[发明专利]从硅料线切割废砂浆中回收碳化硅、高纯硅和分散液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅料线切割废砂浆的回收再利用领域，具体为一种从硅料线切割废砂浆中回收碳化硅、高纯硅和分散液的方法。

背景技术

无论是单晶硅还是多晶硅、半导体硅还是太阳能用晶体硅，在流入下一步的使用之前都必须经过切割，而现有切割技术中，线切割是最佳的选择，该方法具有精度高、成品率高、效率高、损耗小等优点。

线切割的原理是：用碳化硅和聚乙二醇分散液配制成具有一定粘稠度的砂浆，砂浆在高速运动的钢丝带动下，砂浆中的碳化硅与待切割料局部高速摩擦，因碳化硅的硬度比待切割料高出甚多，碳化硅可以刮下一层待切割料，随着砂浆离开，完成切割过程。

硅料的切割中，大量的硅粉和少量的钢丝金属屑流回到砂浆中，使得砂浆的性质逐渐发生变化，切割效率下降，最终成为废砂浆。

分析表明，废砂浆中分散液40～46％wt，碳化硅45～50％wt，硅6～7％wt，金属1～2％wt，而硅料在切割过程中，约有44％变成硅粉进入砂浆中，因此，以中国2010年晶体硅使用量40000吨计算，每年中国会产生含17600吨硅、125700吨碳化硅、115600吨的废砂浆，这些废砂浆根据【中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978－1996）】规定，已经超过第二类污染物的排放标准浓度，若直接废弃，会造成严重环境污染。

另一方面，对废砂浆主成份分离分析表明，分散液主要在粘度、含水量、色度等出现少量变化，碳化硅的利用率不到50％，昂贵的高纯硅粉本体未出现化学变化，这些无不证明了废砂浆具有非常高的回收价值。

目前，硅料切割废砂浆的回收可以分成在线回收和离线回收两种。

在线回收指的是不进行固液分离，在硅片切割工序中直接提取使用中的砂浆，通过离心分离的方式，从提取出来的砂浆中分离掉其中的细小颗粒，再回流到切割工序中，并同时补充新砂浆。这种方法比较有代表性的是瑞士HCT公司的砂浆回收系统。

在线回收的优点是可以使同样数量的砂浆，使用的效率更高，但该砂浆使用到一定程度后还是不得不丢弃或进行离线回收。

离线回收指的是通过彻底的固液分离后，使用各种化学或物理的方法提取出废砂浆中的各种主要成分，真正做到最大程度的回收利用。

由此可见，在线回收是对提高砂浆利用率的有效手段，离线回收则是真正的减少污染、节约资源、减少切割生产成本的方法。

日本专利特开2001－278612公开的一种硅的回收方法，是将废砂浆固液分离后，用有机溶剂去除分散剂，再用酸去除金属和被氧化的硅，最后再用气流分离的方法分离硅和碳化硅。该方法明显的缺点是，气流分离的决定因素在于颗粒的质量和形状大小，并不完全由颗粒比重决定，由此，部分细小的碳化硅颗粒会随硅粉一起被分离，该发明所回收的硅粉程度只有98％wt。

中国专利CN101130237A公开的一种从切割废砂浆中回收硅粉和碳化硅粉的方法，是将废砂浆固液分离后，用有机溶剂去除废料中的悬浮剂和粘结剂，对固体砂料进行气体浮选。得到碳化硅粉进行磁力分选，获得纯碳化硅粉；得到的硅粉再进行液体浮选、酸洗后，获得高纯硅粉。该专利获得的碳化硅粉未进行进一步纯化，碳化硅颗粒表面会被切削下来的硅紧密粘附，降低碳化硅的切削能力，影响切割效率；获得的硅粉中碳化硅含量约200ppm，金属含量约100ppm；未对液体部分进行回收。

中国专利CN101792142A公开从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，先固液分离出聚乙二醇，砂料再经丙酮清洗、液体浮选把硅粉和碳化硅粉分离出来，碳化硅粉用强磁吸走金属，硅粉经过酸洗、干燥后加入金属氧化物或金属卤化物助溶剂进行熔融，再定向凝固获得高纯多晶硅锭。

中国专利CN101691217A公开一种从线切割废砂浆中制取白炭黑同时回收碳化硅的方法，先将废砂浆固液分离出聚乙二醇，砂粉料中加入氟化铵，与其中的硅生成氟硅酸铵溶于水中，碳化硅得到分离，氟硅酸铵与氨水反应生成白炭黑。

综上各种方法可知，其是仅能从线切割废砂浆中回收碳化硅、分散液和纯度有限的硅（个别专利虽号称高纯多晶硅，其实未对其中的高含量的磷、硼进行处理）。本案便由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种从硅料线切割废砂浆中回收碳化硅、高纯硅和分散液的方法，该方法可以从切割废砂浆中分离提取出和重新用于切割砂浆配制用的聚乙二醇和碳化硅，以及可以用于太阳能电池制造的昂贵的太阳能级高纯硅。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种从硅料线切割废砂浆中回收碳化硅、高纯硅和分散液的方法，其包括如下步骤：