CN210620635U - 一种多晶硅渣浆无害化处理系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多晶硅渣浆无害化处理系统，包括：通过管道依次连通的过滤装置、储存装置和混合装置；过滤装置，用于将多晶硅生产过程中产生的含有硅粉的渣浆过滤产生滤渣；储存装置，用于收集过滤装置产生的滤渣，并通过称重模块获取滤渣的质量；混合装置，用于当储存装置中滤渣的质量大于或等于预设质量阈值，将滤渣进行处理生成制砖原料。采用前述系统，能够将多晶硅渣浆进行无害化处理，相对于现有的多晶硅渣浆处理系统对环境更友好且降低能耗。

Description

一种多晶硅渣浆无害化处理系统

技术领域

本申请涉及多晶硅生产领域，尤其涉及一种多晶硅渣浆无害化处理系统。

背景技术

目前全球的多晶硅生产领域主要应用西门子法生产多晶硅，而西门子法生产多晶硅的过程中必然会产生大量废渣，需要对废渣进行处理。

国内多采用蒸发干燥或水解方式对废渣进行处理，但是，蒸发干燥方式的能耗大，水解方式对环境不友好，且后续污水处理装置的处理负荷较大，运行维护成本较高。此外，部分采用转鼓过滤方式对废渣进行处理，但是，转鼓过滤后的固体废弃物中，氯硅烷含量仍然较高，由于氯硅烷粘性大且腐蚀性强，无法作为危险废弃物直接排放，仍然需要下游继续进行水解处理，水解处理过程中需要大量工业用水，同时产生大量工业污水，导致污水处理装置的处理负荷较大。此外，由于水解过程会产生大量酸性气体，对水解设备有较严重腐蚀，降低了水解设备的密封性，加速了水解设备的老化，进而导致后期对水解设备进行检修时费用的增加。

目前，为了适应市场环境，大部分多晶硅企业已向西部地区，如新疆、内蒙等地转移，由于西部地区冬季寒冷且水资源匮乏，在通过水解方式处理废渣时的还需要考虑冬季防冻、节约用水等一系列问题。

实用新型内容

本申请提供了一种多晶硅渣浆无害化处理系统，以解决现有的多晶硅渣浆处理过程包括了水解过程，对环境不友好且能耗大这一问题。

本申请实施例提供一种多晶硅渣浆无害化处理系统，包括：通过管道依次连通的过滤装置、储存装置和混合装置；

所述过滤装置，用于将多晶硅氢化过程中产生的含有硅粉的渣浆过滤获得滤渣；

所述储存装置，用于收集所述过滤装置产生的滤渣，并通过称重模块获取滤渣的质量；

所述混合装置，用于当所述储存装置中滤渣的质量大于或等于预设质量阈值，将滤渣处理生成制砖原料。

进一步地，在一种实现方式中，所述混合装置包括：

罐体，所述罐体上端设有进料口，所述罐体下端设有出料口，所述罐体用于储存需要混合的物料，所述物料包括滤渣、水和碱性固体；

所述罐体外侧设有加热组件，用于对罐体内的物料进行加热；

所述罐体内部设有粉碎搅拌组件，用于将罐体内的物料混合直至均匀。

进一步地，在一种实现方式中，所述加热组件为夹套，用于通过向所述夹套通入蒸汽，对混合装置内部物料进行加热干燥，降低混合装置内的物料的湿含量。

进一步地，在一种实现方式中，所述粉碎搅拌组件包括螺旋状的搅拌桨叶，所述搅拌桨叶的两端贯穿罐体内部，所述搅拌桨叶中部为空心结构，用于在向所述加热组件通入蒸汽的同时，向搅拌桨叶内部通入蒸汽。

进一步地，在一种实现方式中，所述混合装置包括与混合装置通过管道连通的收集罐，所述收集罐位于罐体外部，用于对混合装置内的物料进行加热干燥后收集蒸发的氯硅烷。

进一步地，在一种实现方式中，所述混合装置的罐体内部涂有防腐层，所述防腐层为耐氯离子腐蚀的材料。

进一步地，在一种实现方式中，所述混合装置的进料口和出料口装有快速装卸切断阀，用于快速切断物料并密封。

进一步地，在一种实现方式中，所述混合装置还包括：温度监控模块、压力监控模块以及防超压保护组件，所述温度监控模块设置于混合装置的罐体的上部、中部和下部，用于监控罐体内部温度分布情况，所述压力监控模块设置于尾气放空管线距罐体最近处，所述防超压保护组件设置于混合装置的罐体上且位于尾气放空管线的垂直上方。

进一步地，在一种实现方式中，所述过滤装置置于储存装置上方，滤渣通过自重从管道流入所述储存装置。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种多晶硅渣浆无害化处理系统，包括：通过管道依次连通的过滤装置、储存装置和混合装置；所述过滤装置，用于将多晶硅生产过程中产生的含有硅粉的渣浆过滤获得滤渣；所述储存装置，用于收集所述过滤装置产生的滤渣，并通过称重模块获取滤渣的质量；所述混合装置，用于当所述储存装置中滤渣的质量大于或等于预设质量阈值，将滤渣进行干化和无害化处理生成制砖原料。

现有技术中，多晶硅渣浆处理过程包括了水解过程，对环境不友好且能耗大。而采用前述系统，无需水解过程即可将多晶硅渣浆进行无害化处理，达到了降低系统检修难度、降低了系统运行成本的效果。且通过混合装置将含氯硅烷的废渣干化、无害化处理后能够生成制砖原料，因此相对于现有技术，提升了多晶硅渣浆处理过程的环保性。

此外，基于本申请所述的多晶硅渣浆无害化处理系统，在提升多晶硅渣浆处理过程的环保性的同时，通过对多晶硅渣浆处理流程的优化改进，更好的实现改良西门子法的闭路循环，提升系统处理效率和运行周期，具体的，通过本申请所述多晶硅渣浆无害化处理系统，相较于现有的多晶硅渣浆处理系统降低了对处理设备的磨损，尤其降低了对传动部件的磨损，因此能够减少设备的检修频次，增加设备的有效运行时间，同时控制反应速率相对平缓，达到了降本增效的效果。

此外，基于本申请所述的多晶硅渣浆无害化处理系统，在提升多晶硅渣浆处理过程的环保性的同时，大大提升了多晶硅渣浆处理对环境的安全性，进一步提升环保性，具体的，本申请所述的多晶硅渣浆无害化处理系统在处理过程中不产生污水，无氯离子排放，且大量减少新鲜水用量，因此，对于水资源匮乏且要求零排放的区域，本申请所述多晶硅渣浆无害化处理系统相较于现有多晶硅渣浆处理系统带来的环保性效益更加明显。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例部分提供的一种多晶硅渣浆无害化处理系统的结构示意图；

图2是本申请实施例部分提供的一种多晶硅渣浆无害化处理系统中搅拌装置的结构示意图；

图3是本申请实施例部分提供的一种多晶硅渣浆无害化处理系统的处理流程示意图；

其中，10-过滤装置，20-储存装置，30-混合装置，301-罐体，3011-进料口，3012-出料口，3013-加热组件，3014-粉碎搅拌组件。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请实施例公开一种多晶硅渣浆无害化处理系统，本方法应用于西门子法生产多晶硅时产生大量废渣，而废渣无法直接排放，因此需要对废渣进行无害化处理。

参照图1，是本申请实施例部分提供的一种多晶硅渣浆无害化处理系统的结构示意图，所述多晶硅渣浆无害化处理系统，包括：通过管道依次连通的过滤装置10、储存装置20和混合装置30。所述过滤装置10，用于将多晶硅氢化过程中产生的含有硅粉的渣浆过滤获得滤渣。

本实施例中，所述渣浆与滤渣的主要成分为含硅粉的氯硅烷，包括四氯化硅。所述渣浆为液态，所述滤渣为含湿率较低的固态。具体的，本实施例中含湿率需降至约3％。

所述储存装置20，用于收集所述过滤装置产生的滤渣，并通过称重模块获取滤渣的质量。所述混合装置30，用于当所述储存装置中滤渣的质量大于或等于预设质量阈值，将滤渣处理生成制砖原料。

本实施例中，所述预设质量阈值能够根据生产需求进行调整，当所述预设质量阈值为1000kg时，即当所述储存装置中滤渣的质量大于或等于1000kg时，所述混合装置30将滤渣进行干化和无害化处理，按照一定比例向储存装置20中加入碱性固体，再输送至混合装置30进行处理，最终生成制砖原料。此外，向混合装置30中添加物料时，加料的总量不得超过混合装置容积的50％，从而为添加的碱性固体预留一定的空间，并保证混合装置的混合效果。具体的，所述碱性固体可以为生石灰，所述制砖原料包括氢氧化钙、硅酸钙和氯化钙。

本实施例中，经过对混合装置30内的物料进行一段时间的混合后，通过温度监控模块，如就地温度计对混合装置30中的反应温度进行监测，当温度趋于平稳时即混合均匀，达到废渣的排放要求。将符合一般废弃物标准的废渣作为制砖原料，装入运输车外送至烧砖厂，如无烧砖厂则可以按照一般废弃物处置要求将废渣运到指定地点填埋，具体的，所述混合装置30可以为双锥回转式混合装置。

如图2所示，本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述混合装置30包括：罐体301，所述罐体上端设有进料口3011，所述罐体下端设有出料口3012，所述罐体用于储存需要混合的物料，所述物料包括滤渣、水和碱性固体。本实施例中，所述罐体301可以为圆柱状，所述罐体301的两端为圆锥形，上端圆锥顶部设有进料口3011，下端圆锥顶部设有出料口3012。具体的，罐体301上设有用于传输清水的管线，管线引自工厂新鲜清水管网，用于将清水输送至罐体301内，且压力稳定在0.6Mpa。滤渣和碱性固体同时通过重力作用，从储存装置通过进料口下料到罐体301。

所述罐体外侧设有加热组件3013，用于对罐体内的物料进行加热。所述罐体内部设有粉碎搅拌组件3014，用于将罐体内的物料混合直至均匀。本实施例中，所述罐体外侧还设有支撑立架，用于将所述混合装置30固定于地面。

如图1所示，本实施例中，在将罐体301内的物料，即滤渣、水和碱性固体混合直至均匀后产生尾气，所述尾气的主要成分为氯化氢气体，通过管道传输至设置于罐体外部的尾气吸收塔，能够对混合过程中产生的尾气进行收集。

本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述加热组件3013为夹套，用于通过向所述夹套通入蒸汽，对混合装置30内的物料进行加热干燥，降低混合装置30内的物料的湿含量。具体的，本实施例中，所述混合装置内的物料包括经过加热后残留的微量四氯化硅、硅粉、废催化剂和生石灰，所述湿含量指滤渣内四氯化硅液相的含量。

如图2所示，因喷入少量清水，清水进入混合装置30后与硅粉混合，形成干渣产品颗粒，蒸汽引自工厂蒸汽管网，蒸汽凝液并入工厂蒸汽凝液管网。本实施例中，通过夹套对物料进行干燥，能够干燥物料内3％的液相四氯化硅，如果不蒸发干，搅拌过程中会和碱性固体，即石灰粉发生剧烈反应。而在混合至一定时间后喷入少量清水，一方面是为了使混合后的粉尘黏合成干渣产品颗粒，另一方面是为了参与混合装置30内的反应，同时也起到一部分降温作用。

本实施例中，混合装置所需的新鲜水量仅为水解工艺的3％左右。现有技术中，水解工艺每处理1t渣浆需要新鲜水量为1.3-1.5t，且产生等量的生产污水。而使用本申请所述的混合装置后，处理1t渣浆需要的新鲜水量仅为10-45kg。因此，本实施例所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，能够极大程度节约用水量，降低对多晶硅渣浆处理的运行费用。

如图2所示，本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述粉碎搅拌组件3014包括螺旋状的搅拌桨叶，所述搅拌桨叶的两端贯穿罐体内部，所述搅拌桨叶中部为空心结构，用于在向所述加热组件3013通入蒸汽的同时向搅拌桨叶内部通入蒸汽。

具体的，所述搅拌桨叶由两片弧形钢板相对焊接，内部中空，所述搅拌桨叶的轴也是中空，外界蒸汽通过中空的轴和桨叶进入混合装置内对物料进行加热。本实施例中，采用双锥回转式混合装置外部增加夹套对物料进行加热干燥，内部增加粉碎搅拌结构，保证混合的效果的同时，对物料中夹带的氯硅烷进行烘干。

如图1所示，本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述混合装置30包括与混合装置30通过管道连通的收集罐，所述收集罐用于对混合装置30内的物料进行加热干燥后收集蒸发的氯硅烷。

本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述混合装置的罐体内部涂有防腐层，所述防腐层为耐氯离子腐蚀的材料，具体的，由于滤渣中含有少量氯硅烷，有一定的粘性，且混合过程中产生的气体腐蚀性较强，所述耐氯离子腐蚀的材料可以为内衬的聚四氟乙烯板。通过对罐体内壁设置防腐层，能够保证混合装置的长周期运行，提升系统的耐用性。此外，在驱动方式上，本实施例所述的混合装置采用非接触式的磁力驱动，能够有效密封混合装置，并降低对装置的腐蚀。对物料的混合方式为批料装填间歇操作，待物料输送至混合装置内后可按设定的程序自动运行。

本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述混合装置的进料口和出料口装有快速装卸切断阀，用于快速切断物料并密封。本实施例中，通过所述快速装卸切断阀，能够有效提高混合装置的混合效率。

本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述混合装置还包括：温度监控模块、压力监控模块以及防超压保护组件，所述温度监控模块设置于混合装置的罐体的上部、中部和下部，用于监控罐体内部温度分布情况，所述压力监控模块设置于尾气放空管线距罐体最近处，所述防超压保护组件设置于混合装置的罐体上且位于尾气放空管线的垂直上方所述尾气放空管线即工厂尾气处理系统。

本实施例中，所述温度监控模块可以为就地温度计，通过就地温度计对温度进行监控，所述压力监控模块可以为远传压力表，通过远传压力表对压力进行监控，如图1所示，所述防超压保护组件包括爆破片与安全阀，通过爆破片与安全阀的组合用于防超压保护。

具体的，在双锥回转式混合装置内投放物料后，进行回转混合，并根据需要喷入定量新鲜水，运行罐体和罐体内的搅拌桨叶，罐体可通过变频调速改变转速。混合方式属批料装填间歇操作，进料后可按设定的程序自动运行。通过水、滤渣和碱粉按照2:5:3的配比，在双锥回转式混合装置内反应，反应放热同时产生尾气，在混合过程中，通过温度监控模块、压力监控模块以及防超压保护组件，监控双锥回转式混合装置的温度和压力，如出现温度或压力上涨趋势或者接近超温超压时，通过降低转速、调整安全阀、喷水等方式进行控制，防止超温超压，提升混合装置的安全性。

本实施例所述一种多晶硅渣浆无害化处理系统中，所述过滤装置置于储存装置上方，滤渣通过自重从管道流入所述储存装置。本实施例中，滤渣通过自重从管道流入所述储存装置，能够有效减少下渣的阻力，从而有效避免滤渣在运输中可能产生的堵塞。

本实施例所述混合装置设备结构简单，流程短，易于检修。而通过本实施例所述的混多晶硅渣浆无害化处理系统，避免了水解过程，从而规避了水解装置检修频繁且难度大，在寒冷天气无法检修的难题。具体的，现有技术中的水解装置需要使用防腐非金属材料，比如玻璃钢材质的水解槽，检修时需要进行检查和修复，在温度较低的情况下，很难干化，极有可能达不到材料应有强度，存在很大的安全隐患。另外，现有技术中的搅拌器、污水泵等设备因磨损、腐蚀等原因，使用一段时间就需要停车检修，而在寒冷天气停止运行，含水的设备和管道可能会结冰堵塞，给后续开工带来困难。另外，水解工艺产生的生产污水，需要后续污水处理装置进行一系列的处理，才能达标排放，本工艺极大的减少了生产污水的产生，降低污水处理装置的负荷。

为保证工序的长周期稳定运行，同时降低装置的运行费用，现拟采用新型设备处理过滤装置产生的滤渣：先对滤渣进行缓冲收集，待收集到一定重量的滤渣后，采用混合装置进行混合，形成一般废弃物排放，且不产生废水。

现有技术中的流程为渣浆经过过滤装置过滤后产生滤渣，具体的，现有技术中的过滤装置为转鼓装置，因渣浆含有强酸及强腐蚀性的氯硅烷，需要进入水解单元，通过加入碱液，酸碱中和后产生大量废水，且耗水量极大。较现有技术中的流程相比，本申请的混合装置通过对过滤得到的滤渣进行干化、无害化处理，得到的一般废渣可以作为制砖的原料，同时也不产生污水，处理流程短，处理效率高，能够有效降低检修维护成本，投资是现有技术中包含水解过程的系统的40-60％。

此外，基于上述多晶硅渣浆无害化处理系统，本申请实施例还公开一种多晶硅渣浆无害化处理方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤101，将多晶硅生产过程中氢化装置产生的渣浆经过过滤装置过滤，得到滤渣。本实施例中，所述过滤装置为真空转鼓过滤装置，所述渣浆的主要成分包括四氯化硅、硅粉、废催化剂等，所述滤渣的主要成分为硅粉、废催化剂及3％以内的四氯化硅。

步骤102，将过滤得到的滤渣暂时置于储存装置，待储存装置的核子料位计显示储存装置内料位在50％左右，并且储存装置的称重模块显示储存装置内的滤渣质量大于或等于1000kg时，向储存装置内加入一定比例的碱粉，待加入完毕后利用滤渣的自重，通过混合装置的入料口输送至混合装置内。本实施例中，所述储存装置为滤渣罐，所述碱粉可以为生石灰。

步骤103，观察储存装置的核子料位计变化情况，当所述核子料位计显示储存装置内料位为0，且储存装置的称重模块也显示储存装置内的滤渣质量为0时，确认滤渣罐内粉料已全部放入混合装置内，此时向混合装置的加热组件通入0.4MPa蒸汽进行加热干燥，通过蒸汽加热，使得混合装置内3％的四氯化硅进行进一步的蒸发，经过30分钟的静置后，操作人员远程启动混合装置启动按键，同时向混合装置内的粉碎搅拌组件通入0.4MPa蒸汽，使混合装置内粉料充分混合搅拌。

步骤104，当混合装置缓慢旋转一周后，暂停所述混合装置，向所述混合装置内加水10分钟后，再次启动混合装置，将混合装置内的物料进行全面的混合，根据测温点变化情况，当测温点温度与蒸汽加热温度偏差不大，且压力不再上涨的时候，再向混合装置内加水10分钟，继续混合。

本实施例中，混合装置的混合过程需要严格按照上述方式进行，如混合速度过快或其他因素会导致反应速度过快，进一步导致反应温度、压力上涨迅速，反应不受控制。

步骤105，当搅拌到一定程度后停止混合装置，对混合装置内废渣进行取样，若取样结果为合格，即混合装置内废渣的PH测试为中性时，使混合装置处于直立状态，打开混合装置底部的出料口，将混合完毕的粉料排出。

现有技术中，多晶硅渣浆处理过程包括了水解过程，对环境不友好且能耗大。而采用前述系统，无需水解过程即可将多晶硅渣浆进行无害化处理，达到了降低系统检修难度、降低了系统运行成本的效果。且通过混合装置将含氯硅烷的废渣干化、无害化处理后能够生成制砖原料，因此相对于现有技术，提升了多晶硅渣浆处理过程的环保性。

此外，基于本申请所述的多晶硅渣浆无害化处理系统，在提升多晶硅渣浆处理过程的环保性的同时，通过对多晶硅渣浆处理流程的优化改进，更好的实现改良西门子法的闭路循环，提升系统处理效率和运行周期，具体的，通过本申请所述多晶硅渣浆无害化处理系统，相较于现有的多晶硅渣浆处理系统降低了对处理设备的磨损，尤其降低了对传动部件的磨损，因此能够减少设备的检修频次，增加设备的有效运行时间，同时控制反应速率相对平缓，达到了降本增效的效果。

此外，基于本申请所述的多晶硅渣浆无害化处理系统，在提升多晶硅渣浆处理过程的环保性的同时，大大提升了多晶硅渣浆处理对环境的安全性，进一步提升环保性，具体的，本申请所述的多晶硅渣浆无害化处理系统在处理过程中不产生污水，无氯离子排放，且大量减少新鲜水用量，因此，对于水资源匮乏且要求零排放的区域，本申请所述多晶硅渣浆无害化处理系统相较于现有多晶硅渣浆处理系统带来的环保性效益更加明显。本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，包括：通过管道依次连通的过滤装置、储存装置和混合装置；

所述过滤装置，用于将多晶硅生产过程中产生的含有硅粉的渣浆过滤获得滤渣；

所述储存装置，用于收集所述过滤装置产生的滤渣，并通过称重模块获取滤渣的质量；

所述混合装置，用于当所述储存装置中滤渣的质量大于或等于预设质量阈值，将滤渣处理生成制砖原料。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述混合装置包括：

罐体，所述罐体上端设有进料口，所述罐体下端设有出料口，所述罐体用于储存需要混合的物料，所述物料包括滤渣、水和碱性固体；

所述罐体外侧设有加热组件，用于对罐体内的物料进行加热；

所述罐体内部设有粉碎搅拌组件，用于将罐体内的物料混合直至均匀。

3.根据权利要求2所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述加热组件为夹套，用于通过向所述夹套通入蒸汽，对混合装置内的物料进行加热干燥，降低混合装置内的物料的湿含量。

4.根据权利要求2所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述粉碎搅拌组件包括螺旋状的搅拌桨叶，所述搅拌桨叶的两端贯穿罐体内部，所述搅拌桨叶中部为空心结构，用于在向所述加热组件通入蒸汽的同时向搅拌桨叶内部通入蒸汽。

5.根据权利要求2所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述混合装置包括与混合装置通过管道连通的收集罐，所述收集罐位于罐体外部，用于对混合装置内的物料进行加热干燥后收集蒸发的氯硅烷。

6.根据权利要求2所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述混合装置的罐体内部涂有防腐层，所述防腐层为耐氯离子腐蚀的材料。

7.根据权利要求2所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述混合装置的进料口和出料口装有快速装卸切断阀，用于快速切断物料并密封。

8.根据权利要求2所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述混合装置还包括：温度监控模块、压力监控模块以及防超压保护组件，所述温度监控模块设置于混合装置的罐体的上部、中部和下部，用于监控罐体内部温度分布情况，所述压力监控模块设置于尾气放空管线距罐体最近处，所述防超压保护组件设置于混合装置的罐体上且位于尾气放空管线的垂直上方。

9.根据权利要求1所述的一种多晶硅渣浆无害化处理系统，其特征在于，所述过滤装置置于储存装置上方，滤渣通过自重从管道流入所述储存装置。

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