CN109663672A - 一种从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂及浮选方法 - Google Patents

一种从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂及浮选方法 Download PDF

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吴亚平
李辛庚
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闫风洁
李文静
王蝶
王晓明
赵铭哲
张振岳
郭凯
樊志斌
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Abstract

本发明公开了一种从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂及浮选方法，将冶炼产物粉碎至粉末状；按每100g粉末状的冶炼产物加入去离子水，搅拌均匀，取浓硫酸150～200g，稀释后加入，反应1～2h，之后将反应液注入离心机中漂洗数次脱水备用；将酸洗漂洗后的冶炼产物加入去离子水，搅拌均匀，向其中加入盐酸5～10g，反应0.5～1h；再加入氢氟酸30～40g，氢氟酸分次加入,每次搅拌1～2min，待酸液表面被硅粉泡沫覆盖完全之后，使用刮板将硅粉泡沫收集到其他容器中；将收集的硅粉泡沫注入离心机中使用去离子水漂洗数次，直到漂洗液为中性为止，离心脱液，放入烘箱中，85～95℃烘烤20～24h，烘干后即为纯硅粉。本发明可获得硅含量超过99%的硅粉。

Description

一种从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂及浮选方法
技术领域
本发明涉及一种浮选剂及浮选方法，具体涉及一种应用于镁还原二氧化硅矿石反应得到的冶炼产物中将纯硅从其他杂质组分中分离出来的浮选剂及浮选方法。
背景技术
在全球常规能源枯竭和环境污染问题严重的大环境下，作为取之不尽用之不竭的清洁型能源——太阳能成为科研和应用的主要研究课题。而作为太阳能电池的主要生产原料，多晶硅的制备、提纯技术工艺的研发和优化至关重要。
目前，太阳能级多晶硅主要是以化学法生产为主，全球多晶硅产量中改良西门子法约占76%，硅烷热分解法约占23%。但西门子法具有能耗大、环境污染严重、工艺流程复杂等缺点，且关键技术被垄断导致成本较高；而硅烷法生产多晶硅的过程中转换率低、能耗高，成本更高，且硅烷容易爆炸、安全性低。
因此，我们从多晶硅的原料氧化硅矿石入手，选取纯度较好的氧化硅矿石，使用化学性质极其活泼的镁去还原氧化硅，从而得到纯度极高的硅。但采用该法得到的冶炼产物成分极为复杂，只有20～25%是纯硅，其他为一些残留原料及反应副产物，包括反应不彻底残留的Mg、SiO2，以及反应生成的MgO、Mg2Si，副产物Mg2SiO4、MgSiO3。通过酸洗可以去除Mg、MgO，但是却无法去除SiO2、Mg2Si、Mg2SiO4和MgSiO3，酸洗后的冶炼产物中硅含量也只能达到70～80%。
发明内容
本发明要解决的技术问题是通过选取合适的浮选剂，对镁还原二氧化硅矿石后产生的冶炼产物进行有效分离，利用硅和其他杂质组分在经过浮选剂处理后不同的疏水特性使得纯硅从冶炼产物中分离出来。
为解决上述技术问题，本发明的浮选剂，由以下重量份的物质组成：按每100g冶炼产物使用150～200g硫酸、5～10g盐酸和30～40g氢氟酸。
所述的冶炼产物为硅与SiO2、Mg、MgO、Mg2Si、Mg2SiO4、MgSiO3的混合物。
所述的硫酸为浓硫酸；所述的盐酸浓盐酸。
本发明的浮选方法，包括以下步骤：
1）粉碎：将冶炼产物粉碎至粒径100～200目粉末状；
2）酸洗：按每100g粉末状的冶炼产物加入1500～2500g去离子水，搅拌均匀，取浓硫酸150～200g ，稀释浓度为20～30%后加入，反应1～2h，之后将反应液注入离心机中漂洗数次脱水备用；
3）二次酸洗：将步骤2中酸洗漂洗后的冶炼产物加入500～1500g去离子水，搅拌均匀，向其中加入盐酸5～10g，反应0.5～1h；
4）浮选：向步骤3中加入氢氟酸30～40g，氢氟酸分3～5次加入,每次搅拌1～2min后停止搅拌，此时液面不断有硅粉泡沫产生，待酸液表面被硅粉泡沫覆盖完全之后，使用刮板将硅粉泡沫收集到其他容器中；之后继续向其中加入氢氟酸，重复搅拌、刮掉表面硅粉泡沫的过程；将冶炼产物中的纯硅全部分离出来；
5）漂洗烘干：将步骤4中收集的硅粉泡沫注入离心机中使用去离子水漂洗数次，直到漂洗液为中性为止，离心脱液，放入烘箱中，85～95℃温度条件下烘烤20～24h，烘干后即为纯硅粉。
本发明的有益效果在于：通过选取合适的浮选剂，对镁还原二氧化硅矿石后产生的冶炼产物进行有效分离，（1）在浮选过程中，氢氟酸与硅表面的氧化层发生反应，使得本身憎水性较好的纯硅暴露出来，伴随着反应产生的气泡浮到液体表面；氢氟酸在浮选过程中同时起到了捕收剂和起泡剂的作用。（2）本发明的氢氟酸浮选效果明显，回收率较高。酸洗前冶炼产物的硅含量只有20～25%；在使用浓硫酸和盐酸酸洗后，硅含量能达到70～80%，其中20～30%为不能被酸反应的SiO2、Mg2SiO4、MgSiO3 等杂质，而在使用氢氟酸浮选后，能将硅从上述杂质组分中有效分离，获得硅含量超过99%的硅粉。
具体实施方式
本发明的浮选剂，由以下重量份的物质组成：按每100g冶炼产物使用150～200g硫酸、5～10g盐酸和30～40g氢氟酸。
前述的冶炼产物为硅与SiO2、Mg、MgO、Mg2Si、Mg2SiO4、MgSiO3的混合物。
下面结合实施例进一步说明。
实施例1
1、使用粉碎机将100g的冶炼产物粉碎至粒径100～200目之间，加入2kg的去离子水混合，机械搅拌使其分散均匀，搅拌速度400rpm；
2、将150g的浓硫酸缓慢加入到350g去离子水中，充分搅拌稀释；
3、将稀释后的硫酸加入到冶炼产物中，继续机械搅拌，反应1h；
4、使用离心机将酸洗后的冶炼产物进行脱液漂洗，重复3次后脱液备用；
5、将硫酸洗后的冶炼产物与1kg去离子水混合，机械搅拌使其均匀分散，搅拌速度400rpm，向其中加入浓度37%的盐酸5g，反应0.5h；
6、向步骤5中加入10g氢氟酸，继续机械搅拌1min后关闭搅拌，液面出现大量硅粉泡沫，使用药匙将硅粉泡沫收集装入装有200g去离子水的聚四氟乙烯烧杯中；
7、待表面硅粉收集完毕后，继续重复步骤6两次，尽可能的将全部硅粉泡沫收集；
8、将浮选出的硅粉泡沫注入到离心机中使用去离子水漂洗3次，脱液后放入85℃烘箱中烘烤20h，烘干后称重，获得纯度99%以上的纯硅粉21g。
实施例2
1、使用粉碎机将5kg的冶炼产物粉碎至粒径100～200目之间，加入80kg的去离子水混合，机械搅拌使其分散均匀，搅拌速度500rpm；
2、将10kg的浓硫酸缓慢加入到24kg去离子水中，充分搅拌稀释；
3、将稀释后的硫酸加入到冶炼产物中，继续机械搅拌，反应2h；
4、使用离心机将酸洗后的冶炼产物进行脱液漂洗，重复3次后脱液备用；
5、将硫酸洗后的冶炼产物与30kg去离子水混合，机械搅拌使其均匀分散，搅拌速度500rpm，向其中加入浓度37%的盐酸500g，反应1h；
6、向步骤5中加入450g氢氟酸，继续机械搅拌2min后关闭搅拌，液面出现大量硅粉泡沫，使用浮选刮板将硅粉泡沫收集装入装有10kg去离子水的桶中；
7、待表面硅粉收集完毕后，继续重复步骤6三次，尽可能的将全部硅粉泡沫收集；
8、将浮选出的硅粉泡沫注入到离心机中使用去离子水漂洗3次，脱液后放入90℃烘箱中烘烤24h，烘干后称重，获得纯度99%以上的纯硅粉1.12kg。
实施例3
1、使用粉碎机将10kg的冶炼产物粉碎至粒径100～200目之间，加入200kg的去离子水混合，机械搅拌使其分散均匀，搅拌速度600rpm；
2、将18kg的浓硫酸缓慢加入到45kg去离子水中，充分搅拌稀释；
3、将稀释后的硫酸加入到冶炼产物中，继续机械搅拌，反应1.5h；
4、使用离心机将酸洗后的冶炼产物进行脱液漂洗，重复3次后脱液备用；
5、将硫酸洗后的冶炼产物与120kg去离子水混合，机械搅拌使其均匀分散，搅拌速度600rpm，向其中加入浓度37%的盐酸0.8kg，反应45min；
6、向步骤5中加入800g氢氟酸，继续机械搅拌2min后关闭搅拌，液面出现大量硅粉泡沫，使用浮选刮板将硅粉泡沫收集装入装有20kg去离子水的桶中；
7、待表面硅粉收集完毕后，继续重复步骤6四次，尽可能的将全部硅粉泡沫收集；
8、将浮选出的硅粉泡沫注入到离心机中使用去离子水漂洗3次，脱液后放入95℃烘箱中烘烤22h，烘干后称重，获得纯度99%以上的纯硅粉2.4kg。

Claims (5)

1.一种从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂，其特征是由以下重量份的物质组成：按每100g冶炼产物使用150～200g硫酸、5～10g盐酸和30～40g氢氟酸。
2.根据权利要求1所述的从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂，其特征是所述的冶炼产物为硅与SiO2、Mg、MgO、Mg2Si、Mg2SiO4、MgSiO3的混合物。
3.根据权利要求1所述的从冶炼产物中分离出纯硅的浮选剂，其特征是所述的硫酸为浓硫酸；所述的盐酸浓盐酸。
4.一种从冶炼产物中分离出纯硅的浮选方法，其特征是包括以下步骤：
1）粉碎：将冶炼产物粉碎至粒径100～200目粉末状；
2）酸洗：按每100g粉末状的冶炼产物加入1500～2500g去离子水，搅拌均匀，取浓硫酸150～200g ，稀释浓度为20～30%后加入，反应1～2h，之后将反应液注入离心机中漂洗数次脱水备用；
3）二次酸洗：将步骤2中酸洗漂洗后的冶炼产物加入500～1500g去离子水，搅拌均匀，向其中加入盐酸5～10g，反应0.5～1h；
4）浮选：向步骤3中加入氢氟酸30～40g，氢氟酸分3～5次加入,每次搅拌1～2min后停止搅拌，此时液面不断有硅粉泡沫产生，待酸液表面被硅粉泡沫覆盖完全之后，使用刮板将硅粉泡沫收集到其他容器中；之后继续向其中加入氢氟酸，重复搅拌、刮掉表面硅粉泡沫的过程；将冶炼产物中的纯硅全部分离出来；
5）漂洗烘干：将步骤4中收集的硅粉泡沫注入离心机中使用去离子水漂洗数次，直到漂洗液为中性为止，离心脱液，放入烘箱中，85～95℃温度条件下烘烤20～24h，烘干后即为纯硅粉。
5.根据权利要求4所述的从冶炼产物中分离出纯硅的浮选方法，其特征是所述的冶炼产物为硅与SiO2、Mg、MgO、Mg2Si、Mg2SiO4、MgSiO3的混合物。
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