滤料进行再生处理，然后再将半成品再生液送至含有更新或经过再生处理的除铁滤料的除铁滤池中；
步骤四、除铁后的半成品再生液经过负压蒸馏除水，至含水量小于0.5%，得到成品再生液，负压蒸馏除水过程中的真空度为0~0.03Mpa，蒸馏温度为70~150℃。
2.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤一中，所述的曝气方法采用压缩空气曝气和机械曝气中的一种。
3.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤一中，所述的将再生液粗品在曝气池内通过曝气设备进行曝气的曝气时间为20~40min。
4.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤二中，所述的过滤分离采用板框压滤、离心过滤、带式过滤中的一种。
5.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤三中，所述的除铁滤料由锰砂和复合陶瓷组成。
6.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤三中，所述的除铁滤池，其过滤精度为0.2~0.5μm。
7.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤三中，所述的半成品再生液中铁含量大于0.5mg/kg时，更换除铁滤料或者对除铁滤料进行再生处理，然后再将所述的半成品再生液送至含有更新或经过再生处理的除铁滤料的除铁滤池中。
8.根据权利要求1所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的步骤三中，所述的对除铁滤料进行再生处理的方式采用半成品再生液或纯水进行反冲洗，过滤分离去除含铁悬浮物得以再生，反冲强度为10~20 L/s·m2，反冲洗时间10~40min，反冲洗后固液混合物直接进入曝气沉降池，再通过过滤机过滤去除其中固体物。
9.根据权利要求7所述的去除废砂浆再生液中铁的方法，其特征在于：所述的反冲洗，其方式为单一液体反冲、气液复合反冲洗中的一种。
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