專利名稱：一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶硅切割廢砂漿的資源化回收方法，特別是涉及一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法。其應(yīng)用領(lǐng)域主要是光伏行業(yè)晶硅切割廢砂漿、電子行業(yè)晶硅切割廢砂漿的資源化回收和利用。本發(fā)明中從廢砂漿中回收得到的碳化硅組份經(jīng)過尺寸分級(jí)后可回用于硅材料的線切割加工。
背景技術(shù)：
硅片是發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。隨著全球范圍內(nèi)太陽能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，硅片需求量和加工量集聚增長(zhǎng)。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國硅片產(chǎn)能自2008年起已穩(wěn)居全球首位，2010年國內(nèi)硅片總產(chǎn)能近14GW，已占全球總產(chǎn)能50%以上。線切割是目前國際上硅片生產(chǎn)的通行方式。線切割加工的過程有賴于晶硅切割液 (又稱切削液、懸浮液)、碳化硅微粉(又稱磨料、切割砂)的配合使用，同時(shí)會(huì)伴生大量的晶硅切割廢砂漿。晶硅材料切割加工所使用的碳化硅微粒要求有很高的純度、一定的球形系數(shù)以及合適的粒度分布；作為晶硅材料多線切割磨料用的碳化硅微粉，其粒度分布范圍主要是介于6. 5μ -Μμπ 之間。根據(jù)國內(nèi)硅片企業(yè)的平均工藝水平，1麗硅片約需耗用12噸晶體硅；每切割1噸晶體硅約需要使用3. 0噸碳化硅微粉和3. 2噸晶硅切割液，并在切割過程中產(chǎn)生約7. 6 7. 9噸切割廢砂漿。根據(jù)2010年國內(nèi)硅片產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，預(yù)期2012年，國內(nèi)硅片企業(yè)年需碳化硅微粉約115. 2萬噸、晶硅切割液約122. 88萬噸，年產(chǎn)生切割廢砂漿總量約300萬噸。切割廢砂漿的主要成分為切割液組份、碳化硅、硅粉以及金屬雜質(zhì)。就其組成物而論，廢砂漿中富含大量的寶貴資源；碳化硅粉料屬國家明令宏觀調(diào)控的高能耗產(chǎn)品，其制造加工過程中需要消耗大量的能源；切割液的主要組分為聚乙二醇等石化提煉物，其生產(chǎn)過程本身也存在消耗石油、能源以及環(huán)境污染問題。國內(nèi)硅片行業(yè)目前年產(chǎn)生百萬噸級(jí)數(shù)量的廢砂漿，若得不到妥善處置將造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境造成重大污染，并直接導(dǎo)致硅片切割輔料成本難以降低。通過廢砂漿的資源化回收得到相應(yīng)資源性組份，再經(jīng)深加工得到資源再生產(chǎn)品， 并循環(huán)應(yīng)用到切割加工過程中去，是目前國內(nèi)光伏切割輔料行業(yè)中的一個(gè)產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)。國內(nèi)多數(shù)廢砂漿回收產(chǎn)業(yè)普遍存在工程技術(shù)儲(chǔ)備不足，資源回收利用率偏低，再生品應(yīng)用性能較差等情況，尤其是存在工藝廢棄物比例過高的情況，在資源浪費(fèi)的同時(shí)也給環(huán)境造成一定的二次影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法， 以便進(jìn)一步通過尺寸分級(jí)得到資源再生型碳化硅微粉產(chǎn)品，從而回用于硅材料的線切割加工。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)勻漿在晶硅切割廢砂漿中加入均勻劑，按重量配比每100份晶硅切割廢砂漿，均勻劑2 20份、水30 500份；所述均勻劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種；控制攪拌速度50 200r/min ；勻漿溫度為室溫或50-80°C，勻漿時(shí)間 0. 5 5. 0小時(shí)；(2)旋流分離通過旋流分離器將勻漿后的砂漿物料進(jìn)行旋流分離，砂漿物料的進(jìn)料方式采用連續(xù)或間歇進(jìn)料方式；旋流分離溫度為室溫或50-80°C ；輕相懸浮液通過上溢出口不斷排出，收集后用于(3)的壓濾分離；重相漿料在下溢出口不斷富集，對(duì)旋流分離器下溢出口不斷的重相漿料進(jìn)行取樣檢測(cè)，當(dāng)重相漿料體系中Si SiC的重量百分比達(dá)到1 15 1 100時(shí)，通過下溢出口不斷收集重相漿料，保持所收集所得重相漿料中 Si SiC的重量百分比介于1 15 1 100之間，所得重相漿料B用于回收碳化硅組份；(3)壓濾分離將輕相懸浮液進(jìn)行壓濾，得到濾液和濾渣；壓濾分離溫度為室溫或 50-800C ；不斷收集濾渣，所得壓濾固態(tài)料C用于回收硅粉組份；所得濾液中10 50% (ν/ ν)循環(huán)補(bǔ)充到O)中所述旋流分離器中，不斷收集其余50 90%濾液(ν/ν)，所得壓濾濾液A用于回收切割組份；(4)漿料后處理將重相漿料B通過機(jī)械分離器去除切割液及分離劑，然后進(jìn)行堿洗、酸洗和清洗，所得碳化硅濕料經(jīng)烘干后，得碳化硅組份。本發(fā)明所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特征在于晶硅切割廢砂漿包括光伏行業(yè)的晶硅切割廢砂漿和電子行業(yè)的晶硅切割廢砂漿。本發(fā)明所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特征在于步驟⑷中所述的機(jī)械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機(jī)、立式離心機(jī)、管式離心機(jī)和旋流器中的一種或幾種組合。本發(fā)明所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特性在于步驟中所述堿洗所用的堿是液體或固體的金屬氫氧化物，堿洗溫度為常溫或在 50°C 120°C ；酸洗所用的酸為無機(jī)酸或有機(jī)酸，或者有機(jī)酸與無機(jī)酸的混合物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在50°C 120°C ；清洗時(shí)用潔凈的清水或工藝回用水，清洗溫度為常溫或在50°C 120°C，在清洗后再經(jīng)機(jī)械分離得到碳化硅濕料。本發(fā)明所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特性在于步驟中所述在烘干碳化硅濕料時(shí)所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥法；烘干溫度50°C 20(TC ；烘干壓力包括常壓或真空。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明工藝通過均勻劑的使用，大幅度降低了稀釋水的用量，在達(dá)到勻漿和降低體系粘度等目的的同時(shí)，使得廢砂漿體系中的高分子聚合物得以解鏈，使得廢砂漿體系中的團(tuán)聚物得以分散。(2)本發(fā)明工藝基于旋流分離工藝的實(shí)現(xiàn)，可以使得廢砂漿體系中硅粉組份中的絕大多數(shù)進(jìn)入到輕相懸浮液中去，進(jìn)而通過壓濾分離的手段得到富含Si組份的壓濾固態(tài)料，以用于回收硅粉。
(3)本發(fā)明工藝基于旋流分離和壓濾分離工藝的配合，通過輕相懸浮液所得壓濾濾液的循環(huán)補(bǔ)充，充分利用流體旋流化的分離效果，達(dá)到將重相漿料中Si組份不斷夾帶到輕相懸浮液中去，以便回收利用；同時(shí)，由于重相漿料中Si組份含量的降低，也大大降低碳化硅組份回收和提純環(huán)節(jié)的廢水排放量，減少污染物產(chǎn)生量；另一方面，旋流分離和壓濾分離工藝的配合和壓濾濾液的循環(huán)補(bǔ)充也便于在生產(chǎn)作業(yè)的過程中達(dá)到相當(dāng)穩(wěn)定的作業(yè)狀態(tài)，便于連續(xù)化生產(chǎn)和生產(chǎn)效率的提高。(4)本發(fā)明工藝所用均勻劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種，其往往就是晶硅切割液產(chǎn)品的必須組份，上述均勻劑進(jìn)入到壓濾濾液后不會(huì)對(duì)切割加工組份的回收、配制和循環(huán)應(yīng)用帶來不利影響。(5)本發(fā)明工藝的晶硅切割廢砂漿中碳化硅組份的資源化回收率可達(dá)到93%以上。


附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 取一批來源于江西賽維LDK太陽能高科技股份有限公司所產(chǎn)生的晶硅切割廢砂漿，經(jīng)檢測(cè)廢砂漿組份物情況如下切割液組份42. 0 %、碳化硅組份39. 0 %、硅組份 10. 0%、水份5. 0%、金屬類組份1. 8%、色素及交聯(lián)高分子物質(zhì)2. 2%。將10噸上述晶硅切割廢砂漿傾倒入攪拌槽中，加入500Kg平平加0-25、10噸水； 開啟攪拌和升溫裝置，攪拌轉(zhuǎn)速80r/min，升溫到60°C并保溫；勻漿攪拌時(shí)間2小時(shí)。將上述經(jīng)過勻漿后的砂漿物料以連續(xù)進(jìn)料的方式輸送到FXJ-50型旋流分離器中，保持旋流分離溫度為60°C并保溫，啟動(dòng)旋流分離器15分鐘后，開始在上溢出口收集輕相懸浮液。通過輸送泵將上述輕相懸浮液輸送到壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，保持壓濾分離溫度55°C，不斷收集壓濾濾渣(用于回收硅粉組份)的同時(shí)，將所得濾液中25% (ν/ν)循環(huán)補(bǔ)充到上述FXJ-50型旋流分離器中，控制砂漿物料的進(jìn)料速度和壓濾濾液的補(bǔ)充速度，以確保運(yùn)行負(fù)荷不超過 FXJ-50型旋流分離器的設(shè)計(jì)指標(biāo)，不斷收集其余75% (ν/ν)的壓濾濾液(用于回收切割液組份)。在FXJ-50型旋流分離器運(yùn)行20分鐘以后，在旋流分離器下溢出口對(duì)重相砂漿取樣檢測(cè)，重相漿料體系中Si SiC重量百分比為1 40，此時(shí)通過下溢出口不斷收集重相漿料到漿料接受槽中備用。將漿料接受槽中的重相砂漿輸送到臥式離心機(jī)中去除大部分液體后，以25% NaOH溶液在50°C下攪拌lh，進(jìn)入離心分離機(jī)，去除大部分液體后，再加入70%硫酸在50°C 下攪拌Ih后，進(jìn)入離心分離機(jī)，去除大部分液體后，再用清水漂洗至中性，經(jīng)機(jī)械分離后， 于110°C下采用流化床常壓干燥8h，收集到經(jīng)過干燥的微粉物料363^(g，即為碳化硅組份。計(jì)算而得，本實(shí)施例中碳化硅組份的資源化回收率約93. 21%。實(shí)施例2:
取一批來源于蘇州協(xié)鑫光伏科技有限公司所產(chǎn)生的晶硅切割廢砂漿，經(jīng)檢測(cè)廢砂漿組份物情況如下切割液組份40. 7%、碳化硅組份38. 4%、硅組份11. 3%、水份5. 5%、金屬類組份1. 9 %、色素及交聯(lián)高分子物質(zhì)2. 2%。將20噸上述晶硅切割廢砂漿傾倒入攪拌槽中，加入900Kg乳化劑0P-10、15噸水； 開啟攪拌和升溫裝置，攪拌轉(zhuǎn)速70r/min，升溫到55°C并保溫；勻漿攪拌時(shí)間2. 5小時(shí)。將上述經(jīng)過勻漿后的砂漿物料以連續(xù)進(jìn)料的方式輸送到FXJ-75型旋流分離器中，保持旋流分離溫度為并保溫，啟動(dòng)旋流分離器25分鐘后，開始在上溢出口收集輕相懸浮液。通過輸送泵將上述輕相懸浮液輸送到壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，保持壓濾分離溫度55°C，不斷收集壓濾濾渣(用于回收硅粉組份)的同時(shí)，將所得濾液中30% (ν/ν)循環(huán)補(bǔ)充到上述FXJ-75型旋流分離器中，控制砂漿物料的進(jìn)料速度和壓濾濾液的補(bǔ)充速度，以確保運(yùn)行負(fù)荷不超過 FXJ-75型旋流分離器的設(shè)計(jì)指標(biāo)，不斷收集其余75% (ν/ν)的壓濾濾液(用于回收切割加工組份)。在FXJ-75型旋流分離器運(yùn)行35分鐘以后，在旋流分離器下溢出口對(duì)重相砂漿取樣檢測(cè)，重相漿料體系中Si SiC重量百分比為1 35，此時(shí)通過下溢出口不斷收集重相漿料到漿料接受槽中備用。將漿料接受槽中的重相砂漿輸送到立式離心機(jī)中去除大部分液體后，以30% NaOH溶液在50°C下攪拌lh，進(jìn)入離心分離機(jī)，去除大部分液體后，再加入20%鹽酸在50°C 下攪拌Ih后，進(jìn)入離心分離機(jī)，去除大部分液體后，再用廠區(qū)工藝回用水漂洗至中性，經(jīng)機(jī)械分離后，于90°C下采用固定床真空干燥6h，收集到經(jīng)過干燥的微粉物料7154Kg，即為碳化硅組份。計(jì)算而得，本實(shí)施例中碳化硅組份的資源化回收率約93. 15%。
權(quán)利要求
1.一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)勻漿在晶硅切割廢砂漿中加入均勻劑，按重量配比每100份晶硅切割廢砂漿，均勻劑2 20份、水30 500份；所述均勻劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種；控制攪拌速度50 200r/min ；勻漿溫度為室溫或50-80°C，勻漿時(shí)間0. 5 5. 0小時(shí)；(2)旋流分離通過旋流分離器將勻漿后的砂漿物料進(jìn)行旋流分離，砂漿物料的進(jìn)料方式采用連續(xù)或間歇進(jìn)料方式；旋流分離溫度為室溫或50-80°C ；輕相懸浮液通過上溢出口不斷排出，收集后用于(3)的壓濾分離；重相漿料在下溢出口不斷富集，對(duì)旋流分離器下溢出口不斷的重相漿料進(jìn)行取樣檢測(cè)，當(dāng)重相漿料體系中Si SiC的重量百分比達(dá)到1 15 1 100時(shí)，通過下溢出口不斷收集重相漿料，保持所收集所得重相漿料中 Si SiC的重量百分比介于1 15 1 100之間，所得重相漿料B用于回收碳化硅組份；(3)壓濾分離將輕相懸浮液進(jìn)行壓濾，得到濾液和濾渣；壓濾分離溫度為室溫或 50-800C ；不斷收集濾渣，所得壓濾固態(tài)料C用于回收硅粉組份；所得濾液中10 50% (ν/ ν)循環(huán)補(bǔ)充到O)中所述旋流分離器中，不斷收集其余50 90%濾液(ν/ν)，所得壓濾濾液A用于回收切割組份；(4)漿料后處理將重相漿料B通過機(jī)械分離器去除切割液及分離劑，然后進(jìn)行堿洗、 酸洗和清洗，所得碳化硅濕料經(jīng)烘干后，得碳化硅組份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特征在于晶硅切割廢砂漿包括光伏行業(yè)的晶硅切割廢砂漿和電子行業(yè)的晶硅切割廢砂漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特征在于步驟中所述的機(jī)械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機(jī)、 立式離心機(jī)、管式離心機(jī)和旋流器中的一種或幾種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特性在于步驟中所述堿洗所用的堿是液體或固體的金屬氫氧化物，堿洗溫度為常溫或在50°C 120°C ；酸洗所用的酸為無機(jī)酸或有機(jī)酸，或者有機(jī)酸與無機(jī)酸的混合物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在50°C 120°C ；清洗時(shí)用潔凈的清水或工藝回用水，清洗溫度為常溫或在50°C 120°C，在清洗后再經(jīng)機(jī)械分離得到碳化硅濕料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，其特性在于步驟中所述在烘干碳化硅濕料時(shí)所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥法；烘干溫度50°C 20(TC ；烘干壓力包括常壓或真空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法，該方法包括了勻漿、旋流分離、壓濾分離、后處理(機(jī)械分離、堿洗、酸洗、清洗、烘干)等步驟。本發(fā)明工藝通過均勻劑的使用，大幅度降低了稀釋水的用量，達(dá)到勻漿、降低體系粘度和改善分散的綜合目標(biāo)?；谛鞣蛛x和壓濾分離工藝的配合，重相漿料中Si組份不斷夾帶到輕相懸浮液中去，從而大大降低碳化硅組份回收和提純環(huán)節(jié)的廢水排放量，減少污染物產(chǎn)生量。本發(fā)明工藝的晶硅切割廢砂漿中碳化硅組份的資源化回收率可達(dá)到93％以上。
文檔編號(hào)C01B31/36GK102399618SQ201110294619
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者劉來寶 申請(qǐng)人:江蘇佳宇資源利用股份有限公司