利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法技术

本发明专利技术涉及一种冶炼碳化硅结晶块的生产加工工艺，具体涉及一种利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法。该方法包括以下步骤：1】称取切割废料，并通过化学分析测定切割废料中各成分的含量；2】计算切割废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W；3】配置胶粘剂溶液；4】将切割废料、胶粘剂溶液和碳质材料混合后，搅拌均匀制成混合物料；5】将混合物料经过造粒设备造粒成型得到废料微粉颗粒；6】将废料微粉颗粒与石英砂和焦炭混合物一起进行冶炼。本发明专利技术解决了以晶体硅微粉和二氧化硅微粉含量较高的切割废料作为原料生产碳化硅结晶块时存在的生产安全性差、产品合格率低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冶炼碳化硅结晶块的生产加工工艺，具体涉及一种利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法。
技术介绍
在太阳能晶片的切割过程中会产生大量的切割废料。当采用绿碳化硅切割刃料在太阳能晶体硅棒上切割晶片时，产生的废料成分主要包括：磨损产生的的废绿碳化硅切割刃料细粉(约占废料总量的20-60％)、被切割下来的晶体硅微粉(约占废料总量的35-75％，其中部分晶体硅微粉被氧化生成二氧化硅微粉)、其余还有水、有机残余料、氧化铁以及其它杂质。近几年来，随着切割技术的进步和在线回收技术的提高，切割废料中的废弃绿碳化硅切割刃料细粉和其他废料(例如水、有机残余料)的成分比例越来越少，而晶体硅微粉与二氧化硅微粉所占比例在不断地增大。现有的生产加工企业大多采用离心设备对切割废料进行处理，将大部分晶体硅微粉与二氧化硅微粉直接甩掉，从而获得含有80-90％的废绿碳化硅切割刃料细粉的切割废料，然后再将这种切割废料进行化学处理，得到纯度较高的废绿碳化硅切割刃料细粉以便回收利用。这种将晶体硅微粉与二氧化硅微粉抛弃的工艺造成了大量的资源和能源的浪费，并且污染了环境。这是因为晶体硅微粉是从纯度非常高的单晶硅、多晶硅上切割下来的粉体，在制造单晶硅、多晶硅的过程中需要将石英石分解、提纯及化学处理，因此需要消耗大量的能源和资源。专利技术专利CN102491330B公开了一种以废弃的碳化硅细粉为原料进行碳化硅晶体加工的工艺，该专利技术工艺得以实现的前提之一是原料中不含有或者仅含有少量的晶体硅微粉和二氧化硅微粉。随着切割废料中晶体硅微粉与二氧化硅微粉百分含量的不断增加，生产难度也在不断地增大。具体而言，若切割废料中的晶体硅微粉和二氧化硅微粉所占的比例大于10％，在碳化硅冶炼炉内的温度达到1420℃时，碳化硅颗粒中的晶体硅微粉与二氧化硅微粉就会开始熔化，碳化硅颗粒就会变软并产生形变；若切割废料中的晶体硅微粉与二氧化硅微粉所占的比例大于20％，在炉内的温度达到1420℃时，碳化硅颗粒中就会有晶体硅熔液与二氧化硅熔液的混合液流出(超细的二氧化硅微粉与晶体硅微粉极易熔化)，在重力的作用下，碳化硅颗粒中流出的晶体硅熔液与二氧化硅熔液的混合液都流向冶炼炉的下部，造成了冶炼炉上下部位的物料不均匀，降低了冶炼炉下部的排气性，破坏了温度场的平衡，此时的碳化硅冶炼炉极易发生喷炉，造成严重的生产事故。除此之外，该方法中的切割废料和碳质材料增加量是单独加入冶炼炉中的，这样便很难做到对不同批次的切割废料均准确地计算并加入碳质材料增加量，因此生产的产品极易出现偏硅或者偏碳的现象，以致于造成整炉的产品不合格。
技术实现思路
为了解决以晶体硅微粉和二氧化硅微粉含量较高的切割废料作为原料生产碳化硅结晶块时存在的生产安全性差、产品合格率低的技术问题，本专利技术提供一种利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法。本专利技术的技术解决方案是：一种利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1】称取切割废料，并通过化学分析测定切割废料中各成分的含量；所述切割废料中含有碳化硅细粉、晶体硅微粉和二氧化硅微粉；2】根据步骤1】测定的切割废料的成分计算切割废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W：2.1】按照化学方程式Si+C＝SiC计算混合废料中的晶体硅微粉完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W1；2.2】按照化学方程式SiO2+3C＝SiC+2CO计算混合废料中的二氧化硅微粉完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W2；2.3】混合废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量为W＝W1+W2；3】配置胶粘剂溶液；4】将步骤1】中经过化学分析测定成分后的切割废料与步骤3】中配置的胶粘剂溶液按照2-10:1的质量比混合，再加入质量为0-1.2W的碳质材料后，搅拌均匀制成混合物料；5】将步骤4】得到的混合物料经过造粒设备造粒成型，得到平均粒径为1.5-100mm的废料微粉颗粒后烘干备用；6】将步骤5】得到的废料微粉颗粒与石英砂和焦炭混合物加入冶炼炉中的分解区和/或反应区进行冶炼，制成碳化硅结晶块；其中，废料微粉颗粒占总物料的质量分数为5-95％。上述步骤1】包括以下步骤：1.1】将切割废料加水搅拌成糊状，然后进行除铁处理；1.2】将经过除铁处理后的切割废料放入离心设备中进行离心处理后得到两部分废料；一部分为富含碳化硅细粉的高碳化硅废料，另一部分为富含晶体硅微粉和二氧化硅微粉的高晶体硅废料；1.3】对高碳化硅废料和高晶体硅废料进行化学分析测定成分含量后，再分别执行步骤2】至步骤6】。上述步骤1】中的切割废料还含有绿碳化硅切割刃料制作过程中产生的不合格的加工废料。上述步骤2】中的碳质材料为焦炭粉、兰炭或者优质煤粉。上述步骤3】中的胶粘剂溶液是将胶粘剂与溶剂按照1：1-10的体积比进行混合并溶解得到的；所述胶粘剂为硅质胶粘剂或者碳质胶粘剂；所述溶剂为水或者有机溶剂。上述胶粘剂溶液中还含有质量分数为0-40％的反应补偿材料；当胶粘剂是硅质胶粘剂时，反应补偿材料为碳质材料；当胶粘剂是碳质胶粘剂时，反应补偿材料为硅质材料。上述硅质胶粘剂为硅溶胶或者硅酸钠；所述碳质胶粘剂为纤维素胶、淀粉糊、丙烯酸乳液、沥青、动物胶或者植物胶。上述步骤4】中的碳质材料的加入质量为W；所制成的混合物料中还包括质量分数为0-10％的排杂剂。上述步骤5】中的废料微粉颗粒的平均粒径为10-50mm。上述步骤6】中的废料微粉颗粒占总物料的质量分数为30-60％。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过将切割废料(由碳化硅细粉和晶体硅微粉以及二氧化硅微粉组成的混合废料)预先与碳质材料按照化学反应的比例进行混合，加入胶粘剂后造粒得到废料微粉颗粒，然后再将废料微粉颗粒置于冶炼炉中加工生产碳化硅晶体。由于废料微粉颗粒中的晶体硅微粉及二氧化硅微粉能够与碳质材料充分接触，因此当晶体硅微粉与二氧化硅微粉在碳化硅冶炼炉内熔化成熔液后，就被吸附在碳质材料的表面，不会向冶炼炉的下部流动，有效地保障了物料的均匀、排气性的畅通、温度场的平衡，能够使生产稳定进行，极大地降低了发生事故的可能性。(2)晶体硅微粉与二氧化硅微粉熔化成熔液并吸附在碳质材料表面后，由于接触面很大，随着温度上升，就开始在接触面上生成碳化硅，随着温度的升高，接触面上生成碳化硅的速度加快，当温度达到1800℃之前，大部分晶体硅微粉和二氧化硅微粉的熔液都与碳质材料反应生成了碳化硅，有效地缩短了冶炼时间，减少了能耗。(3)晶体硅微粉的活性较大，又由于晶体硅微粉和二氧化硅微粉与碳质材料充分混合后的接触面积大，因此废料微粉颗粒可以加工制作成比较大的颗粒块，比较大的废料微粉颗粒在冶炼时也不会延长冶炼时间，但却能够有效地提高废料微粉颗粒的加工制作生产效率，降低生产成本，同时提高了冶炼炉内的透气性，加快了热能的传导，降低了能耗。(4)预制的废料微粉颗粒中的晶体硅微粉和二氧化硅微粉与需要反应生成碳化硅的碳质材料的配比是固定的，因此，废料微粉颗粒中的各种物料在生成碳化硅时，在废料微粉颗粒以外供给物料也是固定的，这样在装炉时石英砂与碳质材料的装炉比例是稳定的，避免了偏硅、偏碳的情况出现。(5)由于在废料微粉颗粒中的晶体硅微粉和二氧化硅微粉与需要反应生成碳化硅的碳质材料是固定的，因此制作每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法，其特征在于：包括以下步骤：1】称取切割废料，并通过化学分析测定切割废料中各成分的含量；所述切割废料中含有碳化硅细粉、晶体硅微粉和二氧化硅微粉；2】根据步骤1】测定的切割废料的成分计算切割废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W：2.1】按照化学方程式Si+C＝SiC计算混合废料中的晶体硅微粉完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W1；2.2】按照化学方程式SiO2+3C＝SiC+2CO计算混合废料中的二氧化硅微粉完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W2；2.3】混合废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量为W＝W1+W2；3】配置胶粘剂溶液；4】将步骤1】中经过化学分析测定成分后的切割废料与步骤3】中配置的胶粘剂溶液按照2‑10:1的质量比混合，再加入质量为0‑1.2W的碳质材料后，搅拌均匀制成混合物料；5】将步骤4】得到的混合物料经过造粒设备造粒成型，得到平均粒径为1.5‑100mm的废料微粉颗粒后烘干备用；6】将步骤5】得到的废料微粉颗粒与石英砂和焦炭混合物加入冶炼炉中的分解区和/或反应区进行冶炼，制成碳化硅结晶块；其中，废料微粉颗粒占总物料的质量分数为5‑95％。...

【技术特征摘要】
1.一种利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法，其特征在于：包括以下步骤：1】称取切割废料，并通过化学分析测定切割废料中各成分的含量；所述切割废料中含有碳化硅细粉、晶体硅微粉和二氧化硅微粉；2】根据步骤1】测定的切割废料的成分计算切割废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W：2.1】按照化学方程式Si+C＝SiC计算混合废料中的晶体硅微粉完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W1；2.2】按照化学方程式SiO2+3C＝SiC+2CO计算混合废料中的二氧化硅微粉完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量W2；2.3】混合废料完全反应为碳化硅所需的碳质材料的用量为W＝W1+W2；3】配置胶粘剂溶液；4】将步骤1】中经过化学分析测定成分后的切割废料与步骤3】中配置的胶粘剂溶液按照2-10:1的质量比混合，再加入质量为0-1.2W的碳质材料后，搅拌均匀制成混合物料；5】将步骤4】得到的混合物料经过造粒设备造粒成型，得到平均粒径为1.5-100mm的废料微粉颗粒后烘干备用；6】将步骤5】得到的废料微粉颗粒与石英砂和焦炭混合物加入冶炼炉中的分解区和/或反应区进行冶炼，制成碳化硅结晶块；其中，废料微粉颗粒占总物料的质量分数为5-95％。2.根据权利要求1所述的利用预制废料微粉颗粒冶炼碳化硅结晶块的方法，其特征在于：所述步骤1】包括以下步骤：1.1】将切割废料加水搅拌成糊状，然后进行除铁处理；1.2】将经过除铁处理后的切割废料放入离心设备中进行离心处理后得到两部分废料；一部分为富含碳化硅细粉的高碳化硅废料，另一部分为富含晶体硅微粉和二氧化硅微粉的高晶体硅废料；1.3】对高碳化硅废料和高晶体硅废料进行化学分析测定成分含量后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱胜利，
申请(专利权)人：朱胜利，
类型：发明
国别省市：陕西;61