CN113265535A - 一种晶体硅切割废料利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体硅切割废料利用的方法，包括如下过程：利用含有硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼，获得钼铁合金；以质量份数计，所述球团物料包括：钼焙砂100～150份、硅切割废料30～40份、铝粒8～15份、铁磷30～38份、钢屑30～42份、生石灰12～15份、萤石2～5份以及硝石7～10份；其中硅切割废料采用单晶硅和/或多晶硅切割废料，硅切割废料中含有金属Si、SiC和聚乙二醇。本发明将晶体硅切割废料用于钼铁冶炼，通过替代硅铁作为还原剂，有效降低钼铁冶炼中的生产成本，实现晶体硅切割废料的高效、大规模利用。

Description

一种晶体硅切割废料利用的方法

技术领域

本发明涉及一种晶体硅切割废料利用处理领域，尤其涉及一种晶体硅切割废料利用的方法。

背景技术

单晶硅与多晶硅是太阳能光伏产业以及半导体产业必不可少的原料。在实际应用中，需要将高纯晶体硅锭切割成硅晶圆片，在此切割过程中将有近50％的晶体硅进入冷却液中，形成切割废料。随着太阳能光伏产业和半导体产业的发展，废料排放量日益增加，将造成严重的资源浪费和环境污染。晶体硅切割废料的主要成分为金属硅、碳化硅以及聚乙二醇(PEG)溶剂，其中金属硅和碳化硅以超细粉形式存在，粒径在10μm以下。由于Si和SiC性质的相似性，目前对这种切割废料的回收较为困难，且工艺复杂。比如申请号为201510187333.4的专利“一种回收单/多晶硅切割废料浆中金属硅与碳化硅的方法”公开了一种单/多晶硅切割废料浆中金属硅与碳化硅的方法，通过离心后融入镁熔体中，金属硅与镁形成镁硅合金，实现金属硅和碳化硅的分离，达到回收利用资源的效果，然而该方法需要经过熔融、精炼、浇铸、酸浸等过程，处理工序繁琐，耗时长，且成本较高，对切割废料的消纳量较小。目前为止尚未研究出具有显著经济效益和环境效益的处理技术。因此，迫切需要一种简便且能大规模消纳晶体硅切割废料的处理方式。

发明内容

针对现有晶体硅切割废料处理技术的消纳量低、工序复杂等问题，本发明的目的在于提供一种晶体硅切割废料利用的方法，将晶体硅切割废料用于钼铁冶炼，通过替代硅铁作为还原剂，有效降低钼铁冶炼中的生产成本，实现晶体硅切割废料的高效、大规模利用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种晶体硅切割废料利用的方法，包括如下过程：

利用含有晶体硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼，获得钼铁合金；

以质量份数计，所述球团物料包括：

钼焙砂100～150份、晶体硅切割废料30～40份、铝粒8～15份、铁磷30～38份、钢屑30～42份、生石灰12～15份、萤石2～5份以及硝石7～10份；其中硅切割废料采用单晶硅和/或多晶硅切割废料，晶体硅切割废料中含有金属Si、SiC和聚乙二醇。

优选的，所述晶体硅切割废料中以质量百分数计，包括：30％～35％的金属Si，32％～40％的SiC，25％～30wt％的聚乙二醇。

优选的：钼焙砂粒度为8～20mm，晶体硅切割废料粒度0.5～1mm，铝粒粒度为0.5～3mm，铁磷粒度为8～20mm，钢屑粒度为18～40mm，生石灰粒度为0.1～0.5mm，萤石粒度为0.2～0.3mm，硝石粒度为18～40mm。

优选的：钼焙砂中钼的质量含量为50％～65％，硝石中硝酸钠的质量含量≥98wt％，铝粒中铝的质量含量≥95wt％，铁磷中铁的质量含量≥75wt％，钢屑中铁的质量含量≥98wt％，生石灰中CaO的质量含量≥90wt％，萤石中CaF₂的质量含量≥90wt％。

优选的，所述球团物料通过钼焙砂、晶体硅切割废料、铝粒、铁磷、钢屑、生石灰、萤石以及硝石经混合、造球得到。

优选的，所述球团物料的混合、造球过程包括：将钼焙砂、硅切割废料、铝粒、铁磷、钢屑、生石灰、萤石以及硝石于造球机中混合，并喷洒6～10wt％的水，混合造球10～15min。

优选的，利用含有晶体硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼过程中在熔炉中进行，含有硅切割废料的球团物料在熔炉中的高度D与熔炉全高H的比值满足：D/H≤0.4。

优选的，利用含有晶体硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼前，在球团物料顶部铺盖质量为球团物料质量5％～8％的稻壳，之后进行钼铁合金冶炼。

优选的，利用含有晶体硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼的过程还包括：

在钼铁合金冶炼反应结束后，进行静置，使钼铁沉降，而后打开排渣口放渣。

优选的，利用含有硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼的过程还包括：

放渣后拔起熔炉的炉筒，待合金锭在砂窝中冷却，获得钼铁合金锭。

本发明具有如下有益效果：

本发明晶体硅切割废料利用的方法将晶体硅切割废料直接用作钼铁合金冶炼的原料(即球团物料)中，无需对晶体硅切割废料进行预处理，能够很好地适配现有的钼铁冶炼工艺，而且最大程度实现了切割废料的资源化利用；利用晶体硅切割废料中以超细粉形式存在的Si和SiC，有效促进反应进行，减少冶炼时长。同时SiC反应产生的CO对熔池起搅拌作用，可使熔炼过程更加充分；通过适当成分的球团物料，能够得到熔点低、流动性佳的炉渣，在减少炉渣发泡现象的同时，反应产生的金属钼充分沉降富集至熔池底部，提高了炉料中钼的回收率，本发明以廉价的晶体硅切割废料替代了常规钼铁冶炼中硅铁的使用，极大降低了钼铁冶炼的生产成本，因此本发明实现了晶体硅切割废料的高效、大规模利用。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明硅切割废料利用的方法，包括以下步骤：

步骤1、将按质量份数计的钼焙砂100～150份、晶体切割废料30～40份、铝粒8～15份、铁磷30～38份、钢屑30～42份、生石灰12～15份、萤石2～5份、硝石7～10份混合均匀并造球；

步骤2、将混合均匀的球团物料放入熔炉中进行反应；

步骤3、反应结束后静置使钼铁沉降，而后打开排渣口放渣；

步骤4、放渣后拔起炉筒，待合金锭在砂窝中冷却即可获得钼铁合金。

具体地，钼焙砂中钼含量为50wt％～65wt％，钼焙砂粒度为8～20mm；晶体硅切割废料中，金属Si含量为30wt％～35wt％，SiC含量为32wt％～40wt％，聚乙二醇(PEG)含量为25wt％～30wt％，晶体硅切割废料粒度为0.5～1mm；硝石中硝酸钠含量≥98wt％，硝石粒度为2～3mm；铝粒中铝含量≥95wt％，铝粒粒度为0.5～3mm；铁磷中铁含量≥75wt％，铁磷粒度为8～20mm；钢屑中铁含量≥95wt％，钢屑粒度为18～40mm；生石灰中CaO含量≥90wt％，生石灰粒度为0.1～0.5mm；萤石中CaF₂含量≥90wt％，萤石粒度为0.2～0.3mm。本发明通过适当的造渣制度，制得熔点低、流动性佳的炉渣，在减少炉渣发泡现象的同时，反应产生的金属钼充分沉降富集至熔池底部，提高了炉料中钼的回收率。

具体地，由于晶体硅切割废料中含有一定的PEG，可起粘接剂作用，在混料过程中还应喷洒炉料质量6wt％～10wt％的水，并在造球机内混合10～15min成球。混合成球的目的是使炉料更加紧实，增加还原剂与反应物的接触面积，提高反应速率的同时还可减少熔炼过程超细硅粉与空气的接触，降低硅的氧化损失。

具体地，晶体硅切割废料中Si和SiC的粒度均在10μm以下，具有较高的比表面积，在熔炉中与炉料的反应迅速，放热强烈，在反应前应在炉料顶部铺盖一层质量为炉料质量5wt％～8wt％的稻壳，以减小反应速率过快造成的炉渣喷溅，同时在反应过程中起保温作用。

具体地，由于晶体硅切割废料的引入，炉渣的量和黏度均有一定程度增加；此外，硅切割废料中含有大量的SiC，与钼焙砂反应将产生CO气体，若熔渣流动性不良将会造成炉渣发泡。球团物料的熔剂配方保证了在熔炼过程中可以获得流动性较好的熔渣，不但可以降低熔渣的发泡现象，还可使CO气体在熔池中起搅拌作用，促进反应进行。在熔炼过程中，炉料在熔炉中的高度D与熔炉全高H的比值D/H应小于或等于0.4，以免反应过程中炉渣喷溅溢出炉口。

实施例1

本实施例的一种晶体硅切割废料利用的方法，包括以下步骤：

分别称取按质量份数计的钼焙砂100份、晶体硅切割废料30份、铝粒8份、铁磷30份、钢屑30份、生石灰12份、萤石4份、硝石3份，在造球机中进行混料造球10min，过程中喷洒6wt％的水；将混合均匀的球团物料放入熔炉中，炉料高度D与熔炉全高的比值D/H＝0.37，并在炉料顶部铺盖5wt％的稻壳；反应结束后静置使钼铁沉降，而后打开排渣口放渣；最后拔起炉筒，待合金锭在砂窝中冷却即可获得钼铁合金。经化学元素分析表明，制备的钼铁中钼含量为53.8wt％，铁含量45.7wt％，炉渣中钼含量为0.15wt％。

实施例2

分别称取按质量份数计的钼焙砂150份、晶体硅切割废料40份、铝粒15份、铁磷38份、钢屑42份、生石灰15份、萤石5份、硝石5份，在造球机中进行混料造球13min，过程中喷洒10wt％的水；将混合均匀的球团物料放入熔炉中，炉料高度D与熔炉全高的比值D/H＝0.4，并在炉料顶部铺盖8wt％的稻壳；反应结束后静置使钼铁沉降，而后打开排渣口放渣；最后拔起炉筒，待合金锭在砂窝中冷却即可获得钼铁合金。经化学元素分析表明，制备的钼铁中钼含量为60.3wt％，铁含量38.9wt％，炉渣中钼含量为0.09wt％。

实施例3

分别称取按质量份数计的钼焙砂130份、晶体硅切割废料37份、铝粒10份、铁磷34份、钢屑35份、生石灰12份、萤石4份、硝石5份，在造球机中进行混料造球15min，过程中喷洒7wt％的水；将混合均匀的球团物料放入熔炉中，炉料高度D与熔炉全高的比值D/H＝0.39，并在炉料顶部铺盖5.4wt％的稻壳；反应结束后静置使钼铁沉降，而后打开排渣口放渣；最后拔起炉筒，待合金锭在砂窝中冷却即可获得钼铁合金。经化学元素分析表明，制备的钼铁中钼含量为58.6wt％，铁含量40.3wt％，炉渣中钼含量为0.19wt％。

通过上述实施例可知，本发明实现了晶体硅切割废料的高效回收利用，合理有效地利用了废弃物资源，还提供了一种利用晶体硅切割废料生产钼铁合金的方法，可靠、高效地利用了晶体硅切割废料中的各种组分，并生产出品质优良的钼铁合金，具有流程短、效率高、环境效益和经济效益高等优点。

Claims (10)

1.一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，包括如下过程：

利用含有晶体硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼，获得钼铁合金；

以质量份数计，所述球团物料包括：

钼焙砂100～150份、晶体硅切割废料30～40份、铝粒8～15份、铁磷30～38份、钢屑30～42份、生石灰12～15份、萤石2～5份以及硝石7～10份；其中晶体硅切割废料中含有金属Si、SiC和聚乙二醇。

2.根据权利要求1所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，所述晶体硅切割废料中以质量百分数计，包括：30％～35％的金属Si，32％～40％的SiC，25％～30wt％的聚乙二醇。

3.根据权利要求1所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于：

钼焙砂粒度为8～20mm，晶体硅切割废料粒度0.5～1mm，铝粒粒度为0.5～3mm，铁磷粒度为8～20mm，钢屑粒度为18～40mm，生石灰粒度为0.1～0.5mm，萤石粒度为0.2～0.3mm，硝石粒度为18～40mm。

4.根据权利要求1所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于：

钼焙砂中钼的质量含量为50％～65％，硝石中硝酸钠的质量含量≥98wt％，铝粒中铝的质量含量≥95wt％，铁磷中铁的质量含量≥75wt％，钢屑中铁的质量含量≥98wt％，生石灰中CaO的质量含量≥90wt％，萤石中CaF₂的质量含量≥90wt％。

5.根据权利要求1所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，所述球团物料通过钼焙砂、硅切割废料、铝粒、铁磷、钢屑、生石灰、萤石以及硝石经混合、造球得到。

6.根据权利要求5所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，所述球团物料的混合、造球过程包括：将钼焙砂、硅切割废料、铝粒、铁磷、钢屑、生石灰、萤石以及硝石于造球机中混合，并喷洒6～10wt％的水，混合造球10～15min。

7.根据权利要求1所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，利用含有硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼过程中在熔炉中进行，含有硅切割废料的球团物料在熔炉中的高度D与熔炉全高H的比值满足：D/H≤0.4。

8.根据权利要求7所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，利用含有晶体硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼前，在球团物料顶部铺盖质量为球团物料质量5％～8％的稻壳，之后进行钼铁合金冶炼。

9.根据权利要求7所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，利用含有硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼的过程还包括：

在钼铁合金冶炼反应结束后，进行静置，使钼铁沉降，而后打开排渣口放渣。

10.根据权利要求9所述的一种晶体硅切割废料利用的方法，其特征在于，利用含有硅切割废料的球团物料进行钼铁合金冶炼的过程还包括：

放渣后拔起熔炉的炉筒，待合金锭在砂窝中冷却，获得钼铁合金锭。