CN112374501A - 一种多晶硅渣浆资源化回收方法和系统 - Google Patents

一种多晶硅渣浆资源化回收方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多晶硅渣浆资源化回收方法，其包括以下步骤：(1)来自上游的渣浆进行固液分离，得到气液组分和固体组分；(2)气液组分进入粗品罐，固体组分进行进入干燥机深度干燥，深度干燥后的固体组分中的轻组分含量＜0.5％；(3)深度干燥后的固体组分依次经过水解、固液分离，所得固体产物经过干燥得到固体产品；所得液体产物进入搅拌罐，并且添加氢氧化钠溶液来生产水玻璃溶液，或者所得液体产物通过浓缩干燥获得粉状泡花碱。本发明还涉及一种多晶硅渣浆资源化回收系统。本方法回收的硅粉可以完全回用到冷氢化系统，副产具有附加价值的水玻璃，能够实现节能降耗和降低运行成本的目的，提高多晶硅产业的市场竞争力。

Description

一种多晶硅渣浆资源化回收方法和系统
技术领域
本发明涉及多晶硅渣浆回收领域，尤其涉及一种多晶硅冷氢化过程中产生的多晶硅渣浆资源化回收方法。
背景技术
多晶硅渣浆通常为精馏后得到混合物浆料，主要由氯硅烷、高沸物、三氯化铝和少量硅粉等组成。多晶硅渣浆作为多晶硅生产中不可避免的副产物，由于其对环境具有高危害性且氯硅烷和高沸物具有一定的回收价值，使得多晶硅渣浆的回收利用对整个多晶硅生产工艺具有非常重要的意义。
传统的多晶硅渣浆处理工艺流程是：将渣浆送入干燥机，通过干燥机分离其中的四氯化硅和少量的三氯氢硅，干燥处理后的渣浆通过螺杆泵打入水解罐进行水解。
上述流程存在的问题：
1.为保证螺杆泵的正常使用，干燥后的残渣湿份含量为20％左右，四氯化硅的回收率一般为80％左右，氯硅烷回收不彻底。
2.干燥过程中，高沸物和少量的氯硅烷残留在固体残渣中，直接送入水解单元，造成资源的浪费。
3.干燥后残留渣浆较多，需要大量的水进行水解，耗水量高。水解过程中还会产生大量废气、废液和废固。
4.水解系统需要添加石灰乳溶液，在水解反应过程中生成二氧化硅容易堵塞管道。
5.水解后的硅粉无法循环利用，作为废固处理，增加工厂运行费用，造成资源的浪费。
发明内容
针对现有工艺流程中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多晶硅渣浆资源化回收方法，该方法是一种资源化回收方法，能够促使氯硅烷全部资源化利用，并全部回收硅粉和副产有附加价值的副产品。
为达到上述目的，本发明提供一种多晶硅渣浆资源化回收方法，包括以下步骤：
S1、来自上游的渣浆进行固液分离，得到气液组分和固体组分；
S2、气液组分进入粗品罐，固体组分进入一级干燥机进行深度干燥，在70～130℃温度和搅拌的条件下，生成的气体产物排出所述一级干燥机后，经冷凝进入粗品罐，粗品罐中收集的液体进入精馏塔进行分离，深度干燥后的固体组分中的轻组分含量＜0.5％；
S3、深度干燥后的固体组分依次经过水解、固液分离，所得固体产物进入二级干燥机经过干燥得到固体产品；所得液体产物进入搅拌罐，并且添加氢氧化钠溶液来生产水玻璃溶液，或者所得液体产物通过浓缩干燥获得粉状泡花碱。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，步骤S1中，所述固液分离采用的是真空转鼓过滤机。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，所述固液分离包括以下步骤：来自上游的渣浆进入所述真空转鼓过滤机通过其鼓面实现固液气分离；优选所述真空转鼓过滤机的鼓面预涂有硅藻土。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，步骤S1中，所述固液分离采用的是高级沉降罐；进一步优选所述固液分离包括以下步骤：来自上游的渣浆进入所述高级沉降罐依靠重力沉降法实现固液分离。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，步骤S3中，所述固液分离采用的是压滤机。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，所述来自上游的渣浆的湿份含量为70-90％。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，所述一级干燥机和所述二级干燥机分别独立地通过蒸汽或导热油加热。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其中优选的是，所述一级干燥机和所述二级干燥机分别独立地为桨叶干燥机、耙式干燥机或薄膜干燥机。
为达到上述目的，本发明还提供一种多晶硅渣浆资源化回收系统，包括：固液分离装置、一级干燥机、二级干燥机、水解罐和压滤机，
所述固液分离装置分别与粗品罐和所述一级干燥机连通，所述粗品罐进一步与精馏塔连通，
所述一级干燥机的顶部依次与冷凝器和所述粗品罐连通，所述一级干燥机的出料口与所述水解罐连通，
所述水解罐的底部与所述压滤机连通，所述压滤机的固体出料口依次与所述二级干燥机和产品仓连通。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收系统，其中优选的是，所述固液分离装置为高级沉降罐或真空转鼓过滤机。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收系统，其中优选的是，所述一级干燥机的出料口依次通过干燥缓存罐和干燥螺旋输送机与所述水解罐连通；所述压滤机的固体出料口依次通过过滤缓存罐、过滤螺旋输送机与所述二级干燥机连通。
本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法的具体步骤如下：
(1)粗氯硅烷回收装置通过固液分离装置实现，可以采用以下两种方法的任一种进行：
A、来自上游的渣浆进入真空转鼓过滤机，渣浆通过鼓面(预涂硅藻土)实现固液气分离；分离出来的液体和气体进入粗品罐收集粗氯硅烷液体，分离出来的固体进入干燥机进行深度干燥。
B、来自上游的渣浆进入高级沉降罐，渣浆在高级沉降罐中依靠重力沉降法实现固液分离；分离出来的液体进入粗品罐收集粗氯硅烷液体，分离出来的固体进入干燥机进行深度干燥。
(2)深度干燥过程为：将渣浆在一级干燥机内加热到70～130℃左右且充分搅拌，搅拌加热过程中四氯化硅和少量的三氯氢硅以气体形式通过干燥机顶部排出，然后进入冷凝器，冷凝后进入粗品罐收集粗氯硅烷液体，粗品罐中的产品回到精馏塔进行分离；干燥后固体中的轻组分含量＜0.5％。
(3)干燥后的固体从干燥机的出料口排出后依次通过干燥缓存罐和干燥螺旋输送机输送到水解罐里，在水解罐内加入一定量的水，搅拌混合均匀。
(4)水解罐底部的浆料间歇地或连续地排入到压滤机实现固液分离。
(5)压滤机分离出来的固体(包含全部的硅粉)依次通过过滤缓存罐和过滤螺旋输送机输送到二级干燥机内，固体硅粉在二级干燥机内干燥后放入产品仓。
(6)压滤机分离液体进入搅拌罐，添加一定量的氢氧化钠溶液生产水玻璃溶液，或者也可以通过浓缩干燥获得粉状泡花碱。
上述步骤(1)中渣浆进料时的湿份含量在80％左右。
上述步骤(3)中干燥缓存罐和干燥螺旋输送机可以根据工艺需要进行取舍。
上述步骤(5)中过滤缓存罐和过滤螺旋输送机可以根据工艺需要进行取舍。
本发明与传统采用的方法技术相比具有以下优点：
1.本发明氯硅烷回收率高，氯硅烷回收比例＞99％。
2.本发明能耗低，解决了管路堵塞的问题，采用过滤或高级沉降的方法分离出大部分氯硅烷，少量氯硅烷通过干燥机进行干燥和回收，能耗降低，同时氯硅烷挥发过程携带硅粉量几乎降低为零，彻底解决管路堵塞问题。
3.通过此方法使得回收的硅粉比较干净，品质比较高，可以直接回用到冷氢化过程，降低运行成本。
4.通过此方法使得渣浆无废水产生，使得废水转化为泡花碱，变废为宝。
附图说明
图1为本发明的多晶硅渣浆资源化回收方法的工艺流程图。
附图标记：
1-高级沉降罐，2-真空转鼓过滤机，3-一级干燥机，4-干燥缓存罐，5-干燥螺旋输送机，6-水解罐，7-压滤机，8-过滤缓存罐，9-过滤螺旋输送机，10-二级干燥机，11-产品仓，12-冷凝器，13-粗品罐，14-搅拌罐。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明可能会在各实施例中重复使用元件符号及/或字母。此重复的目的在于简化及厘清，且其自身并不规定所讨论的各实施例及/或配置之间的关系。
参见图1所示，图1为本发明的多晶硅渣浆资源化回收方法的工艺流程图。本发明所述的多晶硅渣浆资源化回收方法的具体步骤如下：
(1)粗氯硅烷回收装置通过固液分离装置实现，可以采用以下两种方法的任一种或者两种结合进行：
A、来自上游的渣浆进入真空转鼓过滤机2，渣浆通过鼓面(预涂硅藻土)实现固液气分离；分离出来的液体和气体进入粗品罐13收集粗氯硅烷液体，分离出来的固体进入一级干燥机3进行深度干燥。
B、来自上游的渣浆进入高级沉降罐1，渣浆在高级沉降罐1中依靠重力沉降法实现固液分离；分离出来的液体进入粗品罐13收集粗氯硅烷液体，分离出来的固体进入一级干燥机3进行深度干燥。
(2)深度干燥过程为：将渣浆在一级干燥机3内加热到70～130℃左右且充分搅拌，搅拌加热过程中四氯化硅和少量的三氯氢硅以气体形式通过一级干燥机3顶部排出，然后进入冷凝器12，冷凝后进入粗品罐13收集粗氯硅烷液体，粗品罐13中的产品回到精馏塔(未图示)进行分离；干燥后固体中的轻组分含量＜0.5％。
(3)干燥后的固体从一级干燥机3的出料口排出后依次通过干燥缓存罐4和干燥螺旋输送机5输送到水解罐6里，在水解罐6内加入一定量的水，搅拌混合均匀。
(4)水解罐6底部的浆料间歇地或连续地排入到压滤机7实现固液分离。
(5)压滤机7分离出来的固体(包含全部的硅粉)依次通过过滤缓存罐8和过滤螺旋输送机9输送到二级干燥机10内，固体硅粉在二级干燥机10内干燥后放入产品仓11。
(6)压滤机7分离出来的液体进入搅拌罐14，添加一定量的氢氧化钠溶液生产水玻璃溶液，或者也可以通过浓缩干燥获得粉状泡花碱(未图示)。
上述步骤(1)中渣浆进料时的湿份含量在80％左右。
上述步骤(3)中干燥缓存罐4和干燥螺旋输送机5可以根据工艺需要进行取舍。
上述步骤(5)中过滤缓存罐8和过滤螺旋输送机9可以根据工艺需要进行取舍。
实施例1
来料渣浆中含有：75％的轻组分，5％的高沸物，20％的硅粉。
粗氯硅烷回收装置通过固液分离装置实现，采用以下方法进行：
100kg/h来自上游的湿份含量80％的渣浆进入真空转鼓过滤机进行分离，分离出来70kg/h的液体和气体进入粗品罐，分离出来的30kg/h固体进入一级干燥机进行深度干燥。
(2)深度干燥过程：将分离出来的30kg/h固体渣浆在一级干燥机内加热到70～130℃左右，干燥过程产生的5kg/h轻组分以气相形态经冷凝器进入粗品罐。
(3)干燥后的25kg/h固体从一级干燥机的出料口排出进入水解罐，在水解罐内加入25kg/h的水。
(4)水解罐出来的50kg/h的固液混合物到压滤机实现固液分离。
(5)压滤机分离出来的21kg/h固体(包含全部的硅粉)进入二级干燥机内，干燥后获得20kg/h固体硅粉放入产品仓，1kg/h送入搅拌罐。
(6)压滤机分离出来的29kg/h液体进入搅拌罐，添加一定量的氢氧化钠溶液(控制PH＝12)生产水玻璃溶液。
实施例2
来料渣浆中含有：75％的轻组分，5％的高沸物，20％的硅粉。
粗氯硅烷回收装置通过固液分离装置实现，采用以下方法进行：
100kg/h来自上游的湿份含量80％的渣浆进入高级沉降罐，渣浆在高级沉降罐实现固液分离；分离出来70kg/h的液体进入粗品罐，分离出来的30kg/h固体进入一级干燥机进行深度干燥。
(2)深度干燥过程：将分离出来的30kg/h固体渣浆在一级干燥机内加热到70～130℃左右，干燥过程产生的5kg/h轻组分以气相形态经冷凝器进入粗品罐。
(3)干燥后的25kg/h固体从一级干燥机的出料口排出进入水解罐，在水解罐内加入25kg/h的水。
(4)水解罐出来的50kg/h的固液混合物到压滤机实现固液分离。
(5)压滤机分离出来的21kg/h固体(包含全部的硅粉)进入二级干燥机内，干燥后获得20kg/h固体硅粉放入产品仓，1kg/h送入搅拌罐。
(6)压滤机分离出来的29kg/h液体进入搅拌罐，添加一定量的氢氧化钠溶液(控制PH＝12)生产水玻璃溶液。
对比例1
来料渣浆中含有：75％的轻组分，5％的高沸物，20％的硅粉。
多晶硅渣浆处理工艺流程为：100kg/h来自上游的湿份含量80％渣浆进入干燥机进行干燥分离，干燥机蒸出68kg/h轻组分(蒸发量大，携带少量硅粉，容易堵塞管路)，获得32kg/h固体。干燥产生的32kg/h固体和配置好的石灰乳溶液进入水解罐进行水解，产生140kg/h固液混合物和少量废气。
通过实施例1、实施例2和对比例1的对比，可知本发明如下有益效果：
1.本发明氯硅烷回收率高，氯硅烷回收比例＞99％。
2.本发明能耗低，解决了管路堵塞的问题，采用过滤或高级沉降的方法分离出大部分氯硅烷，少量氯硅烷通过干燥机进行干燥和回收，能耗降低，同时氯硅烷挥发过程携带硅粉量几乎降低为零，彻底解决管路堵塞问题。
3.通过此方法使得回收的硅粉比较干净，品质比较高，可以直接回用到冷氢化过程，降低运行成本。
4.通过此方法使得渣浆无废水产生，使得废水转化为泡花碱，变废为宝。
应该注意的是，上述较佳实施例仅用于说明本发明，但本发明不限于所述实施例，在本发明的构思范围内，由本领域普通技术人员所进行变化和修饰，皆属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、来自上游的渣浆进行固液分离，得到气液组分和固体组分；
S2、气液组分进入粗品罐，固体组分进入一级干燥机进行深度干燥，在70～130℃温度和搅拌的条件下，生成的气体产物排出所述一级干燥机后，经冷凝进入粗品罐，粗品罐中收集的液体进入精馏塔进行分离，深度干燥后的固体组分中的轻组分含量＜0.5％；
S3、深度干燥后的固体组分依次经过水解、固液分离，所得固体产物进入二级干燥机经过干燥得到固体产品；所得液体产物进入搅拌罐，并且添加氢氧化钠溶液来生产水玻璃溶液，或者所得液体产物通过浓缩干燥获得粉状泡花碱。
2.根据权利要求1所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，步骤S1中，所述固液分离采用的是真空转鼓过滤机，优选所述固液分离包括以下步骤：来自上游的渣浆进入所述真空转鼓过滤机通过其鼓面实现固液气分离；进一步优选所述真空转鼓过滤机的鼓面预涂有硅藻土。
3.根据权利要求1所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，步骤S1中，所述固液分离采用的是高级沉降罐；优选所述固液分离包括以下步骤：来自上游的渣浆进入所述高级沉降罐依靠重力沉降法实现固液分离。
4.根据权利要求1所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，步骤S3中，所述固液分离采用的是压滤机。
5.根据权利要求1所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，所述来自上游的渣浆的湿份含量为70-90％。
6.根据权利要求1所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，所述一级干燥机和所述二级干燥机分别独立地通过蒸汽或导热油加热。
7.根据权利要求1所述的多晶硅渣浆资源化回收方法，其特征在于，所述一级干燥机和所述二级干燥机分别独立地为桨叶干燥机、耙式干燥机或薄膜干燥机。
8.一种多晶硅渣浆资源化回收系统，其特征在于，包括：固液分离装置、一级干燥机、二级干燥机、水解罐和压滤机，
所述固液分离装置分别与粗品罐和所述一级干燥机连通，所述粗品罐进一步与精馏塔连通，
所述一级干燥机的顶部依次与冷凝器和所述粗品罐连通，所述一级干燥机的出料口与所述水解罐连通，
所述水解罐的底部与所述压滤机连通，所述压滤机的固体出料口依次与所述二级干燥机和产品仓连通。
9.根据权利要求8所述的多晶硅渣浆资源化回收系统，其特征在于，所述固液分离装置为高级沉降罐或真空转鼓过滤机。
10.根据权利要求8所述的多晶硅渣浆资源化回收系统，其特征在于，所述一级干燥机的出料口依次通过干燥缓存罐和干燥螺旋输送机与所述水解罐连通；所述压滤机的固体出料口依次通过过滤缓存罐、过滤螺旋输送机与所述二级干燥机连通。
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