一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法技术

本发明专利技术涉及工业硅渣中单质硅高效回收的方法，属于硅废料资源回收技术领域。本发明专利技术将熔融工业硅渣倒出进行保温冷却，破碎后得到含工业硅颗粒的硅渣颗粒

A method of high efficiency recovery of single silicon in industrial silicon slag

【技术实现步骤摘要】
一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法
本专利技术涉及一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法，属于工业硅渣处理的

技术介绍
工业硅是生产有机硅、硅合金、多晶硅、单晶硅的基础原材料，广泛应用于航空航天、电子电器、新能源等行业，是一种重要的工业金属，产量逐年增加。然而光伏产业在生产加工过程中会产生很多固体废弃物，其中工业硅炉外精炼的生产过程中便会产生硅渣，硅渣在硅冶炼企业难处理，一般采用铺路、直接填埋或弃渣堆存的方式进行处理，每精炼2t硅水会产生约200kg的硅渣，因此每年产生近30万吨的硅渣，大量的硅渣长期堆存，造成了土地资源的严重浪费，并遗留了一系列的环境安全问题及隐患。同时硅渣中含有15-20%的单质硅，这些金属硅以夹杂物的形式损失在硅渣中，造成了硅资源的损失，给企业带来了较大的经济损失。此外硅废料中还存在被掺入了B、P、Ga、Al等杂质的重掺硅料，为了提升硅废料的回收利用率，也需要将重掺硅料从可用的硅料中分离出来。目前，企业生产中对硅渣及混有杂质的硅废料的处理方法主要是依靠人工分拣的方式，将大块的硅废料进行破碎，从中选出可回收利用的大颗粒工业硅，这样分拣效率低，分拣后的硅渣等废料中仍有较高含量的工业硅无法回收；文献报道可采用重选法对硅渣进行处理，但是重选工艺需要浪费较多的水资源，并且长期处于重选环境下容易损害工作人员的身体，并且分离效果相对较差；文献报道可电磁感应熔炼或直接回炉熔炼的方法，但是硅渣在熔炼的过程中硅的损失较大，且能耗高，渣的粘度较大，很难直接实现分离。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的硅渣中单质硅回收利用效果较差的问题，提供一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法，工业硅抬包精炼过程中产生的熔融的硅渣倒出，进行保温冷却，实现硅液滴的汇聚，减少渣中硅的包裹，将保温冷却后的硅渣破碎至5-10mm，破碎后得到含有大颗粒工业硅的硅渣颗粒，通过采用色选的工艺方法将硅渣颗粒中大颗粒单质硅分选出来，再通过1次或2次色选工艺，得到精矿、中矿和尾矿，色选获得的精矿品质达到工业硅产品质量要求；得到的中矿经重熔实现渣硅分离，获得的单质硅品质达到工业硅产品质量要求。本专利技术工艺简单，有利于硅渣中夹杂的单质硅的回收利用，生产成本低，效率高，易于实现产业化应用。一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法，具体步骤如下：将熔融工业硅渣倒出，进行保温冷却以实现硅液滴的汇聚，减少渣中硅的包裹，破碎后得到含工业硅颗粒的硅渣颗粒；将硅渣颗粒破碎，根据硅与渣的光学特性差异，将硅渣颗粒进行一次色选，得到达到工业硅品质要求的硅颗粒和硅渣颗粒，将硅颗粒直接返回工业硅精炼；将硅渣颗粒破碎，再进行一次或两次色选分离得到精矿、中矿、尾矿三种产物，其中精矿为工业单质硅产品颗粒，中矿中单质硅的含量为5-20%，尾矿中单质硅的含量为2-5%，中矿经过重熔后实现渣硅的分离得到单质硅和硅渣，硅渣中单质硅的质量含量不高于2%。进一步的，以硅渣颗粒的质量为100%计，所述硅渣颗粒中粒度为5mm-30mm的工业硅颗粒的质量含量为5-15%，由于保温冷却过程中，硅与渣的冷却速度不同，硅小熔滴进一步会聚形成大的硅颗粒，从而减少了硅渣中夹杂的硅含量，实现硅与渣的初步分离；进一步的，所述工业硅渣的来源包括但不限于工业硅熔体炉外精炼后的熔融渣、硅粉重熔后的熔融渣和/或硅粉火法精炼后的熔融渣。进一步的，所述将熔融硅渣保温冷却中的保温过程为在保温容器中维持熔融态，冷却过程为随保温容器自然冷却；保温冷却可汇聚硅液滴，减少渣中硅的包裹；更进一步的，所述保温过程时间不低于10min；更进一步的，所述保温容器为保温槽或加有保温盖或保温层的渣池；硅渣冷却凝固时间为自然凝固时间的一倍以上。进一步的，所述的硅渣保温冷却工艺，硅渣保温冷却凝固过程中实现了硅液滴的汇聚，单个硅液滴的尺寸增加一半以上。进一步的，第一次色选前，硅渣颗粒破碎至粒径为5-10mm。进一步的，所述色选工艺可以采用单层/双层履带式机型，采用高性能LED光源系统，智能光控技术，对被选硅渣进行施光；采用履带传送给料系统，将硅渣颗粒均匀输送到检测分离区域；图像采集系统采用2-8个高清全彩镜头对硅渣的颜色信息进行全面捕获，运用颜色和形状相结合的全数字图像处理算法进行分选；采用智能高频电磁阀对硅渣颗粒进行挑选，响应时间短至几个毫秒。进一步的，所述硅渣颗粒色选分选工艺中色选设备控制气压为0.1~0.4Mpa，设备的给料量为30-80%；灵敏度为160-200；背景板设置为400-500；色差类型为白/黑；色度：单质硅为180-230，渣为20-80；亮度：单质硅为180-220，渣为20-70；清灰间隔为15-100min，清灰时间为5-30s。进一步的，所述硅渣颗粒色选分选工艺中控制气压为0.1~0.4Mpa，设备的给料量为30-80%；灵敏度为100-240；背景板设置为400-500；色差类型为白/黑；色度：单质硅为150-230，渣为20-80；亮度：单质硅为180-220，渣为40-70；清灰间隔为15-60min，清灰时间为5-30s。进一步的，所述色选机处理能力为2-50吨/小时。优选的，中矿中单质硅的质量含量5-20%。以硅渣颗粒的质量为100%计，所述硅渣颗粒色选所得工业硅品质要求的硅颗粒含量为5-12%，所述硅渣颗粒色选所得精矿占3-6%，中矿占20-60%，尾矿占25-70%。硅渣颗粒直接色选实现硅渣分离的原理：在光源的作用下，根据硅与渣光学特性的差异，利用光电探测技术将硅渣中不同颜色的硅与渣进行自动分拣，实现硅与渣的分离。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术促进了硅颗粒的富集，减少了硅渣中夹杂硅的含量，并直接进行色选分离的方法，单质硅颗粒的纯度达到工业硅品质的要求，中矿中单质硅的质量含量5-20%，并经过重熔后实现渣硅的分离得到单质硅和硅渣；渣中单质硅的含量不高于2%，可实现硅渣的分值化利用；（2）本专利技术工艺简单，有利于硅渣中夹杂的单质硅的回收利用，生产成本低，效率高，易于实现产业化应用。附图说明图1为色选工艺流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法（见图1），具体步骤如下：将熔融工业硅渣倒入保温槽中，保温维持熔融态10min，然后随保温槽自然冷却并破碎得到含有工业硅颗粒的硅渣颗粒，硅渣保温冷却凝固过程中实现了硅液滴的汇聚，单个硅液滴的尺寸增加一半以上，其中以硅渣颗粒I的质量为100%计，硅渣颗粒中粒度为5-8mm的工业硅颗粒的含量约为15%；将硅渣颗粒破碎至平均粒径为5mm，使硅渣颗粒中包裹的大颗粒单质硅暴露；根据硅与渣光学特性的差异，将硅渣颗粒进行第一次色选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法，其特征在于，具体步骤如下：/n将熔融工业硅渣倒出，进行保温冷却，破碎后得到含工业硅颗粒的硅渣颗粒

【技术特征摘要】
1.一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法，其特征在于，具体步骤如下：
将熔融工业硅渣倒出，进行保温冷却，破碎后得到含工业硅颗粒的硅渣颗粒；将硅渣
颗粒破碎，根据硅与渣的光学特性差异，将硅渣颗粒进行一次色选，得到达到工业硅品质
要求的硅颗粒和硅渣颗粒，将硅颗粒直接返回工业硅精炼；将硅渣颗粒破碎，再进行一
次或两次色选分离得到精矿、中矿、尾矿三种产物，其中精矿为工业单质硅产品颗粒，中矿
中单质硅的含量为5-20%，尾矿中单质硅的含量为2-5%，中矿经过重熔后实现渣硅的分离得
到单质硅和硅渣，硅渣中单质硅的质量含量不高于2%。


2.根据权利要求1所述工业硅渣中单质硅高效回收的方法，其特征在于：工业硅渣的来源包括但不限于工业硅熔体炉外精炼后的熔融渣、硅粉重熔后的熔融渣和/或硅粉火法精炼后的熔融渣。


3.根据权利要求1所述的工业硅渣中单质硅高效回收的方法，其特征在于：将熔融硅渣保温冷却中的保温过程为在保温容器中维持熔融态，冷却过程为随保温容器自然冷却。


4.根据权利要求3所述的硅渣保温冷却，其特征在于：保温容器为保温槽或加有保温盖或保温层的渣池；硅渣冷却凝固时间为自然凝固时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文会，谭宁，魏奎先，韩士锋，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53