CN108840339A - 一种金刚线切割硅粉的高效处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚线切割硅粉的高效处理方法，具有如下步骤：S1、湿法混料：将金刚线切割硅粉废料与石油焦进行机械混合，得到混合物，其中，石油焦占混合物质量的0.1％～5％；S2、静态干燥制块：对步骤S1得到的混合物进行打坯和静态干燥，得到粘结成块状的硅粉填料；S3、连续电弧熔炼：采用埋弧的方式对步骤S2得到的块状硅粉填料进行连续熔炼，得到工业硅，整个连续熔炼过程中电极深而稳地插入块状硅粉填料中。本发明能够快速解决金刚线切割硅粉废料的大量回收问题，优先得到品级较高的工业硅，且硅的出成率大于90％。

Description

一种金刚线切割硅粉的高效处理方法

技术领域

本发明涉及一种金刚线切割硅粉的高效处理方法。

背景技术

地球内蕴藏的化石能源有限，且大量的燃烧化石能源会造成很严重的环境污染，因此在未来人们对可再生能源的需求会越来越大。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源在可再生能源中扮演着重要的角色。其中太阳能光伏产业发展迅猛，已经成为了全球范围内稳步和快速发展的朝阳产业之一。近些年来，晶硅太阳能电池一直在太阳能电池中保持着90％以上的市场占有率，是当之无愧的主流技术，并且在数十年之内仍将占据主导地位。硅作为太阳能电池的主要原料，光伏产业的迅猛发展会大幅增加对太阳能级多晶硅的需求，截止到目前每年消耗的多晶硅原料可以达到40万吨，预计在2030年全球晶硅需求量比现在翻一番。

目前晶硅太阳能电池切片主要采用金刚线切割技术，由于会产生切缝损失，质量近半的高纯硅粉与切割添加剂及镀层金属杂质混在一起形成切割废料。目前，切割废料主要用于钢铁冶炼的脱氧剂，也有用于合金的冶炼。但由于效果并不是很理想，并没有实现大规模应用。由于切割废料的数量逐年递增，且用途开发较少，价格从之前的1100元/吨下降至目前的700元/吨。从晶硅太阳能电池行业整体的角度来看，将日益增长的切割废料再制造成太阳能级硅，对于降低太阳能电池总成本实现大规模应用有着十分重要的意义。

对于冶金法而言，解决金刚线切割硅粉废料回收问题一共可分为三步：第一步是硅粉废料的前处理，第二部是硅粉废料的熔炼，第三部是冶金硅的提纯。随着切割技术的不断进步，硅粉废料中的杂质含量会越来越少，因此解决硅粉回收问题的关键就是要解决超细粉体的熔炼问题。其中，熔炼过程中的出成率以及产品的纯度是决定回收硅潜在价值的重要因素。

据调查，工业上尝试过对硅粉废料直接进行感应熔炼，但由于金刚线切割硅粉较细，一般小于0.5微米，加之感应熔炼温度较低，在熔炼的过程中超细硅粉极易与碳气氛等发生不可逆的化学反应，因此一般出成率不超过70％。其中还有一个非常重要的缺点是硅粉的填充率非常低，由于硅粉表面附着有有机添加剂，烘干后的硅粉较为蓬松，堆垛密度一般为0.3g/cm³，实际的填充效率不超过10％。考虑到坩埚的消耗，这种方式经济可行性差，因此并没有被推广。另一种方式是造渣熔炼，其缺点依然是出成率较低，由于填料过程中的氧化问题，其出成率一般不足60％，且会引入大量的渣剂杂质。目前，针对于金刚线切割硅粉废料的回收研究较少。已经发表的文献包括：热等离子体熔炼、感应熔炼、球磨成纳米颗粒制直接制备太阳能电池、溴氢化和气溶胶反应等。前人的这些研究拓宽了硅粉的应用和提供的必要的理论支撑，但是均没有致力于从根本上解决目前硅粉废料回收的实际问题。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种金刚线切割硅粉的高效处理方法。本发明采用的技术手段如下：

一种金刚线切割硅粉的高效处理方法，具有如下步骤：

S1、湿法混料：将金刚线切割硅粉废料与石油焦进行机械混合(根据实际情况混合均匀即可)，得到混合物，其中，石油焦占混合物质量的0.1％～5％；

S2、静态干燥制块：对步骤S1得到的混合物进行打坯和静态干燥，得到粘结成块状的硅粉填料；

S3、连续电弧熔炼：采用埋弧的方式对步骤S2得到的块状硅粉填料进行连续熔炼，得到工业硅，整个连续熔炼过程中电极深而稳地插入块状硅粉填料中，电流电压稳定，炉内电弧声响低沉而稳定，时刻关注硅粉填料的状态，并使料面具有良好的透气性，酥松性以及一定的烧结性。

步骤S1中金刚线切割硅粉废料的含水量为40％～50％。

步骤S1中石油焦的含碳量为81％。

步骤S2中打坯的具体步骤为：将S1中得到的混合物，在大气下进行风干，得到具有一定粘性的混合料，并对其进行打坯；

静态干燥的具体步骤为：将打坯得到的块状坯料，在450℃的温度下进行烘干处理，并采用流动氩气进行保护，得到粘结成块状的硅粉填料。

步骤S2中得到的块状硅粉填料的含水率为2％-10％。

步骤S3中连续熔炼的具体步骤为：熔炼之前先采用低功率对电弧炉炉体进行预热，直到输出电流趋于稳定；

然后提高电弧炉的输出功率至熔炼所需的正常功率，通过自动填料系统向炉体内加入S2中得到的块状硅粉填料，并对其进行连续熔炼。熔炼过程中应时刻观察炉内的情况，进一步完善填料中石油焦的比例，通过合理的控制氧化还原反应过程，使料面具备良好的透气性，酥松性以及一定的烧结性，最终得到品级较高的工业硅。

本专利首次提出用电弧熔炼的方式来解决目前硅粉废料熔炼效果差的关键问题。电弧熔炼由于其熔炼温度高，远大于硅粉废料所需要的反应温度(理论>1800℃)，在该温度下可以使二氧化硅与还原剂充分反应还原成硅。通过合理的控制反应过程的氧化还原平衡以及连续化生产工艺，硅的出成率大于90％。本发明产能高，效率高且质量稳定。更重要的是本发明与矿热炉冶炼的方式类似，目前可以快速地实现工业化生产，是目前解决硅粉废料回收问题最直接和有效的方法。

本发明能够快速解决金刚线切割硅粉废料的大量回收问题，优先得到品级较高的工业硅，且硅的出成率大于90％。

基于上述理由本发明可在废料回收等领域广泛推广。

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。

一种金刚线切割硅粉的高效处理方法，具有如下步骤：

S1、湿法混料：将金刚线切割硅粉废料与石油焦进行机械混合，得到混合物，其中，石油焦占混合物质量的0.1％～5％；

S2、静态干燥制块：对步骤S1得到的混合物进行打坯和静态干燥，得到粘结成块状的硅粉填料；

S3、连续电弧熔炼：采用埋弧的方式对步骤S2得到的块状硅粉填料进行连续熔炼，得到工业硅，整个连续熔炼过程中电极深而稳地插入块状硅粉填料中。

步骤S1中金刚线切割硅粉废料的含水量为40％～50％。

步骤S1中石油焦的含碳量为81％。

步骤S2中打坯的具体步骤为：将S1中得到的混合物，在大气下进行风干，得到具有一定粘性的混合料，并对其进行打坯；

静态干燥的具体步骤为：将打坯得到的块状坯料，在450℃的温度下进行烘干处理，并采用流动氩气进行保护，得到粘结成块状的硅粉填料。

步骤S2中得到的块状硅粉填料的含水率为2％-10％。

步骤S3中连续熔炼的具体步骤为：熔炼之前先采用低功率对电弧炉炉体进行预热，直到输出电流趋于稳定；

然后提高电弧炉的输出功率至熔炼所需的正常功率，通过自动填料系统向炉体内加入S2中得到的块状硅粉填料，并对其进行连续熔炼。

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 (6)

1.一种金刚线切割硅粉的高效处理方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、湿法混料：将金刚线切割硅粉废料与石油焦进行机械混合，得到混合物，其中，石油焦占混合物质量的0.1％～5％；

S2、静态干燥制块：对步骤S1得到的混合物进行打坯和静态干燥，得到粘结成块状的硅粉填料；

S3、连续电弧熔炼：采用埋弧的方式对步骤S2得到的块状硅粉填料进行连续熔炼，得到工业硅，整个连续熔炼过程中电极深而稳地插入块状硅粉填料中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中金刚线切割硅粉废料的含水量为40％～50％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中石油焦的含碳量为81％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中打坯的具体步骤为：将S1中得到的混合物，在大气下进行风干，得到具有一定粘性的混合料，并对其进行打坯；

静态干燥的具体步骤为：将打坯得到的块状坯料，在450℃的温度下进行烘干处理，并采用流动氩气进行保护，得到粘结成块状的硅粉填料。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中得到的块状硅粉填料的含水率为2％-10％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中连续熔炼的具体步骤为：熔炼之前先采用低功率对电弧炉炉体进行预热，直到输出电流趋于稳定；

然后提高电弧炉的输出功率至熔炼所需的正常功率，通过自动填料系统向炉体内加入S2中得到的块状硅粉填料，并对其进行连续熔炼。