CN109704343A - 一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法 - Google Patents

一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109704343A
CN109704343A CN201711017826.9A CN201711017826A CN109704343A CN 109704343 A CN109704343 A CN 109704343A CN 201711017826 A CN201711017826 A CN 201711017826A CN 109704343 A CN109704343 A CN 109704343A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
recycling
silicon powder
waste
fluxing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711017826.9A
Other languages
English (en)
Inventor
刘胜明
石兵兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201711017826.9A priority Critical patent/CN109704343A/zh
Publication of CN109704343A publication Critical patent/CN109704343A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法,属于晶体硅领域。熔化方法用于使晶体硅的切割回收废硅粉形成熔体。熔化方法包括:在1300~2800℃的条件下,加热助熔剂和回收废硅粉的混合物,助熔剂的用量是回收废硅粉质量的0.001~100倍。本发明提供的熔化方法能使晶体硅切割工艺中回收的废硅粉被重新熔化并在冷却后形成硅块。回收得到的硅块可作为大宗商品出售。这样可实现解决资源浪费、环境污染及淋水带来的燃烧着火等问题,且还有相当可观的经济效益。

Description

一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法
技术领域
本发明涉及晶体硅领域,具体而言,涉及一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法。
背景技术
制造太阳能硅片或半导体硅片时,在晶体硅片生产过程中的硅锭开方和切片、抛光过程中,切割线(如金属丝)、磨料(如碳化硅)、抛光粉与硅锭的摩擦会产生大量废弃硅粉。这些硅粉和冷却液或含有磨料的冷却液混合在一起形成废砂浆。废砂浆中主要含碳化硅、硅、铁、聚乙二醇(PEG)等。废砂浆经固液分离后分为回收切削液和回收硅粉,其中,回收切削液继续循环利用,而回收硅粉则被大量抛弃。
这些回收硅粉往往含有少量水分、二氧化硅、铁屑、有机溶剂、碳化硅粉、金刚石中的一种或几种。目前,这些回收硅粉堆积成山,难以处理,不仅造成资源浪费,还污染环境。目前虽然有填埋、焚烧、氢氧化钠溶解、与氮气反应生成氮化硅等处理方法,然而这些处理方法不仅成本高,工艺繁琐,且处理量有限,因此,回收硅粉依旧堆积如山。如何更好地处理和利用回收利用硅粉是一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于现有技术中的不足,本发明提出了一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法,可以将晶体硅切割工艺中回收的废硅粉进行熔化,进而从其中回收获得金属硅。
本发明是这样实现的:
一种混合料,其被用于从晶体硅的切割废料中回收金属硅,其中的切割废料是以废硅粉的方式被提供的。
混合料包括废硅粉以及助熔剂,且助熔剂的用量是回收废硅粉质量的0.001~100倍。助熔剂包括碱性氧化物、金属单质、金属化合物中的一种或多种,金属单质包括铁、铝、钙、钾、钠、锂、镁、铜中的任一种,金属化合物包括金属单质的氧化物、氢氧化物、碳化物、碳酸盐、硅酸盐、复合硅酸盐、铝酸盐、复合铝酸盐、水合物中的任一种。
一种熔化方法,其被用于使晶体硅的切割回收废硅粉形成硅熔体。熔化方法包括:在1300~2800℃的条件下,加热助熔剂和回收废硅粉的混合物,助熔剂的用量是回收废硅粉质量的0.001~100倍。
一种回收金属硅的方法,其包括根据上述的熔化方法熔炼晶体硅的切割回收废硅粉以形成硅熔体。
一种金属硅,其通过如上述的回收金属硅的方法制作而成。
本发明实施例的有益效果:
本发明实施例提供的熔化方法以晶硅切割回收废硅粉和助熔剂为原料,通过加热将废硅粉熔化成硅熔体,再经冷却获得硅块(金属硅或工业硅)。采用熔化以及冷却后获得硅块具有低成本、高效率、小投资、无污染等优点,且获得的硅块纯度高,可被用于多晶硅的原料。本熔化方法工艺简单、成本低廉,且获得产品的质量较好,在晶硅切割回收废硅粉的回收利用中有极大的推广价值,符合国家目前大力提倡的循环经济,具有显著的环境效益和社会效益。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本发明实施例的熔化方法、金属硅及其回收方法进行具体说明:
在晶体硅的使用过程(制造太阳能硅片或半导体硅片)常常涉及到硅锭的切割,并且由此在后处理中会产生大量的切割回收废硅粉。常规地,废硅粉一般是通过诸如化学、物理方法进行处理进行硅的回收。常见的物理方法可以是将硅废料直接进行熔炼,但是,这对硅锭切割产生的回收硅粉而言,由于硅的切割工艺的特性,回收的硅(主要成分为硅)纯度底、杂质多,且是难以被再次利用的。
而造成回收硅粉(回收废硅粉)难以被再次利用(如物理方式)的一大问题就在于:如何使切割回收废硅粉重新熔化成硅熔体,并进一步形成纯度更好,且杂质少的硅块。另外,通常地,如何使切割回收废硅粉形成硅熔体已是一个难题。发明人已知的是,现有的回收硅粉熔炼后常常是以渣粉(硅与其他大部分杂质的混合物)的形式存在,因此也难以被再次利用。发明人发现,在回收废硅粉中,部分的硅粉在水和空气的作用下被氧化成硅酸、二氧化硅,而这些混杂在回收废硅粉中的硅酸和二氧化硅等会导致受热熔化后的硅与二氧化硅等杂质混到一起,无法成为硅熔体,导致后续的处理中发生出炉难,并且电耗高,处理量有限,冷却后无法成为块状金属硅,难以再次利用等问题。此外,其他一些杂质物质可能在熔化后会包裹未熔化的硅形成硅夹杂,也使得硅难以被很好地熔化形成硅熔体。现有技术中,通常是将切割回收废硅粉气流浮选,再液体浮选,然后采用酸浸除杂;或者采用沉降、过滤膜过滤、离子交换树脂过滤等。但是,这些工艺都存在处理费用高、产生大量废水等问题。
基于这样的认识,发明人提出了一种新的工艺,用于对硅锭切割工艺中产生的回收废硅粉进行处理,以实现硅的回收利用。通过本发明提供的方法,能够使获得的硅产品被作为大宗商品出售,从而可解决资源浪费、环境污染及淋水带来的燃烧着火等问题,并且还有相当可观的经济效益。此外,本发明提出的工艺实现了晶硅切割回收废硅粉的再次利用,通过结合适当的熔化方法和工艺技术,使难以被再次利用的回收废硅粉转变为安全、易再次利用的硅块,不仅解决安全及环境污染问题,且能获得低成本的硅块,对环境和生产企业具有重要的意义。
本发明的详细阐述如下。
一种混合料被用于从晶体硅的切割废料中回收金属硅。其中,切割废料是以废硅粉的方式被提供的。混合料包括废硅粉以及助熔剂。助熔剂的用量是回收废硅粉质量的0.001~100倍,助熔剂包括碱性氧化物、金属单质、金属化合物中的一种或多种,金属单质包括铁、铝、钙、钾、钠、锂、镁、铜中的任一种,金属化合物包括金属单质的氧化物、氢氧化物、碳化物、碳酸盐、硅酸盐、复合硅酸盐、铝酸盐、复合铝酸盐、水合物中的任一种。
正如前述,本发明还提出了一种新的工艺即熔化方法,其用于使晶体硅的切割回收废硅粉形成硅熔体。其中,所述的硅熔体在冷却后可以获得金属硅(工业硅)以便被二次利用。
熔化方法包括:在1300~2800℃的条件下,加热助熔剂和回收废硅粉的混合物,助熔剂的用量是回收废硅粉质量的0.001~100倍。
其中,废硅粉(回收废硅粉)主要是指光伏多晶硅、光伏单晶硅或半导体单晶硅的切割产生的废料。当然,废硅粉还可以是涉及其他硅工艺中产生的含硅废料,且通常地,其中含有一些使硅粉难以受热形成硅熔体的物质(如硅酸、二氧化硅)。其中,部分量的二氧化硅的可以是由硅酸受热分解而产生。
其中,助熔剂可以是指能降低回收废硅粉熔点的一类物质。助熔剂可以被选择为各种适当的物质,且通常和较好的选择是碱性氧化物(如碱性金属氧化物)。作为酸性氧化物的二氧化硅能够与被特别地选择的碱性氧化物发生反应,从而在受热条件下更易熔化的效果。
虽然,以上阐明了通过使用助熔剂使废硅粉中的二氧化硅被消耗,但是,这并非意在限制助熔剂的使用仅仅是为了去除二氧化硅,即助熔剂还可以去除(消耗杂质如二氧化硅以减少对硅熔体形成的干扰)废硅粉中的其他不利于熔化形成硅熔体的杂质,如碳化硅。相应地,通过使用助熔剂,助熔剂和废硅粉的混合物在受热时,产生可以消耗杂质(如非单质硅)的化学反应也并不限制的碱性氧化物与二氧化硅的反应。
所采用的助熔剂可以是与回收废硅粉中的物质(诸如二氧化硅)发生化学反应,从而形成低熔点物质。例如,CaO+SiO2=CaSiO3,或2CaO+SiO2=Ca2SiO4。而这样一些低熔点物质,在受热过程中,能够与硅相分离,从而允许硅以相对独立的状态(如高温下的熔体),从而可以被进行回收利用。
其中,在一些可选的示例中,助熔剂的具体成分如下:碱性氧化物例如可以是氧化钙、金属单质的氢氧化物例如可以是氢氧化钙、碳酸盐如碳酸钙。
作为示例性的说明,助熔剂包括但不限于金属的单质、氧化物、氢氧化物、碳化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、复合硅酸盐、铝酸盐、复合铝酸盐、水合物中的一种或多种。优选地,金属包括铁、铝、钙、钾、钠、锂、镁、铜中的任一种或多种,更优选地,助熔剂包括氧化钙、氧化镍、氧化铬、氢氧化镍、硫酸钙、硅酸钙中的任一种或多种。一般中性的氧化铝对回收废硅粉的熔化促进效果相对较差(虽然优于现有技术中)。进一步地,助熔剂中还可以包括二氧化硅、氟化钙、冰晶石(主要成分六氟铝酸钠)中的一种或多种。复合硅酸盐可以是两种以上的硅酸盐的混合物。相似地,复合铝酸盐可以是两种以上的铝酸盐的混合物。水合物是含水的化合物,例如可以是含有结晶水的化合物(如含有结晶水的化合物盐),例如,六水合碳酸钙。
当采用碳酸盐(如碳酸钙)作为助熔剂时,碳酸盐受热可以发生分解形成氧化物和对应的气体,因此,其作为助熔剂时还可以作为膨化剂,使硅熔体与其他杂质更易分离和区分开,也易于后续的后处理流程。当然,其他一些易受热分解产生气体和能够与二氧化硅反应的物质(如硫酸盐)的助熔剂也是一种可兼做助熔剂和膨化剂的物质。在这样的一些示例中,助熔剂是可以在受热条件分解为另一种被选择的助熔剂且产生气体的物质。这样的助熔剂例如可以是碳酸钙、硫酸钙等。
当回收废硅粉中含有一定量的碳化硅时,添加含有二氧化硅的助熔剂,可以使而碳化硅被二氧化硅充分地反应而消耗掉,从而达到使废硅粉受热而熔化形成硅熔体的目的。因此,二氧化硅常常是作为其他类型的助熔剂的补充被使用的。基于同样的原因,含有二氧化硅的助熔剂通常是以含有两种以上的助熔成分(包括二氧化硅)的混合物的形式被提供。另外,氢氧化镍、氧化镍、氧化铬虽然不是常用助熔剂的选择,但是,作为碱性氧化物的氧化镍、氧化铬也具有助熔的作用。
作为一种复合的助熔剂的示例,采用铝和氧化钙作为助熔剂。其中,铝能够与二氧化硅发生铝热反应,从而获得硅。而氧化钙和二氧化硅作为液相能作为萃取介质而溶解氧化铝,而获得的硅则与前述的液相不相容且硅密度小并上浮,因此易于被分离。
当采用金属单质为助熔剂时,金属可以与二氧化硅发生化学反应,例如,2Ca+SiO2=Si+2CaO。同时,生成的氧化钙还可以与二氧化硅进行一步反应。当采用金属的氢氧化物—如氢氧化钙—为助熔剂时,氢氧化钙受热氧化分解可产生氧化钙,并进一步与二氧化硅反应。
另外,应当理解的是,助熔剂被选用为粉末状的状态使用是有利的。粉末状的助熔剂的粒径与废硅粉的粒径可以具体适当如相同的粒径,或这个更合理的粒度分布。
发明人已知的是,硅在1410℃左右可熔化,硅酸钙等物质在1300~1500℃左右熔化。基于回收废硅粉的组成的复杂性考虑,以及助熔剂的用量选择而考量。本发明中,将加热温度选择为1300~2800℃,且相应地,将助熔剂的用量选择为回收废硅粉质量的0.001~200倍。
但是,在本发明的其他一些示例中,加热的温度还可以被选择为1400~2600℃,或1600~2000℃,或1700~1900℃,或1500~2200℃。进一步地,加热温度可以是1300、℃1370、℃1440、℃1490、℃1600、℃1700、℃1754、℃1800、℃1900、℃2000、℃2090、℃2200、℃2465、℃2650、℃2800℃中的任一者,或任意两者限定的范围。
相应地,助熔剂的用量是回收废硅粉质量的0.01~80倍,或0.06~50倍,或0.1~30倍,或者17~26倍。进一步地,助熔剂的用量是回收废硅粉质量的A倍,且A是选择自0.01、0.07、0.1、0.3、0.6、1.8、3.9、4.8、10、29、33、45、67、88、93、100中的任一者,或者任意两者限定的范围。
一种更具体的可替代示例中,作为优选,助熔剂的添加质量为回收废硅粉质量的0.01~10倍。进一步优选,助熔剂的添加质量为回收废硅粉质量的0.05~1倍。更进一步优选,助熔剂的添加质量为回收废硅粉质量的0.05~0.5倍。最优选,助熔剂的添加质量为回收废硅粉质量的0.05~0.1倍。
进一步地,在加热过程中包含助熔剂和回收废硅粉的混合物可以是被置于各种加热设备中。例如,加热设备可以是高温炉。其中,高温炉可以选择使用高频感应加热炉、中频感应加热炉、电弧炉、等离子炉、电阻炉或其他设备。另外,加热过程中,加热设备内的气氛可以是(更好的选择)非氧化气氛,但是,即使加热设备内存在氧气也是被允许的。
需要说明的是,虽然以上叙述中说明了是加热混合物,但是,助熔剂和回收废硅粉的混合方式可以被任意地选择。例如,将助熔剂加入废硅粉中,或者,将废硅粉加入助熔剂中。此外,加入过程可以被控制如一次性添加,或者,分批加入。在分批加入的过程中,添加物(如助熔剂)可以是随着温度的升高逐渐地被添加的。
以上,本发明提出了一种可使回收废硅粉被熔化形成熔体的方法。然而,在本发明的其他一些示例中,所述的熔化方法也可以被用于作为一种回收金属硅的方法。回收金属硅的方法包括按照前述的熔化方法熔炼晶体硅的切割回收废硅粉以形成硅熔体。
形成硅熔体后,回收废硅粉中的硅可以与其他杂质被更容易地分离开,以便进行适当的后处理以获得金属硅。例如,简单地进行冷却,即在形成硅熔体之后对硅熔体进行冷却以形成固体。其中,冷却硅熔体的方法包括随炉冷却、定向凝固冷却、将熔体在水中冷却、将熔体在模具中冷却中的任一种或多种的结合。
经过冷却后可以获得杂质(如硼)含量少的金属硅(工业硅)。前述获得金属硅可以具有各种任意的形状,其具体形状也可以通过使硅熔体在形状受限条件下冷却获得。通常地,金属硅的形状可以是规整的或规则的,当然,其形状也可以是非规则的,例如,粒状、片状、针状、松塔状、碎石状等等,大小不等,通过冷却模具来限定。
进一步地,基于更好的使用,获得的工业硅可以进行纯化和/或晶体化处理而被加工。例如,工业硅作为物理法多晶硅的原料,经过酸洗、定向凝固、电子束、等离子束中的一种或多种组合,提纯成太阳能级多晶硅。另外,太阳能级多晶硅可以直接铸锭后做成硅片,也可和高纯硅料混合后铸锭,再做成硅片。
以下结合实施例对本发明的熔化方法、金属硅及其回收方法作进一步的详细描述。
以下实施例中,废硅粉(切割废硅粉)的获得方式如下被阐明。切割硅锭产生硅粉和水、有机溶剂的混合液,压滤后固液分离(回收切削液和回收硅粉)。固体的回收硅粉中含有一定量的液体,经晾干后获得含10~20wt%水的含硅粉末,即上述废硅粉。
实施例1
取20t含固液分离后自然晾干的金刚线切割回收废硅粉和2t生石灰粉,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频感应炉中并在1560℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,硅块中的硼含量为0.3ppm。
实施例2
取20t含固液分离后自然晾干的金刚线切割回收废硅粉和2t碳酸钙颗粒,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到高频感应炉中并在1450℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,高频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,硅块中的硼含量为0.5ppm。
实施例3
取20t含固液分离后自然晾干的金刚线切割回收废硅粉和2t熟石灰粉,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到矿热炉中并在1800℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,矿热炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,低硅块中的硼含量为0.7ppm。
实施例4
取20t含固液分离后的金刚线切割回收废硅粉和2t生冰晶石,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到氩气保护的中频炉中并在1500℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,硅块中的硼含量为0.8ppm。
实施例5
取20t含固液分离后烘干的金刚线切割回收废硅粉和1t生石灰粉,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到定向凝固炉中并在2300℃的温度下熔化,熔化后定向凝固提纯,之后取出硅锭。硅锭经过开方、线锯切成太阳能发电用的硅片。
实施例6
取20t含固液分离后的砂浆切割回收废硅粉和1t熟石灰,0.2吨石英砂,0.1吨氟化钙,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在1900℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块和熔渣,硅渣分离。
经检测,硅块中的硼含量为0.15ppm。
实施例7
取20t含固液分离后的砂浆切割回收废硅粉和1t熟石灰,3吨废铁粉,0.1吨氟化钙,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在2200℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块和熔渣,硅渣分离。
经检测,硅块中的硼含量为0.5ppm,含铁25%。
实施例8
取2t含固液分离后的金刚线切割回收废硅粉和10千克钙粉,20千克生石灰,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在1780℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块和熔渣,硅渣分离。
经检测,硅块中的硼含量为0.6ppm,铁含量为600ppm,铝含量为60ppm。
实施例9
取2t三氯氢硅生产厂的水洗废硅粉,20千克生石灰,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在1800℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,硅块中的硼含量为13ppm,铁含量为6000ppm,铝含量为2000ppm。
实施例10
取2t含固液分离后的金刚线切割回收废硅粉和100千克铝酸三钙,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在2200℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块和熔渣,硅渣分离。
经检测,硅块中的硼含量为0.3ppm,铁含量为500ppm,铝含量为60ppm,钙含量为30ppm。
实施例11
取2t含固液分离后的金刚线切割回收废硅粉和50千克硅酸钠,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在1900℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块和熔渣,硅渣分离。
经检测,硅块中的硼含量为0.4ppm,铁含量为550ppm,铝含量为80ppm,钙含量为50ppm。
实施例12
取2t金属硅磨粉生产线除尘袋中收集的废硅粉,1吨从地面清扫收集的废硅粉,20千克氧化镁,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在1680℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块和熔渣,硅渣分离。
经检测,硅块中的硼含量为13ppm,铁含量为4500ppm,铝含量为2000ppm,钙含量为300ppm。
实施例13
取2t从有机硅生产公司回收的废硅粉,20千克碳酸钠,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在1850℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,硅块中的硼含量为20ppm,铁含量为1800ppm,铝含量为1000ppm,钙含量为80ppm。
实施例14
取2t含固液分离后的金刚线切割回收废硅粉和50千克氧化钙粉,10千克碳化硅粉,混合后搅拌均匀。
将搅拌均匀的原料加入到中频炉中并在2200℃的温度下冶炼,冶炼成熔体硅并流出,之后用钢包接硅水,中频炉继续熔炼回收废硅粉。钢包中的硅水冷却后成为固体硅块。
经检测,硅块中的硼含量为0.3ppm,铁含量为650ppm,铝含量为8ppm,钙含量为6ppm。
对比例1
在不添加助熔剂的情况下,把金刚线切割回收废硅粉加入中频炉石墨坩埚中,温度升高到1800摄氏度,保温4小时。倾倒出炉,发现无法出炉(无法完成倾倒)。冷却后,发现废硅粉烧结到一起,有部分硅熔化后汇集成小硅球(直径约1厘米)。
对比例2
把20公斤金刚线切割回收废硅粉和2公斤石灰粉混合后加入中频炉石墨坩埚中,升温至1100摄氏度,保温4小时,倒硅时倒不出来,冷却后发现硅粉烧结到一起,没有熔化。
对比例3
不加助熔剂,把金刚线切割回收废硅粉加入中频炉石墨坩埚中,升温到1200摄氏度,保温5小时,倾倒出硅时倒不出来。冷却后发现,硅粉被烧结成块,还是粉末状。
对比例4
采用碳化硅为助熔剂,在900摄氏度下保温熔化4小时。硅粉很松散,还是粉末状。
对比例5
采用碳化硅为助熔剂,在1600摄氏度下熔化5小时,出硅时倒不出来,冷却后发现硅粉被烧结成块,有部分硅汇集成小硅球(直径约1厘米)。
从实施例1~14以及对比例1~5可以看出,在选择适当的助熔剂、温度的情况下,回收废硅粉被熔化,在未使用助熔剂,或者助熔剂的选择不恰当或温度不适宜时,仍然难以使回收废硅粉被熔化形成硅熔体以提取工业硅。
采用实施例1~14中任一种方法,可将晶硅切割回收废硅粉熔化并进一步形成硅块,而且硅块(金属硅)的硼含量都很低,且可作为普通工业硅出售。另外,回收得到的金属硅也可经过酸洗、定向凝固、电子束、等离子束等提纯物理法提纯成光伏级多晶硅使用。
综上所述,本发明实施例的晶硅切割回收废硅粉的熔化方法具有工艺简单、成本低廉和产品质量较好的优点,因此,在晶硅切割回收废硅粉市场上有极大的推广价值,符合国家目前大力提倡的循环经济,具有显著的环境效益和社会效益。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出许多其它的更改和修改。因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种混合料,其特征在于,所述混合料被用于从晶体硅的切割废料中回收金属硅,所述切割废料是以废硅粉的方式被提供的,所述混合料包括所述废硅粉以及助熔剂,所述助熔剂的用量是所述回收废硅粉质量的0.001~100倍,所述助熔剂包括碱性氧化物、金属单质、金属化合物中的一种或多种,所述金属单质包括铁、铝、钙、钾、钠、锂、镁、铜中的任一种,所述金属化合物包括金属单质的氧化物、氢氧化物、碳化物、碳酸盐、硅酸盐、复合硅酸盐、铝酸盐、复合铝酸盐、水合物中的任一种。
2.一种熔化方法,其特征在于,所述熔化方法用于使晶体硅的切割回收废硅粉形成硅熔体,所述熔化方法包括:在1300~2800℃的条件下,加热助熔剂和所述回收废硅粉的混合物,所述助熔剂的用量是所述回收废硅粉质量的0.001~100倍。
3.根据权利要求2所述的熔化方法,其特征在于,所述废硅粉来自光伏多晶硅、光伏单晶硅或半导体单晶硅的切割产生的废料。
4.根据权利要求2所述的熔化方法,其特征在于,所述助熔剂包括金属的单质、氧化物、氢氧化物、碳化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、复合硅酸盐、铝酸盐、复合铝酸盐、水合物中的一种或多种,优选地,所述金属包括铁、铝、钙、钾、钠、锂、镁、铜中的任一种或多种,更优选地,所述助熔剂包括氧化钙、氧化镍、氧化铬、氢氧化镍、硫酸钙、硅酸钙、二氧化硅、氟化钙、冰晶石中的任一种或多种。
5.根据权利要求2所述的熔化方法,其特征在于,加热所述混合物的温度为1400~2600℃,或1600~2000℃,或1700~1900℃,或1500~2200℃。
6.根据权利要求2或5所述的熔化方法,其特征在于,所述助熔剂的用量是所述回收废硅粉质量的0.01~80倍,或0.06~50倍,或0.1~30倍,或者17~26倍。
7.一种回收金属硅的方法,其特征在于,根据权利要求2~6中任一项所述的熔化方法熔炼晶体硅的切割回收废硅粉以形成硅熔体。
8.根据权利要求7所述的回收金属硅的方法,其特征在于,所述回收金属硅的方法还包括在形成硅熔体之后对所述硅熔体进行冷却以形成固体。
9.根据权利要求8所述的回收金属硅的方法,其特征在于,冷却所述硅熔体的方法包括随炉冷却、定向凝固冷却、将所述熔体在水中冷却、将所述熔体在模具中冷却中的任一种或多种的结合。
10.一种金属硅,其特征在于,所述金属硅通过如根据权利要求7~9中任一项所述的回收金属硅的方法制作而成。
CN201711017826.9A 2017-10-25 2017-10-25 一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法 Pending CN109704343A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711017826.9A CN109704343A (zh) 2017-10-25 2017-10-25 一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711017826.9A CN109704343A (zh) 2017-10-25 2017-10-25 一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109704343A true CN109704343A (zh) 2019-05-03

Family

ID=66252839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711017826.9A Pending CN109704343A (zh) 2017-10-25 2017-10-25 一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109704343A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110078077A (zh) * 2019-05-14 2019-08-02 刘亮 一种基于中频熔炼回收金刚线切割硅泥制备金属硅的方法
CN110642253A (zh) * 2019-09-27 2020-01-03 南昌航空大学 一种铝热反应制备纳米还原硅的制备方法
CN111205588A (zh) * 2019-10-29 2020-05-29 浙江昊杨新能源科技有限公司 一种耐浓硫酸铅酸蓄电池塑壳
CN112441588A (zh) * 2020-12-31 2021-03-05 重庆大学 一种金刚石线切割硅废料的脱氧方法
CN114772602A (zh) * 2022-04-27 2022-07-22 中国科学院赣江创新研究院 一种提高金刚线切割硅泥熔炼制备金属硅收率的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101792142A (zh) * 2009-12-31 2010-08-04 唐康宁 从切割废砂浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法
CN101941700A (zh) * 2010-09-15 2011-01-12 陈应天 一种从工业硅中去除硼杂质的方法
CN102464319A (zh) * 2010-11-18 2012-05-23 赵钧永 硅的冶金化学提纯方法
JP2012162402A (ja) * 2009-04-27 2012-08-30 Shin-Etsu Chemical Co Ltd フラックスの不純物除去方法
CN104619638A (zh) * 2012-06-25 2015-05-13 希利柯尔材料股份有限公司 可用于纯化硅的定向凝固中的熔剂组合物

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012162402A (ja) * 2009-04-27 2012-08-30 Shin-Etsu Chemical Co Ltd フラックスの不純物除去方法
CN101792142A (zh) * 2009-12-31 2010-08-04 唐康宁 从切割废砂浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法
CN101941700A (zh) * 2010-09-15 2011-01-12 陈应天 一种从工业硅中去除硼杂质的方法
CN102464319A (zh) * 2010-11-18 2012-05-23 赵钧永 硅的冶金化学提纯方法
CN104619638A (zh) * 2012-06-25 2015-05-13 希利柯尔材料股份有限公司 可用于纯化硅的定向凝固中的熔剂组合物

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110078077A (zh) * 2019-05-14 2019-08-02 刘亮 一种基于中频熔炼回收金刚线切割硅泥制备金属硅的方法
CN110642253A (zh) * 2019-09-27 2020-01-03 南昌航空大学 一种铝热反应制备纳米还原硅的制备方法
CN110642253B (zh) * 2019-09-27 2022-10-11 南昌航空大学 一种铝热反应制备纳米还原硅的制备方法
CN111205588A (zh) * 2019-10-29 2020-05-29 浙江昊杨新能源科技有限公司 一种耐浓硫酸铅酸蓄电池塑壳
CN112441588A (zh) * 2020-12-31 2021-03-05 重庆大学 一种金刚石线切割硅废料的脱氧方法
CN114772602A (zh) * 2022-04-27 2022-07-22 中国科学院赣江创新研究院 一种提高金刚线切割硅泥熔炼制备金属硅收率的方法
CN114772602B (zh) * 2022-04-27 2023-08-15 中国科学院赣江创新研究院 一种提高金刚线切割硅泥熔炼制备金属硅收率的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109704343A (zh) 一种混合料、熔化方法、金属硅及其回收方法
CN101511731B (zh) 用于提纯低级硅材料的方法和装置
KR101450346B1 (ko) 태양 전지 및 다른 용도를 위한 규소 제조 방법
CN102933494B (zh) 利用级联过程纯化硅的方法
CN1926062B (zh) 从硅中除去硼的方法
CN101555013A (zh) 一种工业硅的精炼提纯方法
KR102137455B1 (ko) 규소 정제 방법
CN109292779A (zh) 一种用高硅废料造渣精炼生产高纯硅/硅合金的方法
CN105568004A (zh) 一种在电弧炉中铝铬渣冶炼金属铬的方法
CN101837348B (zh) 一种将硅与杂质进行分离的方法
WO2012000428A1 (en) Method for preparing high purity silicon
CN110612269B (zh) 用于生产商业级硅的方法
CN105579598B (zh) 用于处理钢渣的方法和水硬性矿物粘合剂
CN101602506B (zh) 一种高纯多晶硅的生产方法及生产装备
JPH08290915A (ja) アルミニウム浮滓およびアルミニウム浮滓残渣をアルミン酸カルシウムに処理する方法
CN103570023A (zh) 一种工业硅造渣除硼的方法
CN101892393A (zh) 一种分离金属铝的工艺
CN110156023A (zh) 一种绿色环保的冶炼高纯硅方法
JP2010052960A (ja) 高純度シリコンの製造方法及び製造装置並びに高純度シリコン
CN111302345A (zh) 一种以硅废料制备多晶硅颗粒的方法
CN108793170B (zh) 一种工业硅通气造渣冶炼结合预处理后酸洗工艺
CN110273075A (zh) 利用金属铝回收晶体硅切割废料制备高硅铝硅合金的方法
CN114150098A (zh) 二次铝灰还原铁矿石制备预熔型铝酸钙和金属铁的方法
CN110467185A (zh) 一种硅材料除磷提纯添加剂以及提纯方法
CN103386481B (zh) 用于制备镍合金的镍粉的加工工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190503

RJ01 Rejection of invention patent application after publication