CN104591666B - 一种多晶硅废渣资源化处理方法 - Google Patents

一种多晶硅废渣资源化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多晶硅废渣资源化利用制备建筑砌块及方法，该方法是以多晶硅废渣和尾矿砂为主要原料，配以石灰，经轮碾均匀后模压成型，并通过蒸压养护制备的一种免烧型建筑砌块。原料各组分及其质量百分比为多晶硅废渣39.5～56.0％，尾矿砂30.0～52.4％，石灰8.0～14.0％。本发明制备建筑砌块时硅质材料全部使用未经处理的原状多晶硅废渣，集料全部采用尾矿砂，废渣利用率高达86％以上，而且制备过程无需高温煅烧，具有“吃渣”量高、节能降耗等突出的特性，经济效益和社会效益良好，应用前景十分广阔。

Description

一种多晶硅废渣资源化处理方法
技术领域
本发明涉及的是一种多晶硅废渣资源化利用制备建筑砌块及方法，属于废渣资源化利用领域。
背景技术
多晶硅废渣是处理多晶硅生产污水过程中沉积的一种工业固体废弃物，主要成分是单质硅，少量的CaCO3、含Al、Fe的非定型物和处理污水时使用的絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)。多晶硅是极为重要的优良半导体材料，在电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录像机、电子计算机等基础材料，此外多晶硅还是光伏产业的支柱材料。随着国家可持续发展战略的深入，我国的多晶硅产量从2003年的400wt跃迁到2013年的8.4×104wt，然而每生产1t多晶硅就会产生7t左右的废弃物，因此处理数量如此巨大的多晶硅固体废渣必然成为发展多晶硅产业的一个重要课题。由于多晶硅废渣中包含有机物等杂质，对其回收利用起到了限制，现在主要的处理手段就是填埋和堆放。多晶硅废渣的堆放已严重危害周边的环境，如大气、土壤、地下水等，多晶硅废渣堆放的地方几乎寸草不生。随着国家对环境保护力度的加大和公民的环保意识增强，堆放和填埋的处理方式显然已经不满足社会的发展和需要。目前尚未有效大规模处理该废弃物的方式，严重的阻碍了多晶硅产业的发展，找出一条科学有效的处理方式，并对其资源化，具有十分重要的意义。基于多晶硅废渣的排放与堆积给社会带来的压力以及国家建设对建筑材料的需求，提出将多晶硅废渣用于建筑材料的制备，将具有以下重大意义：一是高效率的消耗多晶硅废渣，解决其带来的环境污染问题，增强多晶硅行业可健康持续发展能力；二是避免多晶硅废渣堆积侵占土地，并消耗掉已堆积的多晶硅废渣，释放出占据的土地，缓解我国土地面积紧张的状况，具有重大的现实意义；三是充分利用多晶硅废渣生产多建筑砌块，满足社会建设对建材的需求，尤其是对新型建筑材料的需求；四是变废为宝，节约宝贵的自然资源，具有良好的经济效益和长远的社会效益，造福于后代子孙。
目前，我国的耕地面积不断减少，粘土资源非常紧张，而作为传统建筑砌块的烧结粘土砖的生产需要消耗大量的粘土和煤炭资源，同时在生产过程中会排放大量的CO2和粉尘等污染物，因此传统烧结粘土砖并不符合国家的可持续发展战略，已经受到了政府部门的限制。然而，我国目前正处于基础建设的高峰期，对建筑材料的需求是不言而喻的。2006年，我国新型墙体材料总产量达到3850亿块标准砖，占墙体材料总量的46％，而且应用范围不断扩大。全国已建成节能住宅11亿平方米，综合利用各种工业废弃物11.06亿吨，以生产新型建筑材料来消耗工业废弃物表现出巨大的优势。这为以多晶硅废渣为原料制备建筑砌块提供了机遇和空间。多晶硅废渣制备的建筑砌块用渣量大，不仅有效的利用了多晶硅生产过程中的副产物，使其变废为宝，解决了堆放和填埋多晶硅废渣所带来的环境污染问题，而且制备的建筑砌块是在160～200℃下蒸压养护，于烧结粘土砖(900～1100℃)相比，耗能低，设备投资小，符合国家的可持续发展战略。因此，有必要对多晶硅废渣进行资源化再利用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种多晶硅固体废渣资源化处理方法，根据材料学中的活性激发原理，利用多晶硅废渣制备建筑砌块，从而为解决多晶硅废渣的排放和堆积带来的环境污染问题提供一种技术途径，同时还能生产出性能优异的建筑砌块，满足市场对新型建筑材料的需求。
技术方案：本发明的建筑砌块运用碱激发原理和石灰水化结晶原理在多晶硅废渣中掺入石灰，通过模压成型和蒸压工艺，研发出高强、低成本的免烧型建筑砌块，为我国大量堆积的多晶硅固体废渣的资源化利用提供新思路和新技术，并可促进我国建筑制品的发展，具有重要的理论意义和显著的工程应用价值，市场前景十分广阔。
该材料各组分的质量百分比为：
多晶硅废渣39.5％～56.0％
尾矿砂30.0％～52.4％
石灰8.0％～14.0％；
所述多晶硅废渣是多晶硅生产过程中排放的一种固体废弃物。
所述石灰是未经过熟化的生石灰或熟化后的消石灰。
所述尾矿砂是铁矿、铜矿、铅锌矿、钼矿、钨矿等金属矿尾砂中的任一种。。
本发明提供的利用多晶硅废渣制备建筑砌块的方法为：首先按配方比例称取所需的多晶硅废渣、石灰和尾矿砂干搅至均匀混合；然后按原材料总质量的8.0％-14％比例将水缓慢加入到混合均匀的粉料中，轮碾至均匀的潮湿散粒状态；消化0～5小时；将消化后潮湿散状物填满模具，在10～20MPa成型压力下进行模压成型；在160～200℃条件下进行蒸压养护，养护时间4～8小时。
有益效果：(1)制备建筑砌块消耗了大量的多晶硅废渣和尾矿砂，废渣利用率达86％以上，变废为宝，化污染源为可用资源，具有显著的节能环保效益；(2)制备勿需高温，在160～200℃蒸压养护条件下合成，与高温烧结砖(900～1100℃)相比，能耗低、设备投资小，操作简单方便。综合运用上述技术制备的多晶硅废渣建筑砌块，国内外尚无此类产品。
具体实施方式
结合本发明提供以下实施例：
实施例1：
多晶硅废渣39.5％
尾矿砂52.4％
石灰8.0％
按配方比例称取所需的多晶硅废渣、石灰和尾矿砂干搅至均匀混合，按原材料总质量的13％比例将水缓慢加入到混合均匀的粉料中，轮碾至均匀的潮湿散粒状态，然后消化3小时；将消化后潮湿散状物填满模具，在20MPa下进行模压成型；在190℃条件下进行蒸压养护，蒸压时间8小时。
测得其性能如下：
抗压强度为10.7MPa，抗折强度为3.1MPa
实施例2：
多晶硅废渣56.0％
尾矿砂30.0％
石灰14.0％
按配方比例称取所需的多晶硅废渣、石灰和尾矿砂干搅至均匀混合，按原材料总质量的14％比例将水缓慢加入到混合均匀的粉料中，轮碾至均匀的潮湿散粒状态，然后消化3小时；将消化后潮湿散状物填满模具，在20MPa下进行模压成型；在190℃条件下进行蒸压养护，蒸压时间8小时。
测得其性能如下：
抗压强度为11.7MPa，抗折强度为2.8MPa
实施例3：
多晶硅废渣48.0％
尾矿砂40.0％
石灰12.0％
按配方比例称取所需的多晶硅废渣、石灰和尾矿砂干搅至均匀混合，按原材料总质量的14.8％比例将水缓慢加入到混合均匀的粉料中，然后消化3小时；将消化后潮湿散状物填满模具，在20MPa下进行模压成型；在190℃条件下进行蒸压养护，蒸压时间8小时。
测得其性能如下：
抗压强度为10MPa，抗折强度为2.6MPa
实施例4：
多晶硅废渣40.0％
尾矿砂50.0％
石灰10.0％
按配方比例称取所需的多晶硅废渣、石灰和尾矿砂干搅至均匀混合，按原材料总质量的9.6％比例将水缓慢加入到混合均匀的粉料中，轮碾至均匀的潮湿散粒状态，然后消化3小时；将消化后潮湿散状物填满模具，在20MPa下进行模压成型；在190℃条件下进行蒸压养护，蒸压时间8小时。
测得其性能如下：
抗压强度为11.4MPa，抗折强度为2.8MPa。

Claims (6)

1.一种利用多晶硅废渣制备的建筑砌块，其特征在于，该建筑砌块的
各组分质量百分比为：
多晶硅废渣39.5％～56.0％
尾矿砂30.0％～52.4％
石灰8.0％～14.0％；
其中：所述多晶硅废渣是多晶硅生产过程中排放的一种工业固体废弃物，主要成分是单质硅、少量碳酸钙以及含Al、Fe的非定型相。
2.根据权利要求1所述的利用多晶硅废渣制备的建筑砌块，其特征在于，所述石灰是未经过熟化的生石灰或熟化后的消石灰。
3.根据权利要求1所述的利用多晶硅废渣制备的建筑砌块，其特征在于，所述尾矿砂是铁矿、铜矿、铅锌矿、钼矿、钨矿金属矿尾砂中的任一种。
4.一种如权利要求1所述的利用多晶硅废渣制备的建筑砌块的制备方法，其特征在于，首先按配方比例称取所需的多晶硅废渣、石灰和尾矿砂均匀混合；然后按原材料总质量的8.0％-14％比例将水缓慢加入到混合均匀的粉料中，轮碾至均匀的潮湿散粒状态；消化0～5小时；将消化后潮湿散状物填满模具，在10～20MPa成型压力下进行模压成型。
5.根据权利要求4所述的利用多晶硅废渣制备的建筑砌块的制备方法，其特征在于，成型后的砌块采用蒸压养护。
6.根据权利要求5所述的利用多晶硅废渣制备的建筑砌块的制备方法，其特征在于，所述的蒸压养护是160～200℃条件下的蒸压养护，养护时间4～8小时。
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Assignee: Jiangsu cited building materials Polytron Technologies Inc

Assignor: Southeast University

Contract record no.: 2017320000025

Denomination of invention: Resourceful treatment method for waste polycrystalline-silicon residues

Granted publication date: 20160803

License type: Exclusive License

Record date: 20170302