CN107324340B - 一种回收金刚线切割硅粉废料的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收金刚线切割硅粉废料的设备和方法，所述方法具有如下步骤：块状硅粉废料从上料漏斗进入，并通过自加热破碎滚筒粉碎干燥；经过粉碎干燥的硅粉废料进入热处理室热处理；热处理后的硅粉废料落入粉槽，并通过旋转电机控制螺旋杆转速，使落在传送带上的硅粉废料的厚度为6‑10cm；待落在传送带上的硅粉废料的厚度稳定后，开启连续光纤激光器对硅粉废料进行熔炼；熔炼后得到的硅块经过冷却装置充分冷却后，进入振动筛，筛上硅块进行超声清洗及烘干。本发明得到具有一定体积和金属光泽的硅块，方便后续进一步熔炼提纯；以100℃干燥后的粉体为原材料基准，出成率控制在95％以上，得到硅块的纯度在99.7％以上。

Description

一种回收金刚线切割硅粉废料的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种回收金刚线切割硅粉废料的设备和方法。

背景技术

随着电池装配技术以及熔炼技术的不断进步，晶硅太阳能电池制备的总成本不断降低，但切割硅片的成本却一直居高不下，约占总成本的30％。在现有的应用最为广泛的多线切割技术的前提下，切割下来的硅粉废料约占硅棒总质量的50％，大量的高纯硅在该过程中被浪费。通过改进现有的切割技术来降低成本的难度会越来越大，所以大多数学者开始转向切割废料的研究。金刚线切割是近两年新兴的一种多线切割技术，由于其是一种固着磨料切割技术，如果采用纯水进行切割，其切割产生的高纯硅粉可以直接进行回收利用，相当于再造了一个晶硅市场，是最有可能从源头上解决硅粉回收问题的切割技术。因此，研究金刚线切割硅粉废料的回收势在必行。

目前，针对金刚线切割硅粉废料回收的研究较少。已发表的文章中包括：等离子熔炼、感应熔炼、以及溴氢化、反应堆气溶胶等化学方法，均存在易氧化，易引入其他杂质、能耗高、操作过程复杂，不利于规模化生产等缺点。传统的造渣精炼法，虽然可以实现工业化生产，但其最大的短板是出成率较低，仅为60％左右，因此限制了其进一步发展。工业上针对这种有刺激性气味，易燃且污染环境的废料，通常选择低价卖给铝合金厂或者钢厂作为一种少量的合金添加原料，难以实现其最大的利用价值。因此，急需一种简单高效的新技术来解决硅粉废料的预处理问题。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种回收金刚线切割硅粉废料的设备和方法。本发明首次将激光技术引入到硅粉废料处理过程当中。由于其能量密度高，在合适的工艺参数控制下，可以使硅粉在未来得及发生严重氧化的前提下将硅粉融化成具有一定体积的硅块，同时兼具一定的杂质去除效果。且该方法较目前现有的研究方法有，成本低、能量利用率高、熔炼过程不引入任何杂质、环境污染小、出成率高等优点，生成的硅块可以采用任何一种传统的熔炼设备进行进一步熔炼提纯，是目前最有效且利于规模化生产的一种硅粉废料前处理的方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种回收金刚线切割硅粉废料的设备，包括粉体预处理装置，连续激光熔炼装置和冷却收集装置；

所述粉体预处理装置包括自加热破碎装置和热处理装置；

所述自加热破碎装置包括依次连通的上料漏斗、粉碎室和下料漏斗，所述粉碎室内设有两个自加热破碎滚筒，两个所述自加热破碎滚筒之间具有破碎硅粉废料和走料的缝隙，所述缝隙位于所述上料漏斗的出料口和所述下料漏斗的进料口之间；

工业上的切割废液一般会经过压滤处理，因此得到的硅粉废料呈块状且含有35％左右的水分，要先通过所述自加热破碎装置破碎干燥成粉才能进行热处理。

所述热处理装置包括热处理室，所述热处理室的上端具有与所述下料漏斗连通的热处理进料口，所述热处理室的下端具有热处理出料口，所述热处理室的侧壁上方设有尾气排口，所述尾气排口与尾气处理装置连通；

热处理时通过流动保护气将分解产生的气体带出，进入所述尾气处理装置，检测合格后排入大气。

所述连续激光熔炼装置包括螺旋加粉装置，传送装置，气体保护装置，连续光纤激光器和吸尘装置；

所述螺旋加粉装置包括粉槽，位于所述粉槽内且与所述粉槽的内腔相匹配的螺旋杆以及驱动所述螺旋杆旋转的旋转电机，所述粉槽的一端位于所述热处理出料口的下方，所述粉槽的另一端具有粉槽出料口；

通过所述旋转电机控制所述螺旋杆旋转，进而控制供粉量。

所述气体保护装置包括惰性气体保护罩和惰性气体输送管路；

所述传送装置包括主动轮、从动轮和位于所述主动轮与所述从动轮之间的传送带；

所述惰性气体保护罩位于所述传送带的上方，且所述惰性气体保护罩的下端距离所述传送带的上表面10cm～15cm；

所述粉槽出料口与所述惰性气体保护罩的前端连通，所述惰性气体保护罩的中段设有所述连续光纤激光器射出的激光通过的激光孔，所述激光孔远离所述粉槽出料口的一侧上方设有所述吸尘装置的吸尘口，

所述冷却收集装置包括套接在所述惰性气体保护罩的后段外壁上的冷却装置和位于所述传送带远离所述粉槽出料口的一端下方的振动筛；

所述冷却装置确保得到的硅块迅速降低置氧化温度之下，所述振动筛用于分离硅块上附着的粉体。

所述惰性气体输送管路包括气体进管，与所述气体进管连通的保护气总管和连通所述气体进管与所述热处理室的热处理保护气管，所述保护气总管的另一端分别通过第一支管、第二支管和第三支管与所述惰性气体保护罩的前端、所述惰性气体保护罩的中段和所述惰性气体保护罩的后段连通，所述第二支管的出气口位于所述激光孔和所述惰性气体保护罩的后段之间。

所述下料漏斗与所述热处理进料口之间，所述热处理出料口上，所述热处理保护气管上和所述保护气总管上均设有阀门。

本发明还公开了一种使用上述所述的一种回收金刚线切割硅粉废料的设备进行回收的方法，具有如下步骤：

S1、将所述自加热破碎滚筒加热至100℃，所述自加热破碎滚筒的转速为1～10r/min，块状硅粉废料从所述上料漏斗进入，并通过所述自加热破碎滚筒粉碎干燥；

S2、经过粉碎干燥的硅粉废料进入所述热处理室热处理，所述热处理室的温度为450℃并通入氩气，所述氩气的流量为2-5L/min，待热处理产生的尾气中的白烟消失后，热处理结束，时长约为4-6h；

S3、向所述惰性气体保护罩内通入氩气，所述传送带的传动速度为5～10mm/s，热处理后的硅粉废料落入所述粉槽，并通过所述旋转电机控制所述螺旋杆转速，使落在所述传送带上的硅粉废料的厚度为6-10cm；

S4、待落在所述传送带上的硅粉废料的厚度稳定后，开启所述连续光纤激光器对硅粉废料进行熔炼，所述连续光纤激光器的功率设定为2000-4000W；

S5、熔炼后得到的硅块经过冷却装置充分冷却后，进入振动筛，筛下硅粉重新返回步骤S1，筛上硅块进行超声清洗及烘干。

由于激光能够瞬间产生高温，在硅粉废料没有发生严重氧化前即可将硅粉融化成块体，解决了传统真空熔炼过程中粉体氧化，飞溅以及能量利用率低的问题，且相对于等离子，感应熔炼以及各种化学处理方法，具有可操作性强，重复率高，受硅粉物理和化学性质影响小等特点；

目前，氧化法是去除金刚线切割硅粉废料中有机物污染的最有效的办法，激光熔炼作为其中的一种，由于在熔炼过程中融化区不接触任何介质，完全不会引入其他杂质，且由于其能量密度较高，对各类易挥发性杂质均有一定的去除效果；

由于有机物高温分解会产生各种有害气体，所以本发明兼顾了粉体的前期处理，大大降低了对环境的污染，且各部分衔接合理，能够进一步提高能量利用率。

与现有技术相比，本发明得到具有一定体积和金属光泽的硅块，方便后续进一步熔炼提纯；以100℃干燥后的粉体为原材料基准，出成率控制在95％以上，得到硅块的纯度在99.7％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中一种回收金刚线切割硅粉废料的设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种回收金刚线切割硅粉废料的设备，包括粉体预处理装置，连续激光熔炼装置和冷却收集装置；

所述粉体预处理装置包括自加热破碎装置和热处理装置；

所述自加热破碎装置包括依次连通的上料漏斗1、粉碎室2和下料漏斗3，所述粉碎室2内设有两个自加热破碎滚筒4，两个所述自加热破碎滚筒4之间具有破碎硅粉废料和走料的缝隙，所述缝隙位于所述上料漏斗1的出料口和所述下料漏斗3的进料口之间；

所述热处理装置包括热处理室5，所述热处理室5的上端具有与所述下料漏斗3连通的热处理进料口，所述热处理室5的下端具有热处理出料口6，所述热处理室5的侧壁上方设有尾气排口，所述尾气排口与尾气处理装置7连通；

所述连续激光熔炼装置包括螺旋加粉装置，传送装置，气体保护装置，连续光纤激光器8和吸尘装置9；

所述螺旋加粉装置包括粉槽10，位于所述粉槽10内且与所述粉槽10的内腔相匹配的螺旋杆11以及驱动所述螺旋杆11旋转的旋转电机12，所述粉槽10的一端位于所述热处理出料口6的下方，所述粉槽10的另一端具有粉槽出料口13；

所述气体保护装置包括惰性气体保护罩14和惰性气体输送管路；

所述传送装置包括主动轮15、从动轮16和位于所述主动轮15与所述从动轮16之间的传送带17；

所述惰性气体保护罩14位于所述传送带17的上方，且所述惰性气体保护罩14的下端距离所述传送带17的上表面10cm～15cm；

所述粉槽出料口13与所述惰性气体保护罩14的前端连通，所述惰性气体保护罩14的中段设有所述连续光纤激光器8射出的激光通过的激光孔18，所述激光孔18远离所述粉槽出料口13的一侧上方设有所述吸尘装置9的吸尘口，

所述冷却收集装置包括套接在所述惰性气体保护罩14的后段外壁上的冷却装置19和位于所述传送带17远离所述粉槽出料口13的一端下方的振动筛20；

所述惰性气体输送管路包括气体进管21，与所述气体进管21连通的保护气总管22和连通所述气体进管21与所述热处理室5的热处理保护气管23，所述保护气总管22的另一端分别通过第一支管24、第二支管25和第三支管26与所述惰性气体保护罩14的前端、所述惰性气体保护罩14的中段和所述惰性气体保护罩14的后段连通，所述第二支管25的出气口位于所述激光孔18和所述惰性气体保护罩14的后段之间。

所述下料漏斗3与所述热处理进料口之间，所述热处理出料口6上，所述热处理保护气管23上和所述保护气总管22上均设有阀门。

一种上述所述的一种回收金刚线切割硅粉废料的设备进行回收的方法，具有如下步骤：

S1、将所述自加热破碎滚筒4加热至100℃，所述自加热破碎滚筒4的转速为1～10r/min，块状硅粉废料从所述上料漏斗1进入，并通过所述自加热破碎滚筒4粉碎干燥；

S2、经过粉碎干燥的硅粉废料进入所述热处理室5热处理，所述热处理室5的温度为450℃并通入氩气，所述氩气的流量为2-5L/min，待热处理产生的尾气中的白烟消失后，热处理结束；

S3、向所述惰性气体保护罩14内通入氩气，所述传送带17的传动速度为5～10mm/s，热处理后的硅粉废料落入所述粉槽10，并通过所述旋转电机12控制所述螺旋杆11转速，使落在所述传送带17上的硅粉废料的厚度为6-10cm；

S4、待落在所述传送带17上的硅粉废料的厚度稳定后，开启所述连续光纤激光器8对硅粉废料进行熔炼，所述连续光纤激光器8的功率设定为2000-4000W；

S5、熔炼后得到的硅块经过冷却装置19充分冷却后，进入振动筛20，筛下硅粉重新返回步骤S1，筛上硅块进行超声清洗及烘干。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种回收金刚线切割硅粉废料的设备，其特征在于，包括粉体预处理装置，连续激光熔炼装置和冷却收集装置；

所述粉体预处理装置包括自加热破碎装置和热处理装置；

所述自加热破碎装置包括依次连通的上料漏斗、粉碎室和下料漏斗，所述粉碎室内设有两个自加热破碎滚筒，两个所述自加热破碎滚筒之间具有破碎硅粉废料和走料的缝隙，所述缝隙位于所述上料漏斗的出料口和所述下料漏斗的进料口之间；

所述热处理装置包括热处理室，所述热处理室的上端具有与所述下料漏斗连通的热处理进料口，所述热处理室的下端具有热处理出料口，所述热处理室的侧壁上方设有尾气排口，所述尾气排口与尾气处理装置连通；

所述连续激光熔炼装置包括螺旋加粉装置，传送装置，气体保护装置，连续光纤激光器和吸尘装置；

所述螺旋加粉装置包括粉槽，位于所述粉槽内且与所述粉槽的内腔相匹配的螺旋杆以及驱动所述螺旋杆旋转的旋转电机，所述粉槽的一端位于所述热处理出料口的下方，所述粉槽的另一端具有粉槽出料口；

所述气体保护装置包括惰性气体保护罩和惰性气体输送管路；

所述传送装置包括主动轮、从动轮和位于所述主动轮与所述从动轮之间的传送带；

所述惰性气体保护罩位于所述传送带的上方，且所述惰性气体保护罩的下端距离所述传送带的上表面10cm～15cm；

所述粉槽出料口与所述惰性气体保护罩的前端连通，所述惰性气体保护罩的中段设有所述连续光纤激光器射出的激光通过的激光孔，所述激光孔远离所述粉槽出料口的一侧上方设有所述吸尘装置的吸尘口，

所述冷却收集装置包括套接在所述惰性气体保护罩的后段外壁上的冷却装置和位于所述传送带远离所述粉槽出料口的一端下方的振动筛；

所述惰性气体输送管路包括气体进管，与所述气体进管连通的保护气总管和连通所述气体进管与所述热处理室的热处理保护气管，所述保护气总管的另一端分别通过第一支管、第二支管和第三支管与所述惰性气体保护罩的前端、所述惰性气体保护罩的中段和所述惰性气体保护罩的后段连通，所述第二支管的出气口位于所述激光孔和所述惰性气体保护罩的后段之间。

2.根据权利要求1所述的一种回收金刚线切割硅粉废料的设备，其特征在于，所述下料漏斗与所述热处理进料口之间，所述热处理出料口上，所述热处理保护气管上和所述保护气总管上均设有阀门。

3.一种使用权利要求1或2所述的一种回收金刚线切割硅粉废料的设备进行回收的方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、将所述自加热破碎滚筒加热至100℃，所述自加热破碎滚筒的转速为1～10r/min，块状硅粉废料从所述上料漏斗进入，并通过所述自加热破碎滚筒粉碎干燥；

S2、经过粉碎干燥的硅粉废料进入所述热处理室热处理，所述热处理室的温度为450℃并通入氩气，所述氩气的流量为2-5L/min，待热处理产生的尾气中的白烟消失后，热处理结束；

S3、向所述惰性气体保护罩内通入氩气，所述传送带的传动速度为5～10mm/s，热处理后的硅粉废料落入所述粉槽，并通过所述旋转电机控制所述螺旋杆转速，使落在所述传送带上的硅粉废料的厚度为6-10cm；

S4、待落在所述传送带上的硅粉废料的厚度稳定后，开启所述连续光纤激光器对硅粉废料进行熔炼，所述连续光纤激光器的功率设定为2000-4000W；

S5、熔炼后得到的硅块经过冷却装置充分冷却后，进入振动筛，筛下硅粉重新返回步骤S1，筛上硅块进行超声清洗及烘干。