一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统技术方案

一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统，利用加药除杂，浓盐水回用治废，晶种防垢蒸发浓缩及分质结晶耦合工艺处理颗粒硅生产过程中产生的废气、废水与废渣及资源化利用。向由多股生产废水均质调节后的综合废水中加入石灰乳、硫酸钠、混凝剂和助凝剂等药剂，通过高密度沉淀池和气浮过滤单元。浓盐水部分回用治废，配合添加碱液作为硅渣浆洗液和工艺废气洗涤液，再经过碱洗水解、絮凝沉淀和固液分离等，渣浆废水和洗涤废水重新回到废水处理系统中。另一部分浓盐水经过晶种防垢蒸发浓缩后进入分质结晶系统，经离心脱水干燥后得到氯化钠盐，结晶母液经切片机处理后得到杂盐。本发明专利技术环保效果明显。环保效果明显。环保效果明显。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统


[0001]本专利技术涉及一种三废治理和资源化利用环保
，尤其是一种实现颗粒硅生产过程三废协同治理及资源化利用的工艺路线，具体地说是一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统。

技术介绍

[0002]随着双碳理念的不断深入，光伏行业迎来第二春。其上游关键原料多晶硅也成为市场追逐的香饽饽。但多晶硅生产企业又撕不掉高能耗属性标签，致使其发展之路广受诟病。目前用来制造光伏级，电子级多晶硅，大都采用改良西门子法。其原理是在1100℃左右的高纯硅芯上，用高纯氢还原高纯三氯氢硅，产物多晶硅以化学气相沉积的方式生长于硅芯之上。待硅芯生长到一定程度，停炉、降温、置换后取棒状多晶硅。其反应转化率较低，仅为5%
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20%，且以间歇方式进行生产操作。综合能耗高，达到60kWh/kg
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70 kWh/kg。
[0003]鉴于此，近年来另一种多晶硅生产工艺重新得到人们的关注，即硅烷流化床法（FBR）。其工艺路线采用硅烷热分解法生产颗粒状多晶硅，主要由硅烷生产及分离、硅烷提纯、硅烷热分解、四氯化硅冷氢化、硅晶种制备、三废处理等工序组成。硅烷流化床法原理是以高纯多晶硅细颗粒作为晶种加入流化床反应器中，由反应器底部通入硅烷和氢气的混合气并在600℃
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800℃进行反应，硅烷在硅晶种表面发生快速分解沉积，使晶种长成尺寸较大的颗粒硅。该工艺反应转化率较高，达到60%
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70%，且能够实现连续生产。据测算，较之改良西门子法，其全成本大概下降30%，其中电耗下降70%，人工下降60%，水耗下降30%，氢气消耗下降40%。综合电耗可降至20kWh/kg以下。当然，利用硅烷流化床生产的颗粒硅有其自身缺点，如因表面积大，容易被污染，难以得到高纯度颗粒硅。已知的杂质问题就涉及产品含氢（吸附氢），含碳（器壁磨损污染）以及金属杂质含量等。但经过技术专利商不断进行工艺改进和优化，产品各项指标已达到改良西门子法致密料的标准，其工业化推进势头迅猛。
[0004]同改良西门子法一样，国内颗粒硅生产企业因规模和成本原因并未完全实现物料的全闭路循环，因此生产过程中会产生一定量的废气、废水和废渣待处理。废气主要产生于硅烷生产及分离，四氯化硅冷氢化，硅烷提纯等工段。废渣主要有工艺生产中所产生的硅渣浆，是不可避免的副产物，对环境危害大。其主要成分有高沸物，氯硅烷单体、硅粉和催化剂等。废水主要产生于对废气、废渣的处理工段，如氯硅烷废气洗涤废水，硅烷废气洗涤废水，硅渣浆水解中和处理后产生的渣浆废水等。尾气洗涤废水是多晶硅生产废水主要组成部分，一般占生产废水总量90%以上。厂区内还有少量检测分析废水，酸碱废水等。生产工艺废气主要含有氯硅烷，硅烷、SiCl4、HCl、H2、N2等。由于硅烷、氯硅烷和SiCl4易水解，常采用碱液洗涤。如石灰乳和氢氧化钠溶液，浓度一般选用5%
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15%。废气碱洗和硅渣浆水解反应涉及到的化学反应主要有：SiHCl3+H2O
→
SiO2+HCl+H2；HCl+NaOH
→
NaCl+H2O；HCl+Ca(OH)2→
CaCl2+H2OSiCl4+H2O
→
H2SiO3+HCl+H2；H2SiO3+NaOH
→
Na2SiO3+H2O；H2SiO3+Ca(OH)2→
CaSiO3+H2O
SiH4+H2O
→
H2SiO3+H2；H2SiO3+NaOH
→
Na2SiO3+H2O；H2SiO3+Ca(OH)2→
CaSiO3+H2OSiH2Cl2+H2O
→
SiO2+H2+HCl；HCl+NaOH
→
NaCl+H2O；HCl+Ca(OH)2→
CaCl2+H2O由以上反应可知工艺废气和硅渣浆处理后形成的废水主要是以氯化钠和氯化钙组成的含盐废水，且含有大量的硅粉、二氧化硅等悬浮颗粒物和胶体状杂质粒子。目前针对工艺废气和硅渣浆的处理，需要消耗大量工艺水且产生相应的含盐废水。通常利用加药混合、多级沉淀等工艺，去除废水中非可溶性盐类污染物，使其达标后排放。但随着国家对于废水环保排放标准不断提高，尤其是对其中可溶性盐类浓度的限制。这就需要针对废水中可溶性盐类进行资源化处置。蒸发结晶是现阶段被广泛使用的主流技术之一，可以实现废水中盐分的富集和分离。但普遍存在装置设备易结垢，难以长周期稳定运行的问题。且蒸发结晶过程综合能耗较大，运行成本较高。目前，工艺废气洗涤水和硅渣浆洗液直接采用工艺水配制，耗水量大且产生的含盐废水浓度不高，增加废水处理蒸发结晶段设备的处理规模，增加企业一次性环保设施投资成本。
[0005]本专利技术是针对以上问题，提供的一种颗粒硅生产过程三废协同治理的新工艺，有效降低三废处置的整体投资和运行成本，提高三废处置综合效率，同时实现废水中的盐分和水的资源化利用目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有的颗粒硅生产过程中污水处理耗水量大及处理成本高的问题，提供一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统。实现三废协同治理的低成本，高效率和资源化的目标。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统，其特征在于，它由浓盐水回用治废系统1、加药除杂系统2，晶种防垢蒸发浓缩系统3和分质结晶系统4组成；浓盐水回用治废系统1由渣浆/废气洗液配制池101、渣浆碱洗水解单元102、絮凝沉淀单元103、固液分离单元104、废气洗涤设备105组成，渣浆/废气洗液配制池101设有碱液添加口，渣浆/废气洗液配制池101的输出一路与渣浆碱洗水解单元102相连，另一路与废气洗涤设备105相连，渣浆碱洗水解单元102连接有硅渣浆输入口，它的输出与絮凝沉淀单元103的输入端相连通，絮凝沉淀单元103的输出端与固液分离单元104的输入端相连通，固液分离单元104分离后的固体直接外运处置，分离后的液体与废气洗涤设备105产生的废液一并输入加药除杂系统2中的调节池201中；加药除杂系统2由调节池201、加药池202、高密度沉淀池203、气浮过滤单元204、污泥浓缩池205、压滤机206组成，调节池201的废液送入加药池202中加入石灰乳和硫酸钠后送入高密度沉淀池203中加入絮凝剂和混凝剂反应后产生的污泥送入污泥浓缩池205中再经压滤机206压滤后外运处置，经高密度沉淀池203沉淀后的废水再排入气浮过滤单元204作进一步的处理，经气浮过滤单元204处理后的废水一部分回送至渣浆/废气洗液配制池101再处理，另一部分送至晶种防垢蒸发浓缩系统3的进料罐301中进行再处理；所述的晶种防垢蒸发浓缩系统3由进料罐301、脱气器302、蒸发器303组成，从气浮过滤单元204进入进料罐301的浓盐废水在加入pH调节剂调节后进入脱气器302后排出氧气和二氧化碳及不凝气体后进入蒸发器303进行蒸发，蒸发产生的二次蒸汽经冷凝后成液态水进行回收利用，经过晶种循环操作，维持蒸发系统内一定晶种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺系统，其特征在于，它由浓盐水回用治废系统（1）、加药除杂系统（2），晶种防垢蒸发浓缩系统（3）和分质结晶系统（4）组成；浓盐水回用治废系统（1）由渣浆/废气洗液配制池（101）、渣浆碱洗水解单元（102）、絮凝沉淀单元（103）、固液分离单元（104）、废气洗涤设备（105）组成，渣浆/废气洗液配制池（101）设有碱液添加口，渣浆/废气洗液配制池（101）的输出一路与渣浆碱洗水解单元（102）相连，另一路与废气洗涤设备（105）相连，渣浆碱洗水解单元（102）连接有硅渣浆输入口，它的输出与絮凝沉淀单元（103）的输入端相连通，絮凝沉淀单元（103）的输出端与固液分离单元（104）的输入端相连通，固液分离单元（104）分离后的固体直接外运处置，分离后的液体与废气洗涤设备（105）产生的废液一并输入加药除杂系统（2）中的调节池（201）中；加药除杂系统（2）由调节池（201）、加药池（202）、高密度沉淀池（203）、气浮过滤单元（204）、污泥浓缩池（205）、压滤机（206）组成，调节池（201）的废液送入加药池（202）中加入石灰乳和硫酸钠后送入高密度沉淀池（203）中加入絮凝剂和混凝剂反应后产生的污泥送入污泥浓缩池（205）中再经压滤机（206）压滤后外运处置，经高密度沉淀池（203）沉淀后的废水再排入气浮过滤单元（204）作进一步的处理，经气浮过滤单元（204）处理后的废水一部分回送至渣浆/废气洗液配制池（101）再处理，另一部分送至晶种防垢蒸发浓缩系统（3）的进料罐（301）中进行再处理；所述的晶种防垢蒸发浓缩系统（3）由进料罐（301）、脱气器（302）、蒸发器（303）组成，从气浮过滤单元（204）进入进料罐（301）的浓盐废水在加pH调节剂调节后进入脱气器（302）后排出氧气和二氧化碳及不凝气体后进入蒸发器（303）进行蒸发，蒸发产生的二次蒸汽经冷凝后成液态水进行回收利用，经过晶种循环操作，维持蒸发系统内一定晶种浓度，蒸发浓缩液送入分质结晶系统（4）得到结晶盐；分质结晶系统（4）由结晶器（401）、离心脱水机（402）、干燥机（403）和切片机（404）组成；结晶器（401）产生的二次蒸汽冷凝液送入水回收系统中，结晶产生的悬浆液送入离心脱水机（402）中脱水，湿固盐送入干燥机（403）中干燥后得到氯化钠盐，结晶母液送入切片机（404）中处理后得到杂盐。2.根据权利要求1所述的工艺系统，其特征是：废气洗涤设备（105）产生的废气洗涤废水，固液分离单元（104）产生的渣浆废水及其他多股生产废水经过调质后的综合废水含盐量为2%
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6%，盐分由氯化钠和氯化钙组成；COD含量小于1000mg/L，废水悬浮物含量大于5000mg/L，pH为8
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10；综合废水经加药除杂系统（2），加入石灰乳、硫酸钠、混凝剂和助凝剂后经过高密度沉淀池（203）和气浮过滤单元（204）处理后，得到去除镁硬度、碱度和杂质粒子后的浓盐水；该浓盐水部分回用治废，用于硅渣浆水解和工艺废气洗涤处理，即向一股浓盐水中添加碱液调配成硅渣浆水解和工艺废气洗涤所需的洗液；经过渣浆碱洗水解单元（102），絮凝沉淀单元（103）和固液分离单元（104）处理后的渣浆废水和废气洗涤废水重新回到废水处理系统中，硅浆渣作为固废外运处置；另一部分浓盐水进入晶种防垢蒸发浓缩系统（3），配套设置有晶种内部循环回收工艺段，确保晶种高效利用；晶种防垢蒸发浓缩系统（3）排出高浓盐水，进入分质结晶系统（4）；高浓盐水在结晶器（401）中进一步脱水浓缩至形成氯化钠结晶产物，结晶悬浆液经离心脱水机（402）和干燥机（403）离心脱水干燥后，得到固态氯化钠盐；结晶母液通过切片机（404）处理后，得到固态杂盐；蒸发结晶系统产出的二次蒸汽经冷凝、深度净化处理后，作为高品质水再生利用。3.根据权利要求1所述的工艺系统，其特征在于，处理对象为颗粒硅生产过程中产生的多股废水在调节池均质均量后的综合废水；多股废水包含有氯硅烷废气洗涤废水，硅烷废
气洗涤废水，渣浆废水及少量检测分析废水，酸碱废水；综合废水在加药池（202）内，添加石灰乳和硫酸钠，降低废水镁硬度和碱度的同时，维持系统一定的钙离子和硫酸根离子浓度，满足后续晶种防垢蒸发浓缩系统（3）中晶种防垢工艺所需；加药池（202）出水悬浊液进入高密度沉淀池（203），加入混凝剂和絮凝剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏新，陈飞，何松，袁文兵，刘丰，吴维涛，
申请(专利权)人：江苏中圣高科技产业有限公司，
类型：发明
国别省市：