CN211920881U - 一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置 - Google Patents

Abstract

实用新型公开了一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，包括：硅切割机，用于对硅片进行切割处理；重力过滤器，用于对硅切割机中得到的切割液进行重力过滤，含有硅粉的悬浮液从顶部排出；磁选器，连接于重力过滤器的顶部的出液管路，用于对出液管路中的含有硅粉的悬浮液进行磁选处理，吸除磁性颗粒；固液分离器，连接于磁选机的料液出口，用于对磁选处理后的料液进行固液分离处理，得到硅泥浆；酸洗槽，连接于固液分离器的浓缩浆料出口，用于对硅泥浆进行洗涤；氢氟酸储罐和去离子水储罐，分别连接于酸洗槽，分别用于向酸洗槽中加入氢氟酸和去离子水；气氛炉，连接于酸洗槽；破碎机，连接于气氛炉。

Description

一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，属于硅材料加工技术领域。

背景技术

目前，金刚线多线切割已经成为光伏硅片切割技术的主流，金刚线的最小线径已达到60-80微米。尽管如此，多线切割过程中仍然存在40%左右的硅损耗，这些损耗以硅粉的形式分散在切屑液中，造成资源的浪费和环境破坏。

这些硅粉一般经过简单压滤后，价值较低，可以直接作为防火材料的原材料之一。另一个主要的用途是熔融提炼，中国专利CN1080040339A公开了一种采用埋弧的方法对硅粉材料进行熔炼得到冶金硅。这种冶金硅的纯度较低，价值不高。硅材料的纯度是决定了其价值的最重要的因素之一。

金刚线多线切割硅片产生的硅粉，大多为具有纳米级厚度（50~150 nm）和亚微米或微米级长度（0.3~3 μm）尺寸的片状结构，可称之为微纳米硅粉，高纯度的微纳米硅粉价值很高。目前市场上的微纳米硅粉主要有多级球磨法和气相沉积法，多级球磨法能耗高杂质多，气相沉积法产量低难控制。如果可以利用光伏产业硅废料制备满足市场要求的高纯微纳米硅粉，是可以大大提高光伏产业硅废料的价值。

实用新型内容

本实用新型提供一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的方法，提高光伏产业硅废料的价值。本实用新型采用的技术手段如下：

一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的方法，包括如下步骤：

第1步，选择金刚石线锯和树脂板用于硅锭的切割；

第2步，硅锭切割后得到的切削液经过重力过滤，将较大的颗粒去除，硅颗粒留在悬浮液中；

第3步，将含有硅颗粒的悬浮液通过磁选器，去除含铁和镍的杂质颗粒；

第4步，将磁选器处理后的悬浮液进行过滤，得到硅泥浆；

第5步，采用氢氟酸溶液对硅泥浆进行腐蚀处理，与氧化硅反应，再用去离子水洗涤后，得到去除了氧化硅的硅泥浆；

第6步，对第5步中去除了氧化硅的硅泥浆依次进行煅烧和破碎后，得到高纯微纳米硅粉。

在一个实施方式中，所述的金刚石线锯是树脂结合工艺制备的金刚石线锯；且杂质来源是铁和镍。

在一个实施方式中，所述的树脂板的材料是焙烧后生成物为有机物。

在一个实施方式中，所述的树脂板的材料是纯环氧树脂板或添加有玻璃纤维的环氧化树脂板。

在一个实施方式中，磁选器为永磁，磁通量为5000-12000Wb。

在一个实施方式中，第4步中采用板框压滤得到硅泥浆。

在一个实施方式中，第5步中氢氟酸浓度为1%~20%，搅拌时间0.1~10h，用去离子水清洗后离心得到硅泥浆。

在一个实施方式中，煅烧过程中，温度设置为300~1000℃，惰性气体选择高纯氩气或高纯氮气，保温时间为1-20h。

在一个实施方式中，机械破碎分散毫米级硅颗粒，可以采用气流破碎、干法球磨、震动球磨等。气流破碎的气流压力为0.6-0.8Mpa，干法球磨和震动球磨球径为1-20mm。

一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，包括：

硅切割机，用于对硅片进行切割处理；

重力过滤器，用于对硅切割机中得到的切割液进行重力过滤，含有硅粉的悬浮液从顶部排出；

磁选器，连接于重力过滤器的顶部的出液管路，用于对出液管路中的含有硅粉的悬浮液进行磁选处理，吸除磁性颗粒；

固液分离器，连接于磁选器的料液出口，用于对磁选处理后的料液进行固液分离处理，得到硅泥浆；

酸洗槽，连接于固液分离器的浓缩浆料出口，用于对硅泥浆进行洗涤；

氢氟酸储罐和去离子水储罐，分别连接于酸洗槽，分别用于向酸洗槽中加入氢氟酸和去离子水；

气氛炉，连接于酸洗槽，用于对酸洗处理后的硅粉进行焙烧处理；

破碎机，连接于气氛炉，用于对气氛炉中得到的硅粉进行破碎处理，得到高纯微纳米级的硅粉。

在一个实施方式中，在硅切割机中包含有硅片，硅片被树脂板进行固定，还包括用于切割硅片的金刚石线锯。

在一个实施方式中，树脂板是纯环氧树脂板或添加有玻璃纤维的环氧化树脂板。

在一个实施方式中，金刚石线锯采用的是树脂结合工艺制备的金刚石线锯。

在一个实施方式中，固液分离器是压滤机。

在一个实施方式中，所述的破碎机是气流破碎机、干法球磨机或者震动球磨机。

有益效果

利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的方法中，以金刚线切割的硅废料切屑液为高纯微纳米硅粉的原料，通过一系列处理过程，实现了硅废料的资源化利用，避免了资源的浪费；同时具有更高的价值硅废料，增加了企业的利润，为经济社会的发展起到一定推动作用。

金刚石线锯由树脂结合工艺制造，其在线切割的过程中，只有钢丝线的磨损和金刚石颗粒的脱落，从而杂质只引入了铁镍元素，及金刚石颗粒。选择纯环氧树脂板或添加有玻璃纤维的环氧化树脂板，多线切割时有线弓，会切到固定板，从而引入的杂质只有树脂或玻璃纤维。

重力过滤器能筛分下非悬浮的颗粒，能都去除脱落的金刚石磨粒、碎硅片等大颗粒。小颗粒硅悬浮液通过一组磁选器时，会去除金刚线磨损带来的铁镍杂质。

附图说明

图1是本实用新型的流程图。

图2是本实用新型的装置图。

图3是切割锯和硅片部分的示意图。

其中，1、硅切割机；2、重力过滤器；3、磁选器；4、固液分离器；5、酸洗槽；6、氢氟酸储罐；7、去离子水储罐；8、气氛炉；9、破碎机；10、硅片；11、树脂板；12、金刚石线锯。

具体实施方式

本实用新型提供一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的方法，提高光伏产业硅废料的价值。具体的技术方案详述如下：

包括如下步骤：

S10）选择特定的金刚石线锯和树脂板用于硅锭的切割；

选择用树脂结合工艺制备的金刚石线锯，其主要杂质来源为线锯磨损带入的铁、镍元素，以及脱落的金刚石磨粒；而其它工艺（如电镀工艺）制备的金刚石线锯含较多其它元素；

选择特定树脂板用于硅锭的固定，树脂板是纯环氧树脂板或添加有玻璃纤维的环氧化树脂板，多线切割时有线弓，会切到固定板，从而引入的杂质只有树脂或玻璃纤维，即可分解的有机物和二氧化硅。

S20）在线重力过滤和磁选：

在切屑液流出管道上增加重力过滤器和磁选器。重力过滤器使悬浮的硅颗粒能自由通过重力过滤器，线锯上脱落的金刚石颗粒，线切割时脱落的硅碎片及其它质量大的颗粒不能通过重力过滤器，从而得到小颗粒硅悬浮液；

小颗粒硅悬浮液通过一组磁选器时，会去除金刚线磨损带来的铁镍杂质；若在粉体中磁选，铁镍杂质是几纳米的小颗粒，被包裹在硅大颗粒中，很难被磁铁吸走；

因为切屑液是在线循环的，循环时间与一个硅锭的切割时间相当，需要1-5h，因而在线循环的方式进行重力过滤及除磁是比较彻底的，循环结束对切屑液进行压滤，得到硅泥浆。

S30）酸洗处理及清洗、离心

硅泥浆放置在氢氟酸溶液中搅拌，去除二氧化硅，达到去除氧元素杂质，后用去离子水快速清洗离心，得到硅泥浆。氢氟酸浓度为1%~20%，搅拌时间0.1~10h。

S40）惰性气氛下高温处理

对S30的硅泥在惰性气氛下进行高温处理，去除树脂版切屑及切屑液中聚乙二醇等有机物，得到高纯的硅毫米级团聚颗粒。温度设置为300~1000℃，惰性气体选择高纯氩气或高纯氮气，保温时间为1-20h。

S50）物理破碎

对S40的硅毫米级颗粒进行物理破碎，得到分散的硅微纳米颗粒，一般采用气流破碎、干法球磨，震动球磨等，打开团聚。气流破碎的气流压力为0.6-0.8Mpa，干法球磨和震动球磨球径为1-20mm。

基于以上的方法，本实用新型还提供了一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，包括：

硅切割机1，用于对硅片10进行切割处理；

重力过滤器2，用于对硅切割机1中得到的切割液进行重力过滤，含有硅粉的悬浮液从顶部排出；

磁选器3，连接于重力过滤器2的顶部的出液管路，用于对出液管路中的含有硅粉的悬浮液进行磁选处理，吸除磁性颗粒；

固液分离器4，连接于磁选器3的料液出口，用于对磁选处理后的料液进行固液分离处理，得到硅泥浆；

酸洗槽5，连接于固液分离器4的浓缩浆料出口，用于对硅泥浆进行洗涤；

氢氟酸储罐6和去离子水储罐7，分别连接于酸洗槽5，分别用于向酸洗槽5中加入氢氟酸和去离子水；

气氛炉8，连接于酸洗槽5，用于对酸洗处理后的硅粉进行焙烧处理；

破碎机9，连接于气氛炉8，用于对气氛炉8中得到的硅粉进行破碎处理，得到高纯微纳米级的硅粉。

在一个实施方式中，在硅切割机1中包含有硅片10，硅片10被树脂板11进行固定，还包括用于切割硅片10的金刚石线锯12。

在一个实施方式中，树脂板11是纯环氧树脂板或添加有玻璃纤维的环氧化树脂板。

在一个实施方式中，金刚石线锯12采用的是树脂结合工艺制备的金刚石线锯。

在一个实施方式中，固液分离器4是压滤机。

在一个实施方式中，所述的破碎机9是气流破碎机、干法球磨机或者震动球磨机。

上述的添加有玻璃纤维的环氧化树脂板可以采用现有技术中的常规材料，例如可以参阅相关资料（韦玮, 程光旭, 张东山. 玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料的研究[J]. 西安交通大学学报, 1999(8):108-110.）；上述的树脂结合工艺制备的金刚石线锯可以采用现有技术中的常规材料，可以参阅相关资料（丛明辉, 徐冬梅, 齐维, et al. 树脂结合剂金刚石线锯研究进展[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2011(02):66-69.）

实施例1：

本实用新型提供的一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的方法的流程图，如图一。S10采用的是树脂结合工艺制备的金刚石线锯以及纯环氧树脂板；S20在线循环重力过滤机除磁时间为5h；S30氢氟酸的浓度选择20%，搅拌时间为10h；S40处理温度为1000℃，惰性气体为高纯氩气；S50采用的破碎方式为气流破碎，压力为0.8Mpa。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，粒径数据为：D50为0.374微米。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，结合ICP测试（感应耦合等离子体）、氧含量测 试、碳含量测试后的结果，计算得到的各元素含量如下：

元素	硅	铁	镍	氧	碳
						含量（%）	99.9939	0.0008	0.0003	0.0030	0.0021

对照例1

与实施例1的区别是：采用的树脂板是常规的含氧化铝粉及氧化钙粉的树脂板。经过切 割后，得到的微纳米硅颗粒的元素含量是：

元素	硅	铝	钙	铁	镍	氧	碳
								含量（%）	98.8097	0.7548	0.4283	0.0008	0.0003	0.0038	0.0023

对照例2

与实施例1的区别是：采用的切割线是常规的电镀工艺制备的金刚石线锯，在磨粒表面 及金刚线表面含有一层镍钴元素，碎金刚石粉上的镍钴层由于不是游离的镍钴细颗粒，不 易被磁选。经过切割后，得到的微纳米硅颗粒的元素含量是：

元素	硅	铁	镍	钴	氧	碳
							含量（%）	99.9697	0.0012	0.0173	0.0059	0.0034	0.0025

对照例3

与实施例1的区别是：采用了重力过滤之后，采用板框压滤得到硅泥浆。再用磁选的方 式从硅泥浆中吸取铁镍颗粒，泥浆中的颗粒时团聚大颗粒，磨损铁镍颗粒在大颗粒内部，不 易磁选出来。得到的微纳米硅颗粒的元素含量是：

元素	硅	铁	镍	氧	碳
						含量（%）	99.9175	0.0528	0.0236	0.0035	0.0026

实施例2：

与实施例1的区别是：S20中在线循环重力过滤机除磁时间为1h，其它参数不变。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，粒径数据为：D50为0.378微米。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，结合ICP测试（感应耦合等离子体）、氧含量测 试、碳含量测试后的结果，计算得到的各元素含量如下：

元素	硅	铁	镍	氧	碳
						含量（%）	99.9474	0.0347	0.0184	0.0015	0.0020

实施例3：

与实施例1的区别是：S30中氢氟酸的浓度选择1%，其它参数不变。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，粒径数据为：D50为0.369微米。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，结合ICP测试（感应耦合等离子体）、氧含量测 试、碳含量测试后的结果，计算得到的各元素含量如下：

元素	硅	铁	镍	氧	碳
						含量（%）	99.8313	0.0023	0.0011	0.1629	0.0024

实施例4：

与实施例1的区别是：S40处理温度为300℃，其它参数不变。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，粒径数据为：D50为0.375微米。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，结合ICP测试（感应耦合等离子体）、氧含量测 试、碳含量测试后的结果，计算得到的各元素含量如下：

元素	硅	铁	镍	氧	碳
						含量（%）	99.8169	0.0009	0.0005	0.0033	0.1784

实施例5：

与实施例1的区别是：S50采用的破碎方式为干法球磨，采用5mm氧化锆球，其它参数不变。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，粒径数据为：D50为0.415微米。

本实施例制备得到的微纳米硅颗粒，结合ICP测试（感应耦合等离子体）、氧含量测 试、碳含量测试后的结果，计算得到的各元素含量如下：

元素	硅	铁	镍	锆	氧	碳
							含量（%）	99.9896	0.0010	0.0006	0.0030	0.0036	0.0022

以上的实施例只是用于说明本实用新型的技术方案，并非本实用新型的最优实施过程，也并不代表对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，其特征在于，包括：

硅切割机（1），用于对硅片（10）进行切割处理；

重力过滤器（2），用于对硅切割机（1）中得到的切割液进行重力过滤，含有硅粉的悬浮液从顶部排出；

磁选器（3），连接于重力过滤器（2）的顶部的出液管路，用于对出液管路中的含有硅粉的悬浮液进行磁选处理，吸除磁性颗粒；

固液分离器（4），连接于磁选器（3）的料液出口，用于对磁选处理后的料液进行固液分离处理，得到硅泥浆；

酸洗槽（5），连接于固液分离器（4）的浓缩浆料出口，用于对硅泥浆进行洗涤；

氢氟酸储罐（6）和去离子水储罐（7），分别连接于酸洗槽（5），分别用于向酸洗槽（5）中加入氢氟酸和去离子水；

气氛炉（8），连接于酸洗槽（5），用于对酸洗处理后的硅粉进行焙烧处理；

破碎机（9），连接于气氛炉（8），用于对气氛炉（8）中得到的硅粉进行破碎处理，得到高纯微纳米级的硅粉。

2.根据权利要求1所述的利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，其特征在于，在硅切割机（1）中包含有硅片（10），硅片（10）被树脂板（11）进行固定，还包括用于切割硅片（10）的金刚石线锯（12）。

3.根据权利要求2所述的利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，其特征在于，树脂板（11）是纯环氧树脂板或添加有玻璃纤维的环氧化树脂板。

4.根据权利要求1所述的利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，其特征在于，金刚石线锯（12）采用的是树脂结合工艺制备的金刚石线锯。

5.根据权利要求1所述的利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，其特征在于，固液分离器（4）是压滤机。

6.根据权利要求1所述的利用光伏产业硅废料制备高纯微纳米硅粉的装置，其特征在于所述的破碎机（9）是气流破碎机、干法球磨机或者震动球磨机。

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