CN113044845B - 一种硅片切割废料高效提纯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅片切割废料高效提纯的方法，属于硅二次资源综合利用技术领域。本发明针对现有的硅片切割废料前端预处理和提纯分段进行引起的生产效率低、易扬尘、预处理过程金属杂质二次污染和提纯过程颗粒表面二次氧化严重等实际问题，将新鲜的硅片切割浆液直接浓缩至液固比mL:g低于3:1的硅片切割废料糊，采用湿法浸出介质对硅片切割废料糊进行直接湿法化学提纯去除硅片切割废料表面的沾污金属杂质，经多次洗涤和浓缩得到4‑5N高纯硅粉糊；将4‑5N高纯硅粉糊直接造粒成型，迅速控氧干燥即得4‑5N高纯硅球团。本发明方法具有设备要求简单、流程短、产品附加值高、操作容易、适合规模化工业生产等优点。

Description

一种硅片切割废料高效提纯的方法
技术领域
本发明涉及一种硅片切割废料高效提纯的方法，属于硅二次资源综合利用技术领域。
背景技术
随着以晶体硅为主导的太阳能光伏行业的快速发展，晶体硅片的需求也在逐渐增加，而在目前的金刚石线切割硅片生产过程中约有35％的高纯硅损失形成硅片切割废料，这不仅造成了巨大的高纯硅损失，还恶化了生态环境。
因此，如何回收再生硅片切割废料中的高纯硅日益成为光伏行业所关注的问题。将廉价硅片切割废料制备硅可实现光伏行业的经济、安全、环保生产。当前，硅片切割废料的回收工艺方法是先将多线切割机产生的新鲜切割废浆进行絮凝、沉降、压滤和阻燃处理后获得含水率较高的“硅泥”滤饼。然后，再将“硅泥”滤饼进行干燥、脱水，破碎和压团处理，获得获得含水率较低或无水分的硅片切割废料原料。最后，再将硅片切割废料原料入炉熔炼获得2-3N级的工业硅初级产品。这一工艺一是获得的工业硅产品附加值低，二是操作流程和周期长，造成了在操作中金属杂质的二次污染和硅颗粒表面的氧化，不仅降低了硅片切割废料中的硅品位，增加了除杂的负担，还在操作过程中易造成“硅泥”的粉化扬尘，污染了生产环境，不利于安全生产，加剧熔炼过程中硅的氧化损失，降低硅的回收率，恶化炉况不利于后续火法熔炼精炼的顺序进行。
发明内容
本发明针对现有的硅片切割废料前端预处理和提纯分段进行引起的生产效率低、易扬尘、预处理过程金属杂质二次污染和提纯过程二次氧化严重等实际问题，提供一种硅片切割废料高效提纯的方法，本发明将新鲜切割液直接进行浓缩，再直接加入酸浸出介质进行湿法化学提纯，将硅片切割废料中硅颗粒表面的Al、Fe、Ni等金属杂质溶解去除，经洗涤浓缩去除残留浸出介质，得到4-5N的高纯硅粉糊，经造粒成型和控氧干燥得到低氧含量或无氧的4-5N 高纯硅粉球团。
一种硅片切割废料高效提纯的方法，具体步骤如下：
(1)将新鲜的硅片切割浆液直接浓缩至液固比低于3:1得到硅片切割废料糊；
(2)采用湿法浸出介质对步骤(1)中获得的硅片切割废料糊进行直接湿法化学提纯去除硅片切割废料表面的沾污金属杂质，经多次洗涤和浓缩得到4-5N高纯硅粉糊；
(3)将步骤(2)中获得的4-5N高纯硅粉糊直接造粒，迅速控氧干燥即得4-5N高纯硅球团。
所述步骤(1)硅片切割浆液为单晶硅棒多线切割过程中产生的含硅粉切割废液，未经絮凝、沉降、压滤和阻燃处理；
进一步的，浓缩方式包括但不限于纳滤、微滤、离心和自沉降，浓缩环境为大气环境或无氧环境；
所述步骤(2)湿法浸出介质为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸的一种或多种混合液，酸溶液浓度或混合比例可根据实际情况而定，湿法化学提纯的浸出时间为0.5-24h，浸出温度25-90℃，湿法化学提纯的方式为单段浸出或多段浸出；浸出加热方式包括但不限于蒸汽加热、水浴加热和熔盐加热；搅拌方式可为机械搅拌或其它辅助搅拌方式，浸出环境可以为常压或加压；
所述湿法浸出介质与硅片切割废料糊的质量比为1-10:1；
进一步的，所述洗涤液为纯净水或蒸馏水，主要目的在于去除硅片切割废料表面的酸浸出介质残留；多次洗涤和浓缩时可先将酸浸出介质排出获得硅片切割废料糊后，再对硅片切割废料糊进行多级洗涤和浓缩；也可直接往浸出体系中加入水等洗涤剂等进行一次性洗涤。
所述迅速控氧干燥的环境为惰性气氛、隔绝空气或密闭环境，加热方式包括但不限于电阻、微波、蒸汽、红外等，干燥时间为0.5-24h。
本发明的有益效果是：
(1)本发明先将新鲜切割液直接进行浓缩，再直接加入酸浸出介质进行湿法化学提纯，可减少目前工艺过程中的絮凝、沉降和压滤处理，不仅可以缩短工艺流程，增加原料的适应性，还对新鲜的硅片切割废料浆液直接进行处理，减少原有操作中因絮凝和沉降所需造成的金属杂质二次污染；
(2)本发明将湿法化学提纯和浓缩有机结合，不仅提高了保证硅片切割废料中硅颗粒表面的金属杂质高效去除，有利于提高硅片切割废料硅粉的纯度；
(3)本发明采用纳滤、微滤等浓缩方法替代压滤法，水分脱除效率高，同时采用无氧气氛条件下的脱除水分，还避免因空气和水分接触造成的二次氧化，保持原料中较高的硅品位；
(4)本发明在浓缩、酸性提纯、造粒成型和干燥等处理中避免了原有硅泥的破碎工艺，大幅降低了生产过程中的粉尘污染，有利于改善生产环境。
(5)本发明4-5N高纯硅粉球团，可灵活与单和/或多晶硅铸锭和单晶硅拉制工艺相结合，可增加产品的适用性。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种硅片切割废料高效提纯的方法，具体步骤如下：
(1)将取自于云南某单晶硅切片车间的新鲜硅片切割浆液采用过滤至液固比mL:g低于 3:1得到硅片切割废料糊，其中杂质含量为Al 177.8ppmw,Fe 2416.7ppmw,Ni148.3ppmw,Ti 183.5ppmw,Ca 583.3ppmw,Mg 91.2ppmw,B 6.5ppmw,P 18.5ppmw,总含量为3625.8 ppmw；
(2)采用湿法浸出介质对步骤(1)硅片切割废料糊进行直接湿法化学提纯去除硅片切割废料表面的沾污金属杂质，采用两段湿法酸性浸出提纯，条件为：第一段2M HCl+2.5M HF，浸出温度333K，浸出时间3h，液固比mL:g为10:1；第二段4M HCl，浸出温度333K，浸出时间3h，液固比mL:g为10:1；
(3)浸出结束后，浸出浆进行过滤，经多次洗涤、浓缩、造粒成型和真空干燥，所得球团中杂质含量为Al 10ppmw，Fe 5.1ppmw，Ni 10ppmw，Ti 9.4ppmw，Ca 23ppmw，Mg 5ppmw，B 9.5ppmw，P 10ppmw，总含量82ppmw,球团纯度为4-5N。
实施例2：一种硅片切割废料高效提纯的方法，具体步骤如下：
(1)将取自于云南某单晶硅切片车间的新鲜硅片切割浆液采用高速离心机浓缩至液固比 mL:g低于3:1得到硅片切割废料糊，离心转速4000转/分钟，离心时间0.5小时，其中杂质含量为Al 68ppmw,Fe 1400ppmw,Ni 140ppmw,Ti 31ppmw,Ca 310ppmw,Mg 47ppmw,B
4.2ppmw,P 10ppmw,总含量为2010.2ppmw；
(2)采用湿法浸出介质对步骤(1)硅片切割废料糊进行直接湿法化学提纯去除硅片切割废料表面的沾污金属杂质，采用一段湿法酸性浸出提纯，条件为：4M HCl，浸出温度333 K，浸出时间3h，液固比mL:g为10:1；
(3)浸出结束后，浸出浆进行过滤和多次洗涤、浓缩、造粒成型和真空干燥，所得球团中杂质含量为Al 0.6ppmw，Fe 20ppmw，Ni 27ppmw，Ti 6.8ppmw，Ca 18ppmw，Mg 9ppmw， B5.8ppmw，P 9ppmw，总含量96.2ppmw,球团纯度为4-5N。
实施例3：一种硅片切割废料高效提纯的方法，具体步骤如下：
(1)将取自于云南某单晶硅切片车间的新鲜硅片切割浆液采用微滤网浓缩至液固比 mL:g低于3:1得到硅片切割废料糊，其中杂质含量为Al 570ppmw,Fe 3000ppmw,Ni 160ppmw,Ti 360ppmw,Ca 1800ppmw,Mg 280ppmw,B 4.5ppmw,P 30ppmw,总含量为8204.5ppmw；
(2)采用湿法浸出介质对步骤(1)硅片切割废料糊进行直接湿法化学提纯去除硅片切割废料表面的沾污金属杂质，采用一段湿法混合酸酸性浸出提纯，条件为：混合酸选用4M HCl和0.5M HF，浸出温度333K，浸出时间3h，液固比mL:g为10:1；
(3)浸出结束后，浸出浆进行过滤和多次洗涤、浓缩、造粒成型和真空干燥，所得球团中杂质含量为Al 4.2ppmw，Fe 18ppmw，Ni 12ppmw，Ti 8.2ppmw，Ca 7.2ppmw，Mg 2.3ppmw，B 2.8ppmw，P 21ppmw，总含量75.7ppmw,球团纯度为4-5N。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种硅片切割废料高效提纯的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将新鲜的硅片切割浆液直接浓缩至液固比低于3:1得到硅片切割废料糊；所述硅片切割浆液为单晶硅棒多线切割过程中产生的新鲜的含硅粉切割废液，未经絮凝、沉降、压滤和阻燃处理；
（2）采用湿法浸出介质对步骤（1）中所得的硅片切割废料糊进行直接湿法化学提纯去除硅片切割废料表面的沾污金属杂质，经多次洗涤和浓缩得到4-5 N高纯硅粉糊；其中湿法浸出介质为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸的一种或多种混合液，湿法化学提纯的浸出时间为0.5-24h，浸出温度25-90°C，湿法化学提纯的方式为单段浸出或多段浸出；湿法浸出介质与硅片切割废料糊的质量比为1-10:1；
（3）将步骤（2）中得到的4-5 N高纯硅粉糊直接造粒成型，迅速控氧干燥即得4-5 N高纯硅球团。
2.根据权利要求1所述硅片切割废料高效提纯的方法，其特征在于：浓缩方式包括但不限于纳滤、微滤、离心和自沉降，浓缩环境为大气环境或无氧环境。
3.根据权利要求1所述硅片切割废料高效提纯的方法，其特征在于：洗涤液为纯净蒸馏水。
4.根据权利要求1所述硅片切割废料高效提纯的方法，其特征在于：迅速控氧干燥的环境为惰性气氛、隔绝空气或密闭环境。
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