一种利用硅片切割液制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种以硅片切割液为原料低温制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺，该工艺中以硅片切割液以及废酸液等废弃物作为原料，将其与含氟酸液、盐酸以及硝酸进行反应，制备成高附加值的产物气相白炭黑并回收碳化硅，所制得的产物中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积为：350～500m2/g，达到了变废为宝的效果；上述制备工艺中所产生的酸性气体经负压水吸收罐吸收后，能够制得对应的酸液，当酸液浓缩到一定的浓度后可循环使用。同时本发明专利技术还提供了用于上述工艺中的生产装置，该生产装置所用到的零部件均为化工厂常用器具，成本低廉，能够实现大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用多(单)晶硅硅片切割液和硅片酸洗过程中的废酸低温制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺方法及装置，属于化工提纯及环保

技术介绍
光伏太阳能发电是21世纪大力发展的一种清洁能源，越来越显示出其强大的生命力和无比优异的发展前景，也愈来愈受到世人的欢迎。作为光伏发电的核心部件-多晶硅硅片或单晶硅硅片在切割的生产过程中产生大量的切割液，该切割液中主要含有硅粉、碳化硅粉、乙二醇等成分；而切割后的硅片需要用氢氟酸和硝酸的混合酸液进行清洗，以除去硅片切割过程中的金属杂质污染。而这些在硅片的加工制作过程所产生的废切割液和废酸液都必须进行环保处理。否则，就会给我们的生活和工作环境造成严重的污染。因此，研发出一种能把硅片制作过程中所产生的废切割液和废酸液二者都进行重新二次综合利用新型环保技术和工艺方法，它不仅会对光伏太阳能发电技术的飞速发展起到积极的促进作用，而且还能对我国环保事业的发展起到示范作用，将会给多晶硅行业带来显著经济效益和社会效益，其意义十分深远。查询相关文献报道，没有发现能把硅片制作过程中所产生的废切割液和废酸液二者都进行重新二次综合利用新型环保技术和工艺方法的报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能把硅片制作过程中所产生的废切割液和废酸液二者都进行重新二次综合利用的工艺及装置，它以切割液中的硅粉和硅片清洗过程中的氢氟酸或氟硅酸，硝酸或盐酸为原料，在一定的配比和常温下，用于制备气相白炭黑；本专利技术不仅解决了切割液中的碳化硅微粉的回收问题，而且还解决了硅片酸洗过程的废酸处理利用的问题。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种利用硅片切割液制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺，其特征在于包括以下步骤:(1)、将氢氟酸、氟硅酸中的一种或两种，与硝酸或者与硝酸+盐酸中的两种进行混合，制得混合酸液；将硅片切割液中的液态物质脱除后，剩余的固体物质用水洗涤2～3次，将固体物质收集备用；(2)、将混合酸液投入反应釜中，开启反应釜的搅拌装置和反应系统中的废气吸收装置，将固体物质投入到反应釜中；(3)、控制反应釜中的反应温度为75～85℃，混合酸液中的氢氟酸或氟硅酸与固体物质中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，将四氟化硅气体与混合酸液中所挥发的酸性气体以及水蒸气一起被负压带入冷却釜中；(4)、控制冷却釜中的冷却温度为10～36℃，混合气体在冷却釜中反应生成HF、Cl2/NO2、SiO2·nH2O，其中HF和Cl2/NO2被负压从冷却釜中带出，并被水吸收生成可供重复使用的氢氟酸、盐酸/硝酸，SiO2·nH2O凝结吸附在冷却釜中的冷却装置上，收集冷却釜中的SiO2·nH2O；(5)、将所收集的SiO2·nH2O在真空加热器内进行负压预热，除去其中残留的酸性气体HF和Cl2/NO2，然后再进行干燥，干燥后即可制得气相白炭黑产品，产品中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积为350～500m2/g；(6)、最后将反应釜中剩余的物料放入离心机或板框压滤机压脱除酸液后，脱除后的酸液经过纯化后再返回车间重复使用，脱除酸液后的物料用去离子水洗涤3次以上，再脱水干燥即可得到碳化硅粉体。所述的氢氟酸、氟硅酸、硝酸以及盐酸的质量浓度均不低于20％，且混合酸液中氢氟酸、氟硅酸中的一种或两种的总体积，与硝酸或者硝酸+盐酸中的一种或两种的总体积相同。本专利技术还提供了用于上述工艺中的装置，所述装置包括热空气送入系统、化学反应系统、冷却系统以及废气吸收系统，其中热空气送入系统用于储存压缩空气并对空气进行加热后送入化学反应系统中；所述化学反应系统由酸液储罐、料仓和反应釜组成，酸液储罐和料仓的底部通过管道与反应釜相连通，反应釜内设置有搅拌装置，反应釜的内衬为耐温、耐酸、耐磨材料，在反应釜底部的上方，设有一根环形的圆管，圆管上均匀分布有透气孔或透气管，反应釜内设置有一根以上的与环形的圆管相连通的竖管，所述竖管的顶端通过反应釜的釜盖上的管阀与热空气送入系统相连通；釜内壁自上而下或自下而上安装有紧贴釜壁的且呈螺旋线状的四氟毛细管束，该管束的上下两端分别与釜壁外的冷热介质通过其阀门连接，通过给管束内的毛细管通入冷热介质，为釜内反应系统提供加热或降温。冷却系统由一级冷却釜和二级冷却釜串联组成；其中一级冷却釜与反应釜相连接，反应釜的釜盖上设有一根与一级冷却釜相连且深入到一级冷却釜底部中央的管道，一级冷却釜的内部设置有冷却装置，一级冷却釜的底部设置有出料阀，一级冷却釜的釜盖上设置有一根与二级冷却釜相连且深入到二级冷却釜底部中央的管道，所述的二级冷却釜的内部设置有冷却装置，二级冷却釜的底部设置有出料阀；二级冷却釜的釜盖上设置有一根与废气吸收系统相连接的管道，所述的废气吸收系统由一个以上的负压水吸收罐和酸雾吸收装置组成，负压水吸收罐的顶部设置有管道且通过管道与酸雾吸收装置中的引风机相连接。所述的热空气送入系统包括空气压缩机、空气储存罐、空气加热器及管道，空气压缩机、空气储存罐以及空气加热器通过管道相连接，管道上还设置有阀门和仪表。所述的圆管上均匀分布有直径为10～20mm的且朝向不同的透气管，相邻的透气管之间的间距为50～150mm，且相邻的透气管的伸出方向之间的夹角为60～120°，反应釜内设置有两根竖管，所述两根竖管分别连接于圆管的左右两端。所述一级冷却釜的冷却装置由转轴和冷却圆盘组成，所述转轴为一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圆管，转轴的顶端由一级冷却釜的釜盖上伸出，转轴内设置有一根自上而下的冷却水管A，冷却水管A的顶部为进水端且进水端与冷却水源相连接；转轴上均匀分布有冷却圆盘，所述冷却圆盘以转轴为圆心安装固定在转轴上，并随转轴旋转，所述冷却圆盘为中空结构，所有冷却圆盘的内部均设置有呈盘旋状分布的冷却水管B，且上下相邻的冷却圆盘中的冷却水管B首尾相连，最底部的冷却圆盘中的冷却水管B的进水端与冷却水管A的底端相连通，最顶部的冷却圆盘中的冷却水管B的出水端通向空心圆管，冷却水管B中排出的冷却水由转轴的顶端溢出；所述的冷却圆盘上均匀分布有竖向的通气孔，且上下相邻的冷却圆盘上的通气孔相互错位。所述通气孔的直径为10～20mm，相邻的通气孔之间的中心距为20mm～30mm。所述的一级冷却釜的釜盖上设有真空表和便于检修的人孔，一级冷却釜的釜盖上还设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接。所述的二级冷却釜中的冷却装置为多层翅片结构，二级冷却釜的釜壁上设置有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与最下层翅片的入水口相连通，冷却水由最下层的翅片流入，所述翅片呈连续弯折结构，相邻的上下两层翅片的端部相连通，冷却水出口与最上层翅片的出水口相连通；二级冷却釜的釜盖上设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接，二级冷却釜的釜盖上设有真空表，且其釜盖和釜底都设有便于检修的人孔。所述的负压水吸收罐设置有两个，两个负压水吸收罐相串联或并联连接。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：1、本专利技术以硅片切割液以及废酸液等废弃物作为原料，将其制备成高附加值的产物气相白炭黑，所制得的气相白炭黑中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积不小于350m2/g，因此达到了变废为宝的效果。2、本专利技术所提供的制备工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用硅片切割液制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺，其特征在于包括以下步骤:(1)、将氢氟酸、氟硅酸中的一种或两种，与硝酸或者硝酸+盐酸进行混合，制得混合酸液；将硅片切割液中的液态物质脱除后，剩余的固体物质用水洗涤2～3次，将固体物质收集备用；(2)、将混合酸液投入反应釜中，开启反应釜的搅拌装置和反应系统中的废气吸收装置，将固体物质投入到反应釜中；(3)、控制反应釜中的反应温度为75～85℃，混合酸液中的氢氟酸或氟硅酸与固体物质中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，将四氟化硅气体与混合酸液中所挥发的酸性气体以及水蒸气一起被负压带入冷却釜中；(4)、控制冷却釜中的冷却温度为10～36℃，混合气体在冷却釜中反应生成HF、Cl2/NO2、SiO2·nH2O，其中HF和Cl2/NO2被负压从冷却釜中带出，并被水吸收生成可供重复使用的氢氟酸、盐酸/硝酸，SiO2·nH2O凝结吸附在冷却釜中的冷却装置上，收集冷却釜中的SiO2·nH2O；(5)、将所收集的SiO2·nH2O在真空加热器内进行负压预热，除去其中残留的酸性气体HF和Cl2/NO2，然后再进行干燥，干燥后即可制得气相白炭黑产品，产品中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积为350～500m2/g；(6)、最后将反应釜中剩余的物料放入离心机或板框压滤机压脱除酸液后，脱除后的酸液经过纯化后再返回车间重复使用，脱除酸液后的物料用去离子水洗涤3次以上，再脱水干燥即可得到碳化硅粉体。...

【技术特征摘要】
1.一种利用硅片切割液制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺，其特征在于包括以下步骤:(1)、将氢氟酸、氟硅酸中的一种或两种，与硝酸或者硝酸+盐酸进行混合，制得混合酸液；将硅片切割液中的液态物质脱除后，剩余的固体物质用水洗涤2～3次，将固体物质收集备用；(2)、将混合酸液投入反应釜中，开启反应釜的搅拌装置和反应系统中的废气吸收装置，将固体物质投入到反应釜中；(3)、控制反应釜中的反应温度为75～85℃，混合酸液中的氢氟酸或氟硅酸与固体物质中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，将四氟化硅气体与混合酸液中所挥发的酸性气体以及水蒸气一起被负压带入冷却釜中；(4)、控制冷却釜中的冷却温度为10～36℃，混合气体在冷却釜中反应生成HF、Cl2/NO2、SiO2·nH2O，其中HF和Cl2/NO2被负压从冷却釜中带出，并被水吸收生成可供重复使用的氢氟酸、盐酸/硝酸，SiO2·nH2O凝结吸附在冷却釜中的冷却装置上，收集冷却釜中的SiO2·nH2O；(5)、将所收集的SiO2·nH2O在真空加热器内进行负压预热，除去其中残留的酸性气体HF和Cl2/NO2，然后再进行干燥，干燥后即可制得气相白炭黑产品，产品中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积为350～500m2/g；(6)、最后将反应釜中剩余的物料放入离心机或板框压滤机压脱除酸液后，脱除后的酸液经过纯化后再返回车间重复使用，脱除酸液后的物料用去离子水洗涤3次以上，再脱水干燥即可得到碳化硅粉体。2.根据权利要求1所述的制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺，其特征在于：所述的氢氟酸、氟硅酸、硝酸以及盐酸的质量浓度均不低于20％，且混合酸液中氢氟酸、氟硅酸中的一种或两种的总体积，与硝酸或者硝酸+盐酸中的总体积相同。3.一种用于权利要求1所述的制备气相白炭黑并回收碳化硅的工艺中的装置，其特征在于：所述装置包括热空气送入系统、化学反应系统、冷却系统以及废气吸收系统，其中热空气送入系统用于储存压缩空气并对空气进行加热后送入化学反应系统及中；所述化学反应系统由酸液储罐、料仓和反应釜组成，酸液储罐和料仓的底部通过管道与反应釜相连通，反应釜内设置有搅拌装置，反应釜的内衬为耐温、耐酸、耐磨材料，在反应釜底部的上方，设有一根环形的圆管，圆管上均匀分布有透气孔或透气管，反应釜内设置有一根以上的与环形的圆管相连通的竖管，所述竖管的顶端通过反应釜的釜盖上的管阀与热空气送入系统相连通；釜内壁自上而下或自下而上安装有紧贴釜壁的且呈螺旋线状的四氟毛细管束，该管束的上下两端分别与釜壁外的冷热介质通过其阀门连接，通过给管束内的毛细管通入冷热介质，为釜内反应系统提供加热或冷却；冷却系统由一级冷却釜和二级冷却釜串联组成；其中一级冷却釜与反应釜相连接，反应釜的釜盖上设有一根与一级冷却釜相连且深入到一级冷却釜底部中央的管道，一级...

【专利技术属性】
技术研发人员：田辉明，杨水彬，田正芳，叶发兵，
申请(专利权)人：黄冈师范学院，田辉明，
类型：发明
国别省市：湖北;42