CN109942000B

CN109942000B - 冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺

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Publication number: CN109942000B
Application number: CN201711393889.4A
Authority: CN
Inventors: 王正云; 刘建海; 李军; 刘兴平; 李万存; 李鹏
Original assignee: Xinte Energy Co Ltd
Current assignee: Xinte Energy Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN109942000A

Abstract

本发明公开了一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺，装置包括：真空抽滤机；水解器，与真空抽滤机第一出口连接；离心机，与水解器连接，离心机包括离心机第一出口、离心机第二出口，离心机第一出口用于排出达到排放标准的第二固相分离物，离心机第二出口与水解器连接，第二液相分离物由离心机第二出口进入水解器。本发明中的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺，将冷氢化合成工艺产生的渣浆中的固液进行了有效的分离，不仅提升了渣浆中的氯硅烷的回收率，而且优化了渣浆的处理工序，本发明中几乎实现了无水排放，将电石渣变废为宝，电石渣溶液中的溶剂得到了循环利用。

Description

冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺。

背景技术

多晶硅半导体是大规模集成电路和光伏产业的重要原材料，目前，多晶硅主要由改良西门子法生产。改良西门子法生产多晶硅所用到的原料为三氯氢硅，同时受过程工艺限制,改良西门子法在生产多晶硅的同时产生大量的副产物四氯化硅(每生产1吨多晶硅会产生15～18吨的四氯化硅)。

目前生产三氯氢硅的主要方法改良西门子法，在生产三氯氢硅的过程中，将产生大量的废渣，大量的废渣随着合成装置的排渣操作，被输送至下游工序，在下游工序中，利用蒸汽加热的方式，将渣料中的固液进行分离，分离后氯硅烷液体被输送至精馏工序，进行提纯。分离后的固体渣料利用氢氧化钠、氢氧化钙及其他的碱液进行中和，达到环保排放标准进行排放。用此种方法对多晶硅生产过程中的渣料进行处理，渣料中氯硅烷的回收率最高可达到55％以上，且在对固体渣料中和的过程中产生大量的废水(处理1吨渣料约需水约5-15方)，一方面制约了多晶硅生产成本的进一步降低，另一方面，造成大量水资源被浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺，本发明中几乎实现了无水排放，将电石渣变废为宝，电石渣溶液中的溶剂得到了循环利用。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，包括：

真空抽滤机，用于对通入其内的冷氢化合成工艺产生的渣浆进行真空抽滤，分别得到分离开的第一固相分离物和第一液相分离物，真空抽滤机包括真空抽滤机第一出口、真空抽滤机第二出口，第一液相分离物由真空抽滤机第二出口排出；

水解器，与真空抽滤机第一出口连接，第一固相分离物由真空抽滤机第一出口进入到水解器内，水解器用于通入电石渣溶液对水解器内的第一固相分离物进行中和反应，得到水解混合物；

离心机，与水解器连接，水解混合物由水解器进入到离心机内，离心机用于离心分离，分别得到分离开的第二固相分离物和第二液相分离物，离心机包括离心机第一出口、离心机第二出口，离心机第一出口用于排出达到排放标准的第二固相分离物，离心机第二出口与水解器连接，第二液相分离物由离心机第二出口进入水解器。

由于冷氢化合成工艺产生的渣浆中的氯硅烷含量高，所以使用真空抽滤机抽滤，可以防止氯硅烷泄露。

离心机进行抽滤，由于由水解器出来的水解混合物中的氯硅烷含量低，使用离心机进行分离，可以大大降低固液分离的能耗。

优选的是，所述的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，还包括：

电石渣溶解罐，设置于离心机与水解器之间，电石渣溶解罐的入口与离心机第二出口连接，电石渣溶解罐的出口与水解器的入口连接，第二液相分离物由离心机第二出口进入到电石渣溶解罐，电石渣溶解罐还用于补充加入电石渣，在电石渣溶解罐内电石渣与第二液相分离物混合配置电石渣溶液，通入到水解器内。

渣浆收集罐，渣浆收集罐用于收集冷氢化合成工艺产生的渣浆，渣浆收集罐与真空抽滤机连接，渣浆收集罐收集的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内。

优选的是，渣浆收集罐的出口位于真空抽滤机的入口的上方。

本发明还提供一种使用上述装置进行渣浆处理的工艺，包括以下步骤：

(1)将冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内，进行真空抽滤，分别得到分离开的第一固相分离物和第二液相分离物，第一液相分离物由真空抽滤机第二出口排出；

(2)第一固相分离物由真空抽滤机第一出口进入到水解器内，向水解器内通入电石渣溶液对水解器内的第一固相分离物进行中和反应，得到水解混合物；

(3)水解混合物由水解器进入到离心机内，进行离心分离，分别得到分离开的第二固相分离物和第二液相分离物，当第二固相分离物达到排放标准时由离心机第一出口排出，第二液相分离物由离心机第二出口进入水解器。

优选的是，所述步骤(1)中，冷氢化合成工艺产生的渣浆包括：5～20mas％的固体杂质，70～95mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物。固体杂质中，硅粉和金属氯化物的含量为90～95mas％。

优选的是，所述步骤(1)中，向真空抽滤机内通入冷氢化合成工艺产生的渣浆的速度为0.2～0.5吨/小时。

优选的是，所述排放标准为《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)。

优选的是，所述步骤(1)中，真空抽滤的温度为20～90℃，压力为10～80KPa。

优选的是，使用上述的装置时，将渣浆收集罐内的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内时，渣浆收集罐的压力比真空抽滤机的压力高10～1000KPa。

优选的是，第一固相分离物由真空抽滤机第一出口进入到水解器内的速度为0.5～3吨/小时。

优选的是，所述步骤(2)中电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度为5～20mas％。

优选的是，使用上述的装置，向电石渣溶解罐补充加入电石渣，在电石渣溶解罐内电石渣与第二液相分离物混合配置电石渣溶液。

电石渣溶解罐中电石渣的加入，要根据离心机排出的第二液相分离物以及生产需求进行添加，使得电石渣溶解罐中的电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度维持在预设的浓度，优选的是，预设浓度为5～20mas％，若离心机排出的第二液相分离物无法满足生产需求，需要通过添加新鲜水，以满足电石渣溶液配制的需求。

优选的是，所述步骤(1)中，第一固相分离物包括：85～95mas％的含有硅粉和金属氯化物的固体杂质、5～15mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物；固体杂质中硅粉和金属氯化物的含量为90～95mas％。

第一液相分离物包括：60～85mas％的氯硅烷、15～40mas％的固体杂质，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物。固体杂质中，硅粉和金属氯化物的含量为90～95％。

优选的是，所述步骤(2)中，水解混合物包括：20～40mas％硅酸钙、5～15mas％硅粉、3～10mas％金属盐、25～72mas％水。

优选的是，所述步骤(3)中，第二固相分离物包括：60～70mas％硅酸钙、15～25mas％硅粉、5～25mas％金属盐；第二液相分离物包括：95～99mas％的水、1～5mas％的硅粉及金属盐。

本发明中的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺，将冷氢化合成工艺产生的渣浆中的固液进行了有效的分离，不仅将氯硅烷回收率由45％提升至85％，而且优化了渣浆的处理工序，本发明中几乎实现了无水排放，将电石渣变废为宝，电石渣溶液中的溶剂得到了循环利用。

附图说明

图1是本发明实施例2中的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置的结构示意图。

图中：1-渣浆收集罐；2-真空抽滤机；21-真空抽滤机第一出口；22-真空抽滤机第二出口；3-水解器；4-离心机；41-离心机第一出口；42-离心机第二出口；5-电石渣溶解罐。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例提供一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，

包括：

本实施例一种使用上述装置进行渣浆处理的工艺，包括以下步骤：

本实施例中的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置及工艺，将冷氢化合成工艺产生的渣浆中的固液进行了有效的分离，不仅将氯硅烷回收率由45％提升至85％，而且优化了渣浆的处理工序，本实施例中几乎实现了无水排放，将电石渣变废为宝，电石渣溶液中的溶剂得到了循环利用。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，包括：

渣浆收集罐1，渣浆收集罐1用于收集冷氢化合成工艺产生的渣浆；

真空抽滤机2，与渣浆收集罐1连接，渣浆收集罐1的出口位于真空抽滤机2的入口的上方，渣浆收集罐1收集的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机2内，真空抽滤机2用于对通入其内的冷氢化合成工艺产生的渣浆进行真空抽滤，分别得到分离开的第一固相分离物和第一液相分离物，真空抽滤机2包括真空抽滤机第一出口21、真空抽滤机第二出口22，第一液相分离物由真空抽滤机第二出口22排出；

水解器3，与真空抽滤机第一出口21连接，第一固相分离物由真空抽滤机第一出口21进入到水解器3内，水解器3用于通入电石渣溶液对水解器3内的第一固相分离物进行中和反应，得到水解混合物；

离心机4，与水解器3连接，水解混合物由水解器3进入到离心机4内，离心机4用于离心分离，分别得到分离开的第二固相分离物和第二液相分离物，离心机4包括离心机第一出口41、离心机第二出口42，离心机第一出口41用于排出达到排放标准的第二固相分离物，离心机第二出口42与水解器3连接，第二液相分离物由离心机第二出口42进入水解器3；

电石渣溶解罐5，设置于离心机4与水解器3之间，电石渣溶解罐5的入口与离心机第二出口42连接，电石渣溶解罐5的出口与水解器3的入口连接，第二液相分离物由离心机第二出口42进入到电石渣溶解罐5，电石渣溶解罐5还用于补充加入电石渣，在电石渣溶解罐5内电石渣与第二液相分离物混合配置电石渣溶液，通入到水解器3内。

由于冷氢化合成工艺产生的渣浆中的氯硅烷含量高，所以使用真空抽滤机2抽滤，可以防止氯硅烷泄露。

由于由水解器3出来的水解混合物中的氯硅烷含量低，使用离心机4进行分离，可以大大降低固液分离的能耗。

本实施例还提供一种使用上述装置进行渣浆处理的工艺，包括以下步骤：

(1)将渣浆收集罐1内的冷氢化合成工艺产生的渣浆以0.5吨/小时的速度通入到真空抽滤机2内，冷氢化合成工艺产生的渣浆包括：5mas％的固体杂质，70～95mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物，固体杂质中硅粉和金属氯化物的含量为90～95mas％。在真空抽滤机2内进行真空抽滤，分别得到分离开的第一固相分离物和第二液相分离物，第一液相分离物由真空抽滤机第二出口22排出，真空抽滤的温度为50℃，压力为10KPa。将渣浆收集罐1内的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机2内时，渣浆收集罐1的压力比真空抽滤机2的压力高1000KPa。

其中，第一固相分离物包括：85～95mas％的含有硅粉和金属氯化物的固体杂质、5～15mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物，固体杂质中硅粉和金属氯化物的含量为90～95mas％。第一液相分离物包括：60～85mas％的氯硅烷、15～40mas％的固体杂质，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物，固体杂质中，硅粉和金属氯化物的含量为90～95％。第一液相分离物中的氯硅烷含量较高，通过后续工艺进一步分离提纯出氯硅烷后，回收再利用。

(2)向电石渣溶解罐5补充加入电石渣，在电石渣溶解罐5内电石渣与第二液相分离物混合配置电石渣溶液，电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度为20mas％，第一固相分离物由真空抽滤机第一出口21以2吨/小时的速度进入到水解器3内，向水解器3内通入电石渣溶液对水解器3内的第一固相分离物进行中和反应，得到水解混合物，其中，水解混合物包括：20～40mas％硅酸钙、5～15mas％硅粉、3～10mas％金属盐、25～72mas％水。

上述电石渣溶解罐5中电石渣的加入，要根据离心机4排出的第二液相分离物以及生产需求进行添加，使得电石渣溶解罐5中的电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度维持在预设的浓度，预设浓度为20mas％，若离心机4排出的第二液相分离物无法满足生产需求，需要通过添加新鲜水，以满足电石渣溶液配制的需求。

通过真空抽滤后的第一固相分离物中含有5～15mas％的氯硅烷液体，若直接排放将造成环境污染，在本方案中利用电石渣溶液(其浓度为20mas％)将分离后的第一固相分离物进行中和。

(3)水解混合物由水解器3以10吨/小时的速度进入到离心机4内，进行离心分离，分别得到分离开的第二固相分离物和第二液相分离物，当第二固相分离物达到排放标准时由离心机第一出口41排出，第二液相分离物由离心机第二出口42进入水解器3。本实施例中，排放标准为《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)。

其中，第二固相分离物包括：60～70mas％硅酸钙、15～25mas％硅粉、5～25mas％金属盐；第二液相分离物包括：95～99mas％的水、1～5mas％的硅粉及金属盐。

由离心机第二出口42排出的第二液相分离物进入到电石渣溶解罐5中，在电石渣溶解罐5中补充加入电石渣固体的方式配置电石渣溶液，可以有效利用第二液相分离物中的液体作为电石渣溶液的溶剂，且电石渣能够中和第二液相分离物中的酸性物质，再进入到水解器3中进行固液分离，使得第二液相分离物得到了循环利用回收，且可用于配置电石渣溶液，避免了现有技术中直接含有氯硅烷的液相分离物通过碱液中和合格后排放掉。

实施例3

本实施例提供一种使用上述装置进行渣浆处理的工艺，与实施例2中的工艺的区别为：

(1)将渣浆收集罐内的冷氢化合成工艺产生的渣浆以0.3吨/小时的速度通入到真空抽滤机内，真空抽滤的温度为90℃，压力为40KPa，将渣浆收集罐内的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内时，渣浆收集罐的压力比真空抽滤机的压力高10KPa。

(2)第一固相分离物由真空抽滤机第一出口以0.5吨/小时的速度进入到水解器内，电石渣溶解罐中的电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度为10mas％。

(3)水解混合物由水解器以0.5吨/小时的速度进入到离心机内，进行离心分离。

实施例4

(1)将渣浆收集罐内的冷氢化合成工艺产生的渣浆以0.2吨/小时的速度通入到真空抽滤机内，真空抽滤的温度为20℃，压力为80KPa，将渣浆收集罐内的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内时，渣浆收集罐的压力比真空抽滤机的压力高500KPa。

(2)第一固相分离物由真空抽滤机第一出口以3吨/小时的速度进入到水解器内，电石渣溶解罐中的电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度为20mas％。

(3)水解混合物由水解器以5吨/小时的速度进入到离心机内，进行离心分离。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，其特征在于，包括：

真空抽滤机，用于对通入其内的冷氢化合成工艺产生的渣浆进行真空抽滤，分别得到分离开的第一固相分离物和第一液相分离物，真空抽滤机包括真空抽滤机第一出口、真空抽滤机第二出口，第一液相分离物由真空抽滤机第二出口排出，冷氢化合成工艺产生的渣浆包括：5～20mas％的固体杂质，70～95mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物；

2.根据权利要求1所述的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的冷氢化合成工艺产生的渣浆的处理装置，其特征在于，渣浆收集罐的出口位于真空抽滤机的入口的上方。

5.一种使用权利要求1～4任意一项所述装置进行渣浆处理的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内，进行真空抽滤，分别得到分离开的第一固相分离物和第二液相分离物，第一液相分离物由真空抽滤机第二出口排出，冷氢化合成工艺产生的渣浆包括：5～20mas％的固体杂质，70～95mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物；

6.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，真空抽滤的温度为20～90℃，压力为10～80KPa。

7.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，使用3或4所述的装置时，将渣浆收集罐内的冷氢化合成工艺产生的渣浆通入到真空抽滤机内时，渣浆收集罐的压力比真空抽滤机的压力高10～1000KPa。

8.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，所述步骤(2)中电石渣溶液中的氢氧化钙的浓度为5～20mas％。

9.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，使用权利要求2所述的装置，向电石渣溶解罐补充加入电石渣，在电石渣溶解罐内电石渣与第二液相分离物混合配置电石渣溶液。

10.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，第一固相分离物包括：85～95mas％的含有硅粉和金属氯化物的固体杂质、5～15mas％的氯硅烷液体，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物；

第一液相分离物包括：60～85mas％的氯硅烷、15～40mas％的固体杂质，其中，固体杂质含有硅粉和金属氯化物。

11.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，水解混合物包括：20～40mas％硅酸钙、5～15mas％硅粉、3～10mas％金属盐、25～72mas％水。

12.根据权利要求5所述的渣浆处理的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，第二固相分离物包括：60～70mas％硅酸钙、15～25mas％硅粉、5～25mas％金属盐；第二液相分离物包括：95～99mas％的水、1～5mas％的硅粉及金属盐。