CN106430210A - 一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法。该方法利用物理除铁与化学除硅相结合达到去除碳化硅微粉中铁、硅杂质的目的。具体过程包括：将雷蒙磨粉机细碎后的碳化硅微粉与去离子水进行混合造浆；对所得的碳化硅微粉料浆中添加分散剂搅拌分散处理；将分散所得的碳化硅微粉料浆打入电磁磁选机进行磁选除铁；然后将除铁提纯后的碳化硅微粉料浆加水洗涤；再向碳化硅微粉料浆中加酸进行酸浸；最后过滤得到提纯的碳化硅微粉料浆。本方法操作简单、生产效率高、成本低、减少了化学品的使用，环境效益好。处理后的碳化硅微粉产品质量稳定且技术指标符合工艺要求，适合工业化生产。

Description

一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法

技术领域

本发明涉及一种除去碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，特别涉及一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)俗称金刚砂，因其具有强度高、硬度高、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、高热导和热稳定性好等优异的性能，在抛光砂轮、多线切割等磨削领域以及在机械电子、能源环保、电子半导体等非磨削领域得到广泛的应用。近年来，随着全球温室效应和常规能源危机的加剧，太阳能作为可再生能源，其具有的无限性和环保性优势，促使光伏产业成为目前最具成长性的行业之一，与此同时光伏行业的高速发展，势必刺激与之配套的太阳能晶硅线切割用碳化硅微粉的市场需求。

在工业生产中碳化硅的冶炼多采用碳热还原法，以石英砂、焦炭、木屑和工业盐为基础材料，在电阻炉中高温冶炼而成。在冶炼及制粉过程之中，由于冶炼原料的反应不完全、设备磨损等原因使得加工而成的碳化硅微粉中存在单质铁及其氧化物、硅、二氧化硅、游离碳等杂质。它们的存在严重影响了SiC的物理化学性能和使用效果。因此，对碳化硅微粉的除杂非常重要。

北京科技大学申请的专利，专利申请号201510509638.2文献中已经公布碳化硅微粉提纯除杂工艺，是一种多晶硅和单晶硅线切割废料中杂质铁的去除方法，切割废料中大约含有25％的高纯硅，40％的碳化硅磨料，30％的聚乙二醇和水，还有铁和一些其他的杂质，该方法仅除铁不除硅，且溶液中还有聚乙二醇有机物，去除铁方法复杂且成本高。河南易成新能源股份有限公司的专利，专利号201410101307.0也公开了一种除铁方法，碳化硅粉体料浆置于频率为25～60KHz超声波下震荡处理20～30分钟后，再用旋振筛进行筛分，也不除硅。现有工艺通过单一除铁装置虽然能够除去碳化硅微粉中的部分单质铁杂质，但对于三氧化二铁及硅杂质并不能起到良好的去除作用，存在着一定的局限性。通过直接混合酸浸法或者先碱洗再酸洗、先酸洗再碱洗的方法，虽然能够直接去除碳化硅微粉中的铁、硅杂质，但需消耗大量的酸、碱及水。本发明通过物理、化学相结合，去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，不但可以保证提纯后碳化硅微粉的质量，而且提高了生产效率，大大减少酸的使用，污水的产生。

发明内容

为此，本发明提供了一种解决上述问题的一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法。技术方案包括以下步骤：

(1)造浆：将雷蒙磨粉机粉磨后粒径D₃≤14.8μm、D₉₄≥4.8μm的碳化硅微粉与去离子水进行均匀搅拌25～35min，配制成质量浓度为20～35％的碳化硅微粉料浆；

(2)分散处理：向上述配制的均匀碳化硅微粉料浆中，添加碳化硅微粉质量分数为0.1～1.5％的分散剂，均匀搅拌35～45min；

(3)电磁除铁：将上述分散所得的碳化硅微粉料浆利用泵以4.5～5m³/h流量打入电磁磁选机进行除铁，分别得到提纯后的碳化硅微粉料浆及富含铁的碳化硅微粉料浆；

(4)清洗：将上述除铁提纯后的碳化硅微粉料浆，加去离子水搅拌均匀后，自由沉降0.5～2h，虹吸抽取上层细粒及漂浮在表层的游离碳，然后反复加去离子水洗涤2～4遍至碳化硅微粉料浆pH值至7～9，此时调整碳化硅微粉料浆的质量浓度为45～50％；

(5)酸浸：将上述清洗后的碳化硅微粉料浆中加入碳化硅微粉质量分数0.5～1.0％的酸浸液，搅拌反应1.5～4h，使硅杂质或者电磁除铁不能完全除去的少量的三氧化二铁完全反应；

(6)过滤：将上述酸浸所得的碳化硅微粉料浆，通过水平带式真空过滤机进行过滤，得到pH值至6～7的碳化硅粉粉合格料浆。

上述方法中，所述均匀搅拌，搅拌器转速为300～500r/min。

上述方法中，所述分散剂为焦磷酸钠、六偏磷酸纳中的一种或两种组合。

上述方法中，所述电磁磁选机，型号为CXE-200加强型，磁场强度为25000～30000GS，上料时间为3～10min，清洗时间为5-20s，除铁率为90～98％。

上述方法中，所述酸浸液为0.5-1.0％氢氟酸或者45-50％氢氟酸与98％硫酸按重量比1∶3的混合物，均为管道加酸可精确计量。

经雷蒙磨粉后的碳化硅微粉中碳化硅含量一般在98％以上，铁杂质含量小于0.7％，硅杂质含量小于0.5％。

本发明提纯后的碳化硅微粉，碳化硅含量大于98.5％，铁杂质含量小于0.15％，硅杂质含量小于0.1％，符合行业标准。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明操作简单，自动化程度高，降低了工作强度，工艺连贯性好，提高了工作效率；

(2)本发明减少了化学品的使用，污水的产生，节约了成本，环境效益好；

(3)本发明清洗及过滤除酸的水，可以分别收集进行再次造浆及酸浸重复利用；

(4)本发明在清洗阶段对碳化硅微粉中游离碳及细粒也起到一定的去除作用，为后续加工处理节省了时间；

(5)本发明通过电磁除铁方式将含铁量高的碳化硅微粉逐步富集，再进行统一处理得到碳化硅微粉，以提高产品的利用率，降低料损。

(6)本发明方法提纯后的产品质量稳定且满足工艺要求，有利于对其进行脱水、烘干、混配等后续加工处理。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

【实施例1】

(1)造浆：将雷蒙磨粉机粉磨后粒径D₃≤14.8μm、D₉₄≥4.8μm的碳化硅微粉与去离子水进行均匀搅拌30min混合，配制成质量浓度为25％的碳化硅微粉料浆；

(2)分散处理：将上述配制的均匀碳化硅微粉料浆，添加碳化硅质量分数为0.6％的焦磷酸钠，均匀搅拌40min；

(3)电磁除铁：将上述分散所得的碳化硅微粉料浆利用泵以4.5m³/h流量打入电磁磁选机进行除铁，分别得到提纯后的碳化硅微粉料浆及富含铁的碳化硅微粉料浆；

(4)清洗：将上述除铁后得到的提纯后的碳化硅微粉料浆，加去离子水搅拌均匀后，自由沉降1h，虹吸抽取上层细粒及漂浮在表层的游离碳，反复加去离子水洗涤3遍至碳化硅微粉料浆pH值至7～9，此时调整碳化硅微粉料浆质量浓度为50％；

(5)酸浸：将上述清洗后的碳化硅微粉料浆中加入碳化硅微粉质量分数1％的含量为98％硫酸和0.2％的含量为50％的氢氟酸混合酸浸液，搅拌反应2h；

(6)过滤除酸：将上述酸浸所得的碳化硅微粉料浆，通过水平带式真空过滤机进行过滤，得到PH为6～7的碳化硅微粉合格料浆。

所述电磁磁选机，型号为CXE-200加强型，磁场强度30000GS，上料时间7min，清洗时间10s的全自动电磁磁选机。

【实施例2】

(1)造浆：将雷蒙磨粉机粉磨后粒径D₃≤14.8μm、D₉₄≥4.8μm的碳化硅微粉与去离子水进行均匀搅拌35min混合，配制成质量浓度为35％的碳化硅微粉料浆；

(2)分散处理：将上述配制的均匀碳化硅微粉料浆，添加碳化硅质量分数为0.5％的六偏磷酸钠，均匀搅拌45min；

(3)电磁除铁：将上述分散所得的碳化硅微粉料浆利用泵以4.5m³/h流量打入电磁磁选机进行除铁，分别得到提纯后的碳化硅微粉料浆及富含铁的碳化硅微粉料浆；

(4)清洗：将上述除铁后得到的提纯后的碳化硅微粉料浆，加去离子水搅拌均匀后，自由沉降2h，虹吸抽取上层细粒及漂浮在表层的游离碳，反复加去离子水洗涤3遍至碳化硅微粉料浆PH为7～9，此时调整碳化硅微粉料浆质量浓度为50％；

(5)酸浸：将上述清洗后的碳化硅微粉料浆中加入碳化硅微粉质量分数1％的含量为98％硫酸和0.5％的含量为50％的氢氟酸混合酸浸液，搅拌反应3h；

(6)过滤除酸：将上述酸浸所得的碳化硅微粉料浆，通过水平带式真空过滤机进行过滤，得到PH为6～7的碳化硅粉体合格料浆。

所述电磁磁选机，型号为CXE-200加强型，磁场强度30000GS，上料时间5min，清洗时间10s的全自动电磁磁选机。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims (5)

1.一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，其特征是：具体操作步骤为：

(1)造浆：将雷蒙磨粉机粉磨后粒径D₃≤14.8μm、D₉₄≥4.8μm的碳化硅微粉与去离子水进行均匀搅拌25～35min，配制成质量浓度为20～35％的碳化硅粉体料浆；

(2)分散处理：向上述配制的均匀碳化硅粉体料浆中，添加碳化硅微粉质量分数为0.1～1.5％的分散剂，均匀搅拌35～45min；

(3)电磁除铁：将上述分散所得的碳化硅粉体料浆利用泵以4.5～5m³/h流量打入电磁磁选机进行除铁，分别得到提纯后的碳化硅微粉料浆及富含铁的碳化硅粉体料浆；

(4)清洗：将上述除铁提纯后的碳化硅粉体料浆，加去离子水搅拌均匀后，自由沉降0.5～2h，虹吸抽取上层细粒及漂浮在表层的游离碳，然后反复加去离子水洗涤2～4遍至碳化硅粉体料浆pH值至7～9，此时调整碳化硅粉体质量浓度为45～50％；

(5)酸浸：将上述清洗后的碳化硅粉体料浆中加入碳化硅粉体质量分数0.5～1.0％的酸浸液，搅拌反应1.5～4h，使硅杂质或者电磁除铁不能完全除去的少量的三氧化二铁完全反应；

(6)过滤：将上述酸浸所得的碳化硅微粉浆料，通过水平带式真空过滤机进行过滤，得到pH值至6～7的碳化硅粉体合格料浆。

2.根据权利要求1所述的一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，其特征是：所述的均匀搅拌，搅拌器转速为300～500r/min。

3.根据权利要求1所述的一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，其特征是：所述的分散剂为焦磷酸钠、六偏磷酸纳中的一种或两种组合。

4.根据权利要求1所述的一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，其特征是：所述的电磁磁选机磁场强度为25000～30000GS，上料时间为3～10min，清洗时间为5-20s。

5.根据权利要求1所述的一种去除晶硅线切割用碳化硅微粉中铁、硅杂质的方法，其特征是：所述的酸溶液为0.5～1.0％氢氟酸或者45～50％氢氟酸与98％硫酸按重量比1∶3的混合物。