从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法。所述方法包括以下步骤：向晶体硅砂浆切割废料中加入混酸介质，进行搅拌，然后升温至50℃～70℃继续搅拌，进行液固分离，将所得固体部分进行干燥，得到固体物料；向所述固体物料中加入水基分散介质，进行搅拌，得到浆料；将所述浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的产品进行液固分离，得到固体物，将所述固体物进行干燥；向干燥后所得产物中加入重介质，配成重介质浆料；将所述重介质浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的部分进行液固分离，将所得固体进行干燥，即得。本发明专利技术操作简单，分离效果好，可连续生产，生产效率高，且所提取硅粉纯度高。

【技术实现步骤摘要】
从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法
本专利技术涉及晶体硅砂浆切割废料回收
，具体涉及一种从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法。
技术介绍
随着煤炭、石油等不可再生能源的日益减少，可再生的太阳能逐渐成为一种重要能源，其中，晶体硅作为制备太阳能电池最重要的光电材料，其战略资源地位日益明显。用晶体硅制备太阳能电池时，需要将晶体硅铸锭、切割成硅片。晶体硅切割主要有砂浆切割和金刚线切割两种方式，切割过程中会产生大量晶硅切割废料。其中砂浆切割主要采用由碳化硅微粉和聚乙二醇组成的砂浆进行钢线切割，切割过程中约有40%～50%的晶体硅进入砂浆切割废料中。该砂浆切割废料中具有回收价值的有硅粉、聚乙二醇和碳化硅，目前从砂浆切割废料中回收聚乙二醇和碳化硅的技术已经成熟，国内有多家企业可以实现砂浆切割废料中聚乙二醇和碳化硅的再生。然而，针对砂浆切割废料或砂浆再生尾料中的硅粉仍无有效的回收方法。随着切割工艺的改进，砂浆切割已经逐步被金刚线切割所代替。然而，由砂浆切割而产生的废料已经在全国积累了近百万吨，造成高纯硅经济损失千亿元；另外，大量堆弃的晶硅切割废料也占用了大量的土地资及污染了环境。因此，对晶硅切割废料进行资源化利用及回收高纯硅具有巨大的经济和环境效益。中国专利CN201110041395.6公开了一种通过电泳法来分离晶硅切割废料中的硅与碳化硅，该专利中利用硅和碳化硅等电点的不同，在电场环境下控制硅粉和碳化硅粉在重液悬浮液中上浮或下沉，并在电泳槽尾部不同区域收集硅粉和碳化硅粉。但是，由于硅和碳化硅表面等电点接近，因此该技术方案中的方法操作窗口较窄且难以控制。中国专利CN201210060027.0公开了一种通过泡沫浮选方法分离晶硅切割废料中的硅与碳化硅，其中采用脂类非离子型捕收剂、采用十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠为起泡剂。由于硅粉和碳化硅粉表面物化性质接近，且硅粉粒度太细，因此分离过程中泡沫夹带现象严重，分离效果一般。专利文献TW1392647B1公开了一种通过相分离的方法分离晶硅切割废料中的硅与碳化硅，该方法利用碳化硅粉的疏水性和硅粉的亲水性，在油水混合物和晶硅切割废料充分接触后，硅粉进入水相、碳化硅粉进入油相而使硅和碳化硅分离。然而这种方法需要非常大的液固比，并且为间歇操作，因此生产效率和生产能力都很低。旋流器是一种连续分离装置，生产能力大，适用于工业生产。然而，本专利技术人研究发现，由于切割废料中大量的SiC的粒径和Si的粒径相近，因此采用常规的水力旋流得不到高纯硅粉；虽然，中国专利CN201410101220.3公开的一种碳化硅微粉旋流提纯方法，以及中国专利文献CN201520572495.5公开的一种硅片线切割废砂浆分离用组合式旋流器，都采用了水力旋流分离晶硅切割废料中的Si和SiC，但均只能分离出粒度较大的SiC微粉，而且SiC杂质含量高，不能进一步通过精炼得到高纯硅。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种易于操控的，可连续分离碳化硅的晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，以解决目前晶硅切割废料中碳化硅与硅的分离效果差、生产效率低以及操作复杂等问题。专利技术人研究发现，从晶硅切割废料中回收制备高纯硅的关键在于充分分离硅粉和碳化硅粉来得到高纯硅粉，然而，由于晶硅切割废料中的大量碳化硅粉与硅粉的粒度相近，且化学性质比硅稳定，因此从晶硅切割废料中分离碳化硅非常困难。本专利技术采用重介质旋流，通过抑制硅粉沉降来进一步提高硅与碳化硅的分离效率，可有效得到SiC含量小于3wt%的高纯硅粉，同时，通过液固分离、精馏、蒸发结晶等回收重介质，适合工业大规模生产回收。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，包括以下步骤：（1）向晶体硅砂浆切割废料中加入混酸介质，进行搅拌，然后升温至50℃～70℃继续搅拌，进行液固分离，将所得固体部分进行干燥，得到固体物料；（2）向步骤（1）中所得固体物料中加入水基分散介质，进行搅拌，得到浆料；（3）将步骤（2）中所得浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的产品进行液固分离，得到固体物，将所述固体物进行干燥；（4）向步骤（3）中干燥后所得产物中加入重介质，配成重介质浆料；（5）将步骤（4）中所得重介质浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的部分进行液固分离，将所得固体进行干燥，即得。优选的，在所述步骤（1）中，所述混酸介质为氢氟酸与盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种，其中，所述氢氟酸的浓度为0wt%～5wt%；盐酸的浓度为5wt%～20wt%；硫酸的浓度为20wt%～65wt%；硝酸的浓度为15wt%～70wt%。优选的，在所述步骤（1）中，在50℃～70℃下的搅拌中，搅拌时间为2～5h。优选的，在所述步骤（2）中，所述水基分散介质为水玻璃、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠中的至少一种，其中，所述水玻璃的浓度为0.05wt‰～1wt‰；六偏磷酸钠的浓度为0.1wt‰～1wt‰；三聚磷酸钠的浓度为0.05wt‰～1wt‰；焦磷酸钠的浓度为0.1wt‰～0.5wt‰。优选的，在所述步骤（2）中，所述搅拌的速率为300～1000r/min，所述搅拌时间为10～30分钟。优选的，在所述步骤（2）中，所述固体物料与浆料的质量比为4%～15%。优选的，在所述步骤（3）中，所述旋流器的进口压力为0.4～0.6MPa，旋流器直径为10～25mm。优选的，在所述步骤（4）中，所述重介质为三溴甲烷、四溴乙烷、多钨酸钠、氯化锌、氯化钙、碘化钾、碘化汞中的至少一种。优选的，在所述步骤（5）中，所述旋流器的分离粒度d95控制为3～5微米。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：1.本专利技术的方法对碳化硅和硅粉的分离效果好，所提取出的硅粉纯度高。2.本专利技术的方法操作简单，可连续生产，且生产效率高。3.本专利技术的方法中所用重介质在液固分离后，可经过蒸发、精馏、结晶等方式再生，进一步节约生产成本。附图说明图1为本专利技术一种具体实施例所提取高纯硅粉的XRD图。具体实施方式下面结合附图和实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的材料及试剂，如无特别说明，均购自常规化学试剂商店；所涉及的测试、制备方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例1一种从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，具体为：（1）将砂浆切割废料10kg和10wt%的盐酸50L混合，在300r/min的搅拌速度下搅拌30min；然后将温度升至50℃，继续搅拌3h，然后通过板框压滤机进行液固分离，烘干，得到固体物料6.2kg，其中SiC含量为54wt%。（2）向步骤（1）所得到的固体物料中加入自来水80L，六偏磷酸钠20g，在300r/min的搅拌速度下搅拌30min，得到分散后的浆料。（3）将步骤（2）所得到的浆料打入到旋流器中进行水力旋流分离，所述旋流器进口压力为0.6MPa，旋流器直径为25mm；将溢流出的产品通过板框压滤机进行液固分离，将液固分离后所得固体进行烘干，得到固体物料2.7kg；其中SiC含量为18wt%。（4）向步骤（3）所得到的固体物料中加入三溴甲烷39本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）向晶体硅砂浆切割废料中加入混酸介质，进行搅拌，然后升温至50℃～70℃继续搅拌，进行液固分离，将所得固体部分进行干燥，得到固体物料；（2）向步骤（1）中所得固体物料中加入水基分散介质，搅拌均匀后得浆料；（3）将步骤（2）中所得浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的产品进行液固分离，得到固体物，将所述固体物进行干燥；（4）向步骤（3）中干燥后所得产物中加入重介质，配成重介质浆料；（5）将步骤（4）中所得重介质浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的部分进行液固分离，将所得固体进行干燥，即得。

【技术特征摘要】
1.一种从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）向晶体硅砂浆切割废料中加入混酸介质，进行搅拌，然后升温至50℃～70℃继续搅拌，进行液固分离，将所得固体部分进行干燥，得到固体物料；（2）向步骤（1）中所得固体物料中加入水基分散介质，搅拌均匀后得浆料；（3）将步骤（2）中所得浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的产品进行液固分离，得到固体物，将所述固体物进行干燥；（4）向步骤（3）中干燥后所得产物中加入重介质，配成重介质浆料；（5）将步骤（4）中所得重介质浆料送入旋流器中进行旋流分离，对溢流出的部分进行液固分离，将所得固体进行干燥，即得。2.根据权利要求1所述的从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述混酸介质为氢氟酸与盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种，其中，所述氢氟酸的浓度为0.5wt%～5wt%；盐酸的浓度为5wt%～20wt%；硫酸的浓度为20wt%～65wt%；硝酸的浓度为15wt%～70wt%。3.根据权利要求1所述的从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，在50℃～70℃下搅拌2～5h。4.根据权利要求1所述的从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，王志，王江龙，
申请(专利权)人：河南易成新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41