[发明专利]氮化硅的回收方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏或半导体硅片生产技术领域，涉及石英坩埚脱模剂的回收方法，具体涉及氮化硅的回收方法。

背景技术

在光伏或半导体硅片生产行业，例如在太阳能电池硅片生产的多晶硅的生产中，一般采用氮化硅作为脱模剂涂层涂覆在石英坩埚的内壁，来防止坩埚内壁与熔融硅料的粘结，方便脱模；同时还起到阻隔层的作用，阻隔熔融硅料在高温状态下长时间与坩埚接触，从而降低多晶硅中的氧，碳等杂质浓度，提高硅晶体的质量。在实际生产过程中，硅晶体生长结束并从坩埚取出后，该涂层会被直接清除，在加大生产成本的同时，对环境也造成一定的污染。

CN101698473A公开了一种氮化硅的回收方法，将废弃的石英坩埚表面的氮化硅原料经过化学溶液处理后得到氮化硅，所述化学溶液包括碱性水溶液、氢氟酸、氢氟酸与硝酸的混合酸或酸性水溶液。但该方法步骤复杂，且引入了大量的腐蚀性化学物质，对环境造成了二次污染。

发明内容

鉴于上述化学处理回收氮化硅的方法的缺点，本发明提供一种通过物理处理从涂覆有氮化硅的废弃石英坩埚回收氮化硅的方法。本发明的方法是基于如下的发现：

在多晶硅的生产中，硅晶体生长结束并从坩埚取出后，脱模剂会粘附在坩埚壁上。申请人发现通过将坩埚在惰性液体介质中进行超声波处理，即可将坩埚壁上的氮化硅震落，作为粉末分散于惰性液体介质中。除了氮化硅粉末以外，还有一部分碎硅渣，任选地一部分坩埚碎渣分散于液体介质中。但分散于液体介质中的坩埚碎渣和碎硅渣的粒径尺寸与氮化硅粉末的粒径尺寸不同。因此利用物理纯化步骤例如过滤，即可将液体介质中的至少大部分氮化硅粉末分离出来。

相应地，本发明提供一种从涂覆有氮化硅的废弃石英坩埚回收氮化硅的方法，该方法包括：

a)对置于惰性液体介质，优选水，更优选去离子水中的、涂覆有氮化硅的废弃的石英坩埚进行超声波处理，获得含有氮化硅粉末和碎硅渣，任选地还含有坩埚碎渣的惰性液体介质，和

b)对由步骤a)获得的含有氮化硅粉末和碎硅渣，任选地还含有坩埚碎渣的惰性液体介质进行物理纯化步骤以分离氮化硅粉末。

根据本发明，“废弃石英坩埚”是指在多晶硅的生产中已经使用过的石英坩埚。

根据本发明，“惰性液体介质”是指对氮化硅、石英坩埚材料和硅不具有反应性，并可以例如通过干燥步骤去除而不会引入新的杂质的液体介质。基于生产成本等的原因，优选的惰性液体介质为水，更优选为去离子水。

对超声波处理的温度并无限制，超声波处理优选在大于0℃至小于或等于50℃下，更优选在15-35℃下，最优选在室温下进行。超声波处理使用的超声波频率范围优选为1500-3000HZ，更优选1600-2400HZ，最优选1800-2200HZ，超声波处理时间优选为20-80秒，更优选为30-60秒。可以使用更长的处理时间，但更长的时间并不带来明显的益处。

物理纯化步骤b)可以是任何基于颗粒尺寸而将不同颗粒分离的步骤，例如过滤，物理纯化步骤b)还可以包含任何液固分离步骤，例如过滤或离心分离。

根据本发明，优选地，物理纯化步骤b)包括过滤，以获得作为滤液的含有氮化硅粉末的惰性液体介质。过滤优选为真空抽滤。真空抽滤的真空度优选为100-10000Pa。过滤优选使用孔径为1.2-3.5微米的过滤器，更优选孔径为1.3-3.3微米的过滤器，例如1.5-2.5微米的过滤器。

根据本发明，优选地，物理纯化步骤b)还包括对通过所述过滤分离得到的滤液进行离心分离，以将氮化硅粉末与惰性液体介质分离，或者所述的物理纯化步骤b)还包括对通过所述过滤分离得到的滤液进行精密过滤，以将氮化硅粉末与惰性液体介质分离。该精密过滤不影响氮化硅粉末的纯度，但可使氮化硅粉末快速地从初级过滤的滤液中分离出来，从而更好地符合实际生产的需求。精密过滤优选使用精密过滤压缩机进行。精密过滤优选使用过滤器孔径为1微米以下，更优选0.4-1微米，尤其优选0.5-0.7微米的过滤器。精密过滤使用的过滤压力优选为0.5-1MPa。如果需要，可以重复进行精密过滤步骤。

优选地，本发明的回收方法还包括在步骤a)和步骤b)后的干燥步骤c)。干燥步骤优选在50～200℃的温度下进行。

在本发明的一实施方案中，在干燥步骤c)中，对通过所述过滤作为滤液得到的含有氮化硅粉末的惰性液体介质进行干燥以去除惰性液体介质。在本发明的另一实施方案中，在干燥步骤c)中，对通过所述精密过滤得到的氮化硅粉末进行干燥。