CN107746979B - 一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂及制备方法，属于二次资源利用的技术领域，该种硅添加剂是由晶体硅的金刚线切割废料、溶剂、金属铝粉及粘结剂组成，且以重量百分比计，溶剂占5～30％，粘结剂占0～10％，金属铝粉占0～10％，余量为晶体硅的金刚线切割废料。其制备方法包括以下步骤：按比例称取晶体硅的金刚线切割废料、溶剂、金属铝粉及粘结剂，加水混合均匀后于压块机中压块成型，烘干后即得到本发明的基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂。本发明不仅有效利用了硅片切割过程中产生的废料，实现变废为宝，而且极大地缩短了生产含硅铝合金的工艺流程，降低了生产成本。

Description

一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂及制备方法
技术领域
本发明属于二次资源利用的技术领域，特别涉及一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂及制备方法。
背景技术
在太阳能电池的核心材料—晶体硅片的生产过程中，会产生大量的切割废料。晶体硅片是通过多线切割晶体硅锭得到的，多线切割工艺包括砂浆碳化硅切割和金刚线切割，由于切缝宽度与所需晶体硅片的厚度相近，两种切割工艺均会导致近一半的晶体硅损失进入废料。其中，采用金刚线切割产生的废料的主要成分为高纯硅粉，杂质含量极少，若是能将这部分废料有效利用，不仅解决了固体废弃物堆积带来的环境问题，而且使资源得到再利用。
在常用的铝合金中，含硅合金约占1/4。硅作为铝合金的主要合金元素之一，它的加入可以使铝材具有优良的机械性能、物理性能和加工性能，因此，含硅铝合金被广泛地应用于汽车、工程机械、造船和航空航天等行业中。
通常，熔炼含硅铝合金时，硅源可为工业硅块、Al-Si中间合金和速溶硅。其中，速溶硅包含两类，一类是如专利号为CN 1974077A的一种添加超细或纳米铝粉的速溶硅剂和专利号为CN 103484727A的一种新型环保高含量速溶硅及其制备方法中所提到的，该种速溶硅剂的特征是在硅块的表面包覆一层助溶剂，其中，硅块的粒径为小于100mm；另一类是如文献《铝合金的新型合金元素添加剂及其添加方法》(王祝堂,王殿楹,王真超.铝合金的新型合金元素添加剂及其添加方法[J].轻合金加工技术,2000,(09):16-19.)中所描述的，这种硅剂是由150目的纯硅粉、催化剂、特种添加剂与微量铝粉压制而成的饼块，它的采用可以避免直接加入硅块或中间合金的缺点，是发达国家普遍采用的硅剂，但制作该种添加剂所用的硅粉是由工业硅破碎得到，不仅使得生产成本增加，而且破碎过程容易起火，带来安全隐患。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提出了一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂及其制备方法和应用。该方法不仅实现废料的二次利用，而且得到一种溶解速度快、吸收率高的优质硅添加剂。
为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，其组分包括晶体硅的金刚线切割废料和溶剂，其中以质量百分比计，溶剂占5～30％，其余为硅的金刚线切割废料；所述的溶剂为氟铝酸钠、氟铝酸钾、氟硼酸钾、氟硅酸钠、氟化钙、氟化镁、氟化铝、氟化钠中的一种或多种，或为氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钡中的一种或多种。
进一步地，该硅添加剂的组分还包括质量百分比不超过10％的粘结剂，所述的粘结剂为油脂、纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸中的一种或多种。
进一步地，该硅添加剂的组分还包括质量百分比不超过10％的金属铝粉，其粒度为0.2～0.8mm。
上述的基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对晶体硅的金刚线切割废料组分进行杂质元素的测定，经计算后，若所含的杂质含量超过目标要求杂质含量限度，则对晶体硅的金刚线切割废料进行酸洗除杂；若所含的杂质含量未超过目标要求杂质含量限度，则将晶体硅的金刚线切割废料直接应用；
步骤2，按质量百分比称取各组分，并配入水，混合均匀；所述水的配入量占物料总量5～40％；
步骤3，将混合后的物料压块成型，烘干后即得到基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂。
上述的酸洗除杂，采用的酸为盐酸、硫酸或氢氟酸中的一种或几种；酸洗条件为：酸浓度5～50％，酸洗温度20～90℃，酸洗时间30～300min，固液比1:2～1:10。
上述步骤3中，所述的压块成型工艺采用模压成型或冷等静压成型；压块成型所用压力为120～600MPa，保压时间为60～300s。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，有效地利用了硅片切割过程中产生的废料，使资源得到循环利用，不仅具有环保价值，而且产生经济效益。
2.本发明的一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，熔化速度快，收得率高，可有效控制合金中的硅含量。
3.本发明的一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，以切割废料为硅源代替工业硅，极大地降低了生产成本。
4.本发明与现有技术相比(1)以晶体硅的金刚线切割废料代替工业硅作为硅源，不但实现切割废料的再利用，且在制备过程中省去了工业硅熔炼及硅块破碎成粉这两个环节，有效地缩短工艺流程，降低能耗和生产成本，且避免了破碎过程中硅粉容易着火这一安全隐患。(2)切割废料粒度大部分在5μm(3000目)以内，远远小于上述现有技术中所用的硅粉粒度，废料具有比表面积大、化学活性高的特点，因此，本发明中的基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，其溶解速度小于10min，吸收率可达到95％以上。
附图说明
图1是本发明基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例继续描述本发明的技术内容。
本发明的工艺路线图如图1所示。
实施例1
制备本发明的一种以晶体硅的金刚线切割废料为原料的铝合金用硅添加剂的方法，按以下步骤进行：
(1)称取一定量的晶体硅的金刚线切割废料、溶剂及粘结剂，其中，按重量百分比计，溶剂占30％，粘结剂占5％，余量为切割废料。之后配入占物料总量10％的水，配料后在混料机中混合均匀。
(2)将混合后的物料采用冷等静压的方式压块成型，每块重量为500～4000g，成型所用压力为120MPa，保压时间为300s，烘干后得到的饼块即为基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂。
实施例2
制备本发明的一种以晶体硅的金刚线切割废料为原料的铝合金用硅添加剂的方法，按以下步骤进行：
(1)称取一定量的晶体硅的金刚线切割废料、溶剂、粘结剂及金属铝粉，其中，按重量百分比计，溶剂占5％，铝粉占10％且加入铝粉的粒度为0.8mm，余量为切割废料。之后配入占物料总量20％的水，配料后在混料机中混合均匀。
(2)将混合后的物料采用冷等静压的方式压块成型，每块重量为500～4000g，成型所用压力为600MPa，保压时间为60s，烘干后得到的饼块即为基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂。
实施例3
制备本发明的一种以晶体硅的金刚线切割废料为原料的铝合金用硅添加剂的方法，按以下步骤进行：
(1)称取一定量的晶体硅的金刚线切割废料、溶剂、粘结剂及金属铝粉，其中，按重量百分比计，溶剂占20％，粘结剂占10％，铝粉占5％且加入铝粉的粒度为0.2mm，余量为切割废料。之后配入占物料总量5％的水，配料后在混料机中混合均匀。
(2)将混合后的物料采用冷等静压的方式压块成型，每块重量为500～4000g，成型所用压力为200MPa，保压时间为150s，烘干后得到的饼块即为基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂。

Claims (5)

1.一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，其特征在于，其组分包括晶体硅的金刚线切割废料和溶剂，还包括质量百分比不超过10％的金属铝粉，其粒度为0.2～0.8mm；其中以质量百分比计，溶剂占5～30％，其余为硅的金刚线切割废料；所述的溶剂为氟铝酸钠、氟铝酸钾、氟硼酸钾、氟硅酸钠、氟化钙、氟化镁、氟化铝、氟化钠中的一种或多种，或为氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钡中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂，其特征在于，还包括质量百分比不超过10％的粘结剂，所述的粘结剂为油脂、纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸中的一种或多种。
3.权利要求1或2所述的基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对晶体硅的金刚线切割废料组分进行杂质元素的测定，经计算后，若所含的杂质含量超过目标要求杂质含量限度，则对晶体硅的金刚线切割废料进行酸洗除杂；若所含的杂质含量未超过目标要求杂质含量限度，则将晶体硅的金刚线切割废料直接应用；
步骤2，按质量百分比称取各组分，并配入水，混合均匀；所述水的配入量占物料总量5～40％；
步骤3，将混合后的物料压块成型，烘干后即得到基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂。
4.根据权利要求3所述的基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂的制备方法，其特征在于，所述的酸洗除杂，采用的酸为盐酸、硫酸或氢氟酸中的一种或几种；酸洗条件为：酸浓度5～50％，酸洗温度20～90℃，酸洗时间30～300min，固液比1:2～1:10。
5.根据权利要求3或4所述的基于晶体硅金刚线切割废料的硅添加剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的压块成型工艺采用模压成型或冷等静压成型；压块成型所用压力为120～600MPa，保压时间为60～300s。
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