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
技術領域：
本發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。其應用領域主要是光伏行業晶硅切割廢砂漿、電子行業晶硅切割廢砂漿的資源化回收和利用。本發明中從廢砂漿中回收得到的碳化硅組份經過尺寸分級后可回用于硅材料的線切割加工。
背景技術：
硅片是發展太陽能產業的重要基礎。隨著全球范圍內太陽能產業的迅速發展，硅片需求量和加工量集聚增長。根據行業統計數據，中國硅片產能自2008年起已穩居全球首位，2010年國內硅片總產能近14GW，已占全球總產能50%以上。線切割是目前國際上硅片生產的通行方式。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，同時會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。根據國內硅片企業的平均工藝水平，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，并在切割過程中產生約7. 6 7. 9噸切割廢砂漿。根據2010年國內硅片產業的統計數據，預期2012年，國內硅片企業年需碳化硅微粉約115. 2萬噸、晶硅切割液約122. 88萬噸，年產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。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控的高能耗產品，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，其生產過程本身也存在消耗石油、能源以及環境污染問題。國內硅片行業目前年產生百萬噸級數量的廢砂漿，若得不到妥善處置將造成嚴重的資源浪費，對環境造成重大污染，并直接導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資源性組份，再經深加工得到資源再生產品， 并循環應用到切割加工過程中去，是目前國內光伏切割輔料行業中的一個產業熱點。國內多數廢砂漿回收產業普遍存在工程技術儲備不足，資源回收利用率偏低，再生品應用性能較差等情況，尤其是存在工藝廢棄物比例過高的情況，在資源浪費的同時也給環境造成一定的二次影響。
發明內容
本發明的目的在于實現一種從晶硅切割廢砂漿中資源化回收碳化硅組份的方法， 以便進一步通過尺寸分級得到資源再生型碳化硅微粉產品，從而回用于硅材料的線切割加工。
本發明的目的是這樣實現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，勻漿時間 0. 5 5. 0小時；(2)旋流分離通過旋流分離器將勻漿后的砂漿物料進行旋流分離，砂漿物料的進料方式采用連續或間歇進料方式；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，對旋流分離器下溢出口不斷的重相漿料進行取樣檢測，當重相漿料體系中Si SiC的重量百分比達到1 15 1 100時，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，所得壓濾固態料C用于回收硅粉組份；所得濾液中10 50% (ν/ ν)循環補充到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通過機械分離器去除切割液及分離劑，然后進行堿洗、酸洗和清洗，所得碳化硅濕料經烘干后，得碳化硅組份。本發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的晶硅切割廢砂漿和電子行業的晶硅切割廢砂漿。本發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中所述的機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機、立式離心機、管式離心機和旋流器中的一種或幾種組合。本發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酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物；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，在清洗后再經機械分離得到碳化硅濕料。本發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。本發明與現有技術相比，其優點在于(1)本發明工藝通過均勻劑的使用，大幅度降低了稀釋水的用量，在達到勻漿和降低體系粘度等目的的同時，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聚物得以分散。(2)本發明工藝基于旋流分離工藝的實現，可以使得廢砂漿體系中硅粉組份中的絕大多數進入到輕相懸浮液中去，進而通過壓濾分離的手段得到富含Si組份的壓濾固態料，以用于回收硅粉。
(3)本發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補充，充分利用流體旋流化的分離效果，達到將重相漿料中Si組份不斷夾帶到輕相懸浮液中去，以便回收利用；同時，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節的廢水排放量，減少污染物產生量；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補充也便于在生產作業的過程中達到相當穩定的作業狀態，便于連續化生產和生產效率的提高。(4)本發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品的必須組份，上述均勻劑進入到壓濾濾液后不會對切割加工組份的回收、配制和循環應用帶來不利影響。(5)本發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到93%以上。
附圖為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進一步說明。實施例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生的晶硅切割廢砂漿，經檢測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%、色素及交聯高分子物質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，攪拌轉速80r/min，升溫到60°C并保溫；勻漿攪拌時間2小時。將上述經過勻漿后的砂漿物料以連續進料的方式輸送到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進行壓濾，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，將所得濾液中25% (ν/ν)循環補充到上述FXJ-50型旋流分離器中，控制砂漿物料的進料速度和壓濾濾液的補充速度，以確保運行負荷不超過 FXJ-50型旋流分離器的設計指標，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型旋流分離器運行20分鐘以后，在旋流分離器下溢出口對重相砂漿取樣檢測，重相漿料體系中Si SiC重量百分比為1 40，此時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中去除大部分液體后，以25% NaOH溶液在50°C下攪拌lh，進入離心分離機，去除大部分液體后，再加入70%硫酸在50°C 下攪拌Ih后，進入離心分離機，去除大部分液體后，再用清水漂洗至中性，經機械分離后， 于110°C下采用流化床常壓干燥8h，收集到經過干燥的微粉物料363^(g，即為碳化硅組份。計算而得，本實施例中碳化硅組份的資源化回收率約93. 21%。實施例2:
取一批來源于蘇州協鑫光伏科技有限公司所產生的晶硅切割廢砂漿，經檢測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 %、色素及交聯高分子物質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，攪拌轉速70r/min，升溫到55°C并保溫；勻漿攪拌時間2. 5小時。將上述經過勻漿后的砂漿物料以連續進料的方式輸送到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進行壓濾，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，將所得濾液中30% (ν/ν)循環補充到上述FXJ-75型旋流分離器中，控制砂漿物料的進料速度和壓濾濾液的補充速度，以確保運行負荷不超過 FXJ-75型旋流分離器的設計指標，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型旋流分離器運行35分鐘以后，在旋流分離器下溢出口對重相砂漿取樣檢測，重相漿料體系中Si SiC重量百分比為1 35，此時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中去除大部分液體后，以30% NaOH溶液在50°C下攪拌lh，進入離心分離機，去除大部分液體后，再加入20%鹽酸在50°C 下攪拌Ih后，進入離心分離機，去除大部分液體后，再用廠區工藝回用水漂洗至中性，經機械分離后，于90°C下采用固定床真空干燥6h，收集到經過干燥的微粉物料7154Kg，即為碳化硅組份。計算而得，本實施例中碳化硅組份的資源化回收率約93. 15%。
權利要求
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，勻漿時間0. 5 5. 0小時；(2)旋流分離通過旋流分離器將勻漿后的砂漿物料進行旋流分離，砂漿物料的進料方式采用連續或間歇進料方式；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，對旋流分離器下溢出口不斷的重相漿料進行取樣檢測，當重相漿料體系中Si SiC的重量百分比達到1 15 1 100時，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，所得壓濾固態料C用于回收硅粉組份；所得濾液中10 50% (ν/ ν)循環補充到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通過機械分離器去除切割液及分離劑，然后進行堿洗、 酸洗和清洗，所得碳化硅濕料經烘干后，得碳化硅組份。
2.根據權利要求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的晶硅切割廢砂漿和電子行業的晶硅切割廢砂漿。
3.根據權利要求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械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機、 立式離心機、管式離心機和旋流器中的一種或幾種組合。
4.根據權利要求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酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物；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，在清洗后再經機械分離得到碳化硅濕料。
5.根據權利要求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(機械分離、堿洗、酸洗、清洗、烘干)等步驟。本發明工藝通過均勻劑的使用，大幅度降低了稀釋水的用量，達到勻漿、降低體系粘度和改善分散的綜合目標。基于旋流分離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節的廢水排放量，減少污染物產生量。本發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到93％以上。
文檔編號C01B31/36GK102399618SQ201110294619
公開日2012年4月4日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者劉來寶 申請人:江蘇佳宇資源利用股份有限公司