CN105385807A - 硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法，首先将硅片切割时产生的废砂浆进行回收，将聚乙二醇提取出来另用，剩余的含有碳化硅和硅粉的浆料制成滤饼，晾晒至水分小于10%后，破碎成粒度小于3mm的颗粒料，经化学分析确定其中的总硅含量后分类库存待用；称取粘合剂和润湿剂，与颗粒料混合后制成粒径小于50mm的坯料，入炉烘焙，待其水分小于2%时冷却出炉，得到理化指标为：T_Si=30~70%，Tc=10~25%，S≤0.1%，H₂O≤2%的复合硅碳球成品。本发明制造工艺简单，实现了硅片切割加工过程中产生的副产品-废砂浆中所含资源的综合利用，大大减少了环境污染，产生了较大的经济效益和社会效益。

Description

硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法及其应用

技术领域

本发明涉及太阳能、电子行业硅片切割加工过程中产生的副产品---废砂浆的回收利用技术，尤其是涉及一种硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法，本发明还涉及该复合硅碳球在炼钢时作为复合脱氧剂的应用。

背景技术

在太阳能及电子行业中，工业切割硅棒时会排放出大量含有聚乙二醇、碳化硅和多晶硅粉的废砂浆，废砂浆中以多晶硅的价值最大。按理论计算，切割时会有44%的多晶硅被切磨成高纯硅粉进入切割液中，而实际加工中多晶硅会以高达50~52%的比例以硅粉的形式损失掉，造成了极大的浪费。

从目前研究人员对硅片切割废砂浆的回收利用情况来看，多是对废砂浆中的聚乙二醇和碳化硅进行的回收，其效果较为理想，已实现工业化处理，但是对废砂浆中的高纯硅的回收利用却并不理想。为提高废砂浆中高纯硅的回收利用，相关科研院所和企业的研究人员也投入了很大的财力物力相继进行了探索和研究，虽然取得了一定的效果，但至今为止并未见到工业化利用的报道。

太阳能级多晶硅是通过极高的能耗和高昂的成本制得的，如果能将硅片切割时废弃的砂浆中的多晶硅加以回收并综合利用，不仅能大大减少环境污染，提高资源利用率，还将产生巨大的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法，本发明还提供该复合硅碳球在炼钢时作为复合脱氧剂的应用。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法包括下述步骤：

第一步，将硅片切割时产生的废砂浆进行回收，按常规方法将其中的聚乙二醇提取出来另用，得到含有碳化硅和硅粉的浆料；

第二步，将第一步的浆料制成滤饼，晾晒至水分小于10%后，破碎成粒度小于3mm的颗粒料，经化学分析确定其中的总硅含量后分类库存待用；

第三步，称取粘合剂和润湿剂，与第二步制成的颗粒料混合后制成粒径小于50mm的坯料，入炉烘焙，待其水分小于2%时冷却出炉，得到复合硅碳球成品；

第四步，烘焙好的复合硅碳球成品筛去不合格的颗粒后送检并包装入库，成品复合硅碳球的理化指标为：T_Si=30~70%，Tc=10~25%，S≤0.1%，H₂O≤2%。

本发明所用的粘合剂包括有机粘合剂和无机粘合剂，其中有机粘合剂包括糊精、淀粉、羧甲基纤维素或聚乙烯醇等，无机粘合剂包括铝酸盐水泥、硅酸盐水泥或硅酸钠等。

本发明所用的润湿剂包括水以及糊精、聚乙烯醇、氢氧化钠或羧甲基纤维素的水溶液。

本发明制造的复合硅碳球在炼钢时作为复合脱氧剂的应用。

本发明的优点在于制造工艺简单，实现了硅片切割加工过程中产生的副产品---废砂浆中所含资源的综合利用，大大减少了环境污染，产生了较大的经济效益和社会效益。同时本发明制成的复合硅碳球可根据炼钢时的实际需求作为复合脱氧剂加入其中，从而取代原来脱氧合金化使用的硅铁和部分硅铁及增碳剂，以及精炼炉使用的电石、硅铁粉、碳化硅、硅碳粉等，大大降低了炼钢成本。

本发明制得的复合硅碳球的脱氧机理为：

由于复合硅碳球中的碳化硅和硅粉均为冶金行业炼钢用脱氧剂，在钢水或钢水表面的渣层中有氧（包括O₂和FeO）存在时，有下述反应进行：

SiC+3FeO=3Fe+SiO₂+CO

SiC+3/2O₂=SiO₂+CO

Si+2FeO=2Fe+SiO₂

Si+O₂=SiO₂

从以上反应式可以看出，碳化硅和硅都能与钢水及渣层中的游离氧和FeO反应，有效的降低了钢水中的氧含量，在炼钢温度范围内，上述反应均可以进行，且均为放热反应，热量被钢水吸收，从而达到给钢水提温的目的，故本发明的复合硅碳球还可作为钢水提温剂。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做更加详细的说明。

实施例1

回收硅片切割时产生的废砂浆,将其中含有的聚乙二醇提取出来（提取出的聚乙二醇可重复使用），剩余的浆料制成滤饼，晾晒至水分小于10%后，破碎成粒度小于3mm的颗粒料，化学分析确定颗粒料中的总硅含量为T_Si=61%，总碳含量为Tc=20%；按颗粒料总量的4%称取粘合剂羧甲基纤维素，与上述颗粒料一起送入轮碾混料机中充分混合，加水适量混合为成型料，采用对辊压球机中制成粒径小于50mm的球坯，入烘干炉，升温至120~150℃进行烘焙，当球坯水分小于2%时，冷却出炉，出炉温度为40~60℃，得到T_Si=58%，Tc=19%，S≤0.1%，H₂O≤2%，余量包含二氧化硅等杂质的复合硅碳球成品。

该复合硅碳球作为炉外精炼脱氧剂使用，吨钢成本为2.05元，与原工艺使用的硅铁粉的吨钢成本4.15元相比，每吨降低炼钢成本2.10元。

实施例2

采用与实施例1基本相同的工艺，化学分析确定破碎成粒度小于3mm的颗粒料的总硅含量为T_Si=56%，总碳含量为Tc=18%，粘合剂采用有机粘合剂糊精，添加量为总颗粒料的4%，得到T_Si=53%，Tc=17%，S≤0.1%，H₂O≤2%，余量包含二氧化硅等杂质的复合硅碳球成品。

该复合硅碳球在某钢厂转炉冶炼HRB400钢种时作为脱氧合金化与增碳剂配合使用，吨钢成本为14.85元，与原工艺使用硅铁＋增碳剂的吨钢成本16.70元相比，每吨降低炼钢成本1.85元。

该复合硅碳球作为某钢厂转炉冶炼HRB400钢种脱氧合金化与C50和SiC20预脱氧增碳剂配合使用时，吨钢成本为13.95元，与原工艺使用硅铁＋增碳剂的吨钢成本16.70元相比，每吨降低炼钢成本2.75元。

实施例3

采用与实施例1基本相同的工艺，化学分析确定破碎成粒度小于3mm的颗粒料的总硅含量为T_Si=42%，总碳含量为Tc=14%，其中粘合剂采用无机粘结剂硅酸盐水泥，添加量为总颗粒料的8%，烘焙时升温至200~300℃进行干燥，得到T_Si=38%，Tc=12%，S≤0.1%，H₂O≤2%，余量包含二氧化硅等杂质的复合硅碳球成品。

该复合硅碳球作为某钢厂120t转炉在铁水硅含量＜0.8%或倒炉钢水温度偏低时使用，添加500kg复合硅碳球可提高温度35~40℃。每加500kg复合硅碳球可多加废钢4~4.5吨，减少了铁水和提温用铁合金用量，降低了炼钢成本。

Claims (4)

1.一种硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步，将硅片切割时产生的废砂浆进行回收，按常规方法将其中的聚乙二醇提取出来另用，得到含有碳化硅和硅粉的浆料；

第二步，将第一步的浆料制成滤饼，晾晒至水分小于10%后，破碎成粒度小于3mm的颗粒料，经化学分析确定其中的总硅含量后分类库存待用；

第三步，称取粘合剂和润湿剂，与第二步制成的颗粒料混合后制成粒径小于50mm的坯料，入炉烘焙，待其水分小于2%时冷却出炉，得到复合硅碳球成品；

第四步，烘焙好的复合硅碳球成品筛去不合格的颗粒后送检并包装入库，成品复合硅碳球的理化指标为：T_Si=30~70%，Tc=10~25%，S≤0.1%，H₂O≤2%。

2.根据权利要求1所述的硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法，其特征在于：所述粘合剂包括有机粘合剂和无机粘合剂，其中有机粘合剂包括糊精、淀粉、羧甲基纤维素或聚乙烯醇，无机粘合剂包括铝酸盐水泥、硅酸盐水泥或硅酸钠。

3.根据权利要求1所述的硅片切割废砂浆制造复合硅碳球的方法，其特征在于：所述润湿剂包括水以及糊精、聚乙烯醇、氢氧化钠或羧甲基纤维素的水溶液。

4.权利要求1制造的复合硅碳球在炼钢时作为复合脱氧剂的应用。