一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化硅的方法技术

本发明专利技术涉及一种以硅片切割废料为原料，采用隧道窑烧结制备碳化硅的方法，属于固体废弃物处理与材料制备领域。其特征在于：利用切割废料采用隧道窑加热、碳化焙烧的方法制备碳化硅。废料经处理干燥后与碳粉均匀混合；压制成型，经隧道窑焙烧后出炉空冷；最终获得产品碳化硅含量达到90%‑99%以上。

Method for producing silicon carbide by using silicon carbide cutting waste material as raw material and adopting tunnel kiln

The invention relates to a method for preparing silicon carbide by using a silicon cutting waste material as a raw material and sintering by a tunnel kiln, belonging to the field of solid waste treatment and material preparation. The utility model is characterized in that the silicon carbide is prepared by cutting the waste material by adopting a tunnel kiln heating and carbonization roasting method. The material is dry after treatment with carbon powder mixed evenly; pressing, the tunnel kiln roasting followed by air cooling; finally get the content of silicon carbide products reached 90% above 99%.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固体废弃物处理和材料制备领域，特别涉及一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化硅的方法。
技术介绍
能源是人类社会发展的基础，随着传统化石能源的日近枯竭及其所引发的环境问题，清洁能源的开发利用已引起各国的重视。太阳能作为一种资源丰富、使用方便的绿色能源具有极大的开发利用潜力；太阳能电池是将太阳能转换为电能最常用的方法。硅片是制造太阳能电池所必须的材料，目前硅片大多采用以聚乙二醇分散的碳化硅为切割液以铁线锯切割硅锭获得。在切割过程中约40%的高纯硅会以粉末的形式进入到切割液中；切割液循环使用多次后，碳化硅颗粒发生破碎及钝化其切割能力逐渐丧失成为废料浆；其中主要固体成分为碳化硅和硅并夹杂有少量铁的氧化物。目前废料浆中的聚乙二醇经压滤后可回收利用；针对硅切割废料浆中固体回收的研究，主要是利用碳化硅和硅的密度和表面电性的差异，通过离心、沉降、重液分离的重选方法或浮选、电选等方法进行分离。然而碳化硅和硅的密度相差较小，分别为3.2g/cm3和2.3g/cm3，此外废料粒径极小并不适宜采用重选分离；并且回收后所得产品互含较高，仍需后续处理方可实现完全分离；因此利用密度差进行分离的重选法可作为初步分离手段。由于废料自身特殊物化性质，使得采用浮选和电选分离时同样存在工艺参数波动较大、产品互含较高等问题。综上所述，现有多种分离回收方法仅可作为初步分离手段使用，所得产品仍需后续提纯处理。目前针对后续提纯主要有高温分离和碱洗两种工艺。经初步分离后的高硅物料可通过高温处理利用碳化硅和硅的熔点差异进行分离；但该工艺仅对硅含量超过90%以上的物料才具有良好的分离效果，并且硅的回收率较低仅为45%左右。低硅物料通过高温碱洗可去除残留的硅，实现回收碳化硅的目的；采用该工艺药剂消耗量大，并且会产生大量高碱度硅酸钠废水。比较现行回收工艺可知，通过分离回收工艺处理硅片切割废料回收碳化硅和硅存在较大缺陷；产品回收率较低、分离不完全且经济效益不高。针对现行分离回收工艺存在的诸多问题，本专利技术提出通过隧道窑碳化焙烧的方法焙烧将废料中的硅转化为碳化硅的新型回收工艺。由于该工艺从根本上抛弃分离回收的传统思路，因此从根本上解决了回收率低、分离不完全等问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化硅的方法。原料经预处理后混碳、压制成型，采用隧道窑进行焙烧，其中的硅与碳粉反应生成碳化硅粉末。在配料过程中加入适量粘结剂可获得块状碳化硅。粉末状碳化硅在焙烧结束后，利用余热将残碳氧化脱除，而后经碱洗获得高品质的碳化硅粉末。块状碳化硅原料可不经预处理，所得产品可直接做炼钢用脱氧剂使用。焙烧过程中可能发生的反应为：Si+C=SiCSiO2+C=SiC+CO由于焙烧过程采用埋炭工艺，因此无需气氛保护即可保证不发生氧化。焙烧后原来在炉内降温至350~850℃出炉，在空气中氧化出除多余的碳，在该温度范围内碳化硅不会发生氧化反应。冷却后碱洗去除少量二氧化硅氧化膜后制得高品质碳化硅粉末。具体实施方案实例1压滤后废料经干燥后，碳化硅含量47.4%，硅含量48.5%，其余为铁氧化物及微量杂质。取1kg废料经处理后配入活性炭粉250g，焙烧温度1400℃，保温30min，400℃出炉，冷却后碱洗、干燥。经分析最终产品中碳化硅含量为99.1%，产品呈粉末状，未发生烧结。实施例2压滤后废料经干燥后，碳化硅含量50.1%，硅含量44.7%，其余为铁氧化物及微量杂质。取2kg废料经处理后，配入活性炭粉550g，焙烧温度1600℃，保温40min，600℃出炉，冷却后碱洗、干燥。经分析最终产品中碳化硅含量为99.5%，产品呈绿色粉末状，未发生烧结。实施例3压滤后废料经干燥后，碳化硅含量48.2%，硅含量48.7%，其余为铁氧化物及微量杂质。取2kg废料经处理后，，配入活性炭粉500g，焙烧温度1500℃，保温40min，500℃出炉，冷却后碱洗、干燥。经分析最终产品中碳化硅含量为99.4%，产品呈绿色粉末状，未发生烧结。实施例4废料经干燥后测得碳化硅含量48.2%，硅含量48.7%，其余为铁氧化物及微量杂质。取2kg废料，配入活性炭粉500g，加入5%粘结剂，焙烧温度1500℃，保温50min，随炉冷却。最终所得产品呈黑色块状，经分析产品中碳化硅含量为90%以上，杂质满足炼钢用脱氧剂成分要求。实施例5废料经干燥后测得碳化硅含量40.2%，硅含量57.1%，其余为铁氧化物及微量杂质。取2kg废料，配入活性炭粉600g，加入4%粘结剂，焙烧温度1500℃，保温50min，随炉冷却。最终所得产品呈黑色块状，经分析产品中碳化硅含量为90%以上，杂质满足炼钢用脱氧剂成分要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化硅的方法，其特征在于：采用隧道窑加热，以硅片切割废浆液为原料，采用碳化焙烧的方法制备碳化硅。

【技术特征摘要】
1.一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化硅的方法，其特征在于：采用隧道窑加热，以硅片切割废浆液为原料，采用碳化焙烧的方法制备碳化硅。2.根据权利要求1所述的一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化硅的方法，其特征在于：隧道窑焙烧温度为1300~1800℃。3.根据权利要求1所述的一种以硅片切割废料为原料采用隧道窑生产碳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奎仁，朱海涛，李斌川，李勇吉，韩庆，陈建设，
申请(专利权)人：天地未来北京科技发展有限公司，东北大学，
类型：发明
国别省市：北京;11