[发明专利]一种硅加工废水中硅粉回收利用装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种废水处理，尤其是涉及一种硅加工废水中硅粉回收利用装置及其方法。

背景技术

随着半导体工业的快速发展，高纯晶体硅材料得到了广泛应用，其中晶体硅是先被拉成单晶硅棒，然后切割成硅片用于制造芯片。近年来，随着全球石油、煤炭等能源日益紧张，太阳能逐渐成为本世纪最重要的新能源，全球的太阳能产业进入了高速发展期，制备太阳能电池时，需要将高纯硅铸成品硅锭，然后切割成硅片，不管是半导体工业所用的单晶硅还是太阳能电池所用的多晶硅，都需要将高纯的晶体硅切割成硅片，在切割过程中，从理论上计算会有44％的晶体硅被切磨为高纯硅粉进入到了切割料浆中，而实际加工过程中会有高达50％～52％的晶体硅以硅粉的形式损失掉了。不论是用于电子级的单晶硅还是用于太阳能级的多晶硅都需要通过大量的能耗和高昂的成本制得。因此，随着半导体工业的稳步向前和太阳能产业的跳跃式发展，全球需要切割加工单晶硅和多晶硅的总量出现跳跃式增长，切割加工过程中产生的废料浆也逐年的显著增长。另一方面，随着硅片切割行业的重新洗牌以及利润的持续下降，硅片切割企业不约而同地打起来控制生产过程，降低生产成本的主意。如果能将废料浆中的高纯硅、聚乙二醇和碳化硅进行综合回收利用，将会减少环境污染，提高资源的利用率，特别是如能将切割废水中的硅粉得以有效地回收并再用于制造太阳能电池，对缓解我国太阳能多晶硅紧缺、减少多晶硅的进口量是很有意义的，这将产生可观的经济效益和社会效益，所以硅切割废水中原料的回收项目受到国内切片厂的大力追捧，硅切割废水回收企业一时间遍地开花。

对于单晶硅和多晶硅切割废水的回收方法与工艺，研究人员也做了大量工作，申请了相关的专利。但是，在切割废水的回收方法中，大部分都是回收料浆中的聚乙二醇和碳化硅，而对于料浆中硅粉的回收方法还不够成熟。对于硅粉的回收，目前，比较常用的工艺是将化工和矿业加工技术相融合，结合材料加工的特点，利用离心分离分散、化学清洗、絮凝、萃取等分离原理和方法，将切割废水中的杂质清除，而回收硅粉。例如，中国专利ZL 200710018636.9公开了一种从切割废砂浆中回收硅粉和碳化硅粉的方法，它是通过有机溶剂去除废料中的悬浮剂和粘结剂，对固态砂料进行气体浮选，得到一定纯度的硅粉末，进一步对该硅粉末进行液体浮选和重力分选，再将分选出的硅粉进行酸洗，获得高纯度的硅粉的方法。中国专利ZL200810118666.1公开了一种从磨削废液中提取硅粉的方法，它是往磨削废液加盐酸，控制pH在1.0～6.0，盐酸浓度为0.1％～37％，盐酸温度为15～60℃，经静置、分离、干燥而回收硅粉的方法。中国专利ZL 200910155689.4公开了一种从切割废砂浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法，它是将制得的硅微粉与助熔剂按照重量比1∶0.5～5混合制团块，在高温真空炉中进行高温处理，处理温度范围为1450～1800℃，处理时间范围在1～10h；然后将高温处理后的熔融态高纯硅进行定向凝固，得到多晶硅锭。然而，利用这些方法虽然都能回收硅粉，但其应用仍有一定的局限。主要问题有：(1)回收工艺中废水的处理工艺不合理：在硅粉回收过程中，要产生大量废水，目前还没有几个企业做到达标或零排放。(2)经济成本高：化学清洗、萃取、或是加入助熔剂高温处理对硅粉进行回收，这些方法要么加入大量的化学药剂，要么所需的能耗及高，虽然能够实现回收硅粉的目的，但是运行成本，从经济合算的标准衡量，仍然不尽如人意，在硅切割废水中回收硅粉无法实现规模化。(3)回收工艺中产生的二次污染问题：在硅切割废水中废水的再生利用处理过程中加入絮凝剂，对废水中的胶体物、固体颗粒进行沉淀，这不仅增加运行成本，而且对环境造成一定的污染，增加后续处理的难度，不环保。

综上所述，单晶和多晶硅都是通过高能耗高成本得到的，且我国大部分单晶和多晶硅是依赖进口，所以切割废水中硅粉的回收价值远高于碳化硅和聚乙二醇，在切割过程中，50％的晶体硅以硅粉的形式进入切割废水中损失掉，研究开发适合中国经济现状和发展水平的安全、可靠、高效、低能耗、低投资、低成本的硅切割废水中硅粉和废水回收利用的装置及方法，有效地回收切割废水中的硅粉，不仅能够变废为宝、提高资源利用率、降低硅片的成本，而且能缓解废水产生的环境污染问题，并对缓解我国硅原料紧缺、减少硅原料的进口量有重要社会意义和商业价值。

发明内容