[发明专利]一种利用多晶硅切割废料碱洗废水生产白碳黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅切割废料再利用技术领域，特别涉及一种利用多晶硅切割废料碱洗废水生产白碳黑的方法。

背景技术

近几十年来，太阳能电池产业发展迅速，以多种材料实现光电转换的太阳能电池层出不穷，其中以多晶硅太阳能电池在最近十多年的发展最为迅速。目前，中国已经成为多晶硅太阳能电池的生产大国，多晶硅太阳能电池所需要的多晶硅片的生产每年消耗多晶硅达十万吨以上。

多晶硅片是把多晶硅棒利用线切割的方法加工出来的。线切割方法是使用1200目以细的超细碳化硅粉料作为磨料，先将碳化硅磨料和切割液调配成为流动性良好的浆料，然后将此浆料淋到高速直线运动的铁丝线上，对多晶硅棒进行切割而得到多晶硅片。随线切割的进行，浆料中的铁屑和硅屑逐渐增多，同时由于磨损，一些碳化硅磨料颗粒的锋利程度也下降，这两方面的因素都使切割能力下降，切割质量变差。所以当切割出一定数量的多晶硅片后，浆料就得更换，要换用重新配制的浆料才能继续切割。使用过不能再用的浆料在行业内称为多晶硅切割废液。其中含有如下几种成分：碳化硅颗粒、铁屑、多晶硅屑、多晶硅微粉、切割液、三氧化二铁、二氧化硅、杂质和少量的水。其中，铁屑和多晶硅屑、多晶硅微粉是分别从铁丝线和多晶硅棒上磨下来的，二氧化硅是硅屑、硅微粉被氧化产生的，三氧化二铁是铁屑被氧化产生的，杂质是生产中意外进入的异物，少量的水是由亲水性的切割液从空气中吸收的。

目前全国多晶硅太阳能电池硅片行业每年产生多晶硅切割废浆料数十万吨，如果直接丢弃外排，不但会严重污染环境，也会造成巨大的资源浪费。目前都要经过处理，得到纯净的切割液和碳化硅磨料返回多晶硅切割厂生产重复使用。具体回收多晶硅切割废浆料的流程大致这样：先固液分离，脱水，脱色，脱杂质离子，得到干净可用的回收切割液，固液分离产生的固体渣是一种近似黑色的湿态散状泥料，即多晶硅切割废料。多晶硅切割废料中保留了多晶硅切割废浆料中的所有固体成分。总体估计，多晶硅切割废料中的碳化硅含量为40～60wt％，多晶硅微粉和二氧化硅10～20wt％，铁质成分小于10wt％，水分15wt％左右。

目前多晶硅切割废料回收行业都是使用化学清洗的方法，即分别用加水加酸反应(即酸洗)和加水加碱反应(即碱洗)的方法分别除去铁、三氧化二铁成分和多晶硅屑、多晶硅微粉、二氧化硅，酸洗、碱洗后都要使用水来漂洗。其中，碱洗水和碱洗后的漂洗水中含有硅酸钠、水合二氧化硅和多余的碱(如氢氧化钠)，硅酸钠、水合二氧化硅是多品硅切割废料中的硅屑、多品硅微粉和碱反应生成的。目前行业内只能做到将切割液和碳化硅回收再利用，而化学清洗切割废料产生的碱洗废水中含有的大量硅酸钠、水合二氧化硅得不到利用，废水经过简单中和过滤后排放，存在严重的环境污染，其中的硅酸钠、水合二氧化硅会导致土壤板结而不能耕种。

从多晶硅切割废料回收过程产生的碱洗废水中回收利用含硅的成分，不但可以降低环境污染，还具有很大的经济价值。目前多晶硅回收行业急需一种可以从多晶硅切割废料的碱洗废水中回收利用含硅成分的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济、可靠的利用多晶硅切割废料碱洗废水生产白碳黑的方法，它不仅能实现对从多晶硅切割废料化学清洗的碱性废水中的硅质成分的有效利用，而且，能进一步净化了碱洗废水，使之成为含盐和少量碱的弱碱性水，最终实现碱洗废水的零排放和有效成分的完全回收。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种利用多晶硅切割废料碱洗废水生产白碳黑的方法，该碱洗废水含氢氧化钠、氢氧化钾和季铵碱中的一种，其方法的步骤为：

(1)将多晶硅切割废料使用化学清洗方法回收而得到的碱洗废水调节到pH＝7.0～11.1；

(2)上述调节好pH值后的碱洗废水通过固液分离方法除去调节pH值时会产生的少量固体悬浮物或沉淀物；

(3)将上述调节好pH值并经过固液分离方法处理后的碱洗废水装入耐低温的容器后置于低温环境冷冻到完全冻结成为冰状固体，然后将该冰状固体移出解冻，解冻完成后，容器的底部是一层尺寸为0.05～4毫米的砂粒状颗粒堆积形成的固体沉积层，上层是水相；

(4)将上述得到的砂粒状颗粒沉积物和水相分离，然后将砂粒状颗粒沉积物用水浸泡2～36小时后固液分离再加水浸泡，反复3～6次进行水洗，得到砂粒状固体颗粒；砂粒状固体颗粒和水相采用倾倒法分离，将上层的水倾倒出去，得到下层的砂粒状固体颗粒；

(5)将上述水洗好的砂粒状固体颗粒在100～110℃烘12～36小时，得到的干燥的砂粒状固体颗粒经干法球磨，得到白碳黑，即无定形二氧化硅超细粉体。