[发明专利]一种从晶硅切割废砂浆中获取晶硅组份的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从晶硅切割废砂浆中获取晶硅组份的方法，其应用领域主要是光伏行业晶硅切割废砂浆、电子行业晶硅切割废砂浆的资源化回收和利用。本发明方法可直接利用废砂浆获取到晶体形态的高纯硅材料，其具有工业应用价值。

背景技术

硅片是发展太阳能产业的重要基础。随着全球范围内太阳能产业的迅速发展，硅片需求量和加工量集聚增长。根据行业统计数据，中国硅片产能自2008年起已稳居全球首位，2010年国内硅片总产能近14GW，已占全球总产能50％以上。

线切割是目前国际上硅片生产的通行方式。线切割加工的过程有赖于晶硅切割液(又称切削液、悬浮液)、碳化硅微粉(又称磨料、切割砂)的配合使用，同时会伴生大量的晶硅切割废砂浆。根据国内硅片企业的平均工艺水平，1MW硅片约需耗用12吨晶体硅；每切割1吨晶体硅约需要使用3.0吨碳化硅微粉和3.2吨晶硅切割液，并在切割过程中产生约7.6～7.9吨切割废砂浆。根据2010年国内硅片产业的统计数据，预期2012年，国内硅片企业年需碳化硅微粉约115.2万吨、晶硅切割液约122.88万吨，年产生切割废砂浆总量约300万吨。

切割废砂浆的主要成分为切割液组份、碳化硅、硅粉以及金属杂质。众所周知，晶硅切割切割环节有约50％的晶硅被切割成硅粉而进入到废砂浆中，Si组份在废砂浆中占比达到6～13％(w/w)；由于缺乏有效的回收和综合利用技术，每年上万t晶硅材料被白白损失掉。

事实上，国内多数废砂浆回收产业中废砂浆体系中的Si组份是被作为工艺废弃物处置的，没有能够得到任何资源价值的体现，同时由于回收工艺中从SiC-Si体系中提取SiC组份的需要，在实际生产过程中，大量的碱液被使用，产生大量废水排放，给环境造成一定的二次影响。

单晶和多晶硅都是通过高能耗、高成本得到的，其市场价值远大于碳化硅、切割液等辅材；若能针对硅片生产环节的废弃晶硅组份加以回收利用，使其体现应有的循环经济价值，无疑具有极其巨大的经济、社会和环境效益。因此，研究从切割废砂浆中回收晶硅组份，实现Si资源综合利用，不仅是当前国内光伏产业发展的急需，同时也是环境保护、资源降耗的重要努力方向，其中蕴涵了巨大的商业机遇。

目前，国内外从砂浆中回收高纯度硅粉的产业技术还不成熟，在国际上还没有相应的产业化先例。2007年，西安交通大学在发明专利200710018636.9中报道了一种从切割废砂浆中回收硅粉和碳化硅粉的方法，其对废砂浆进行固液分离，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。同时将重力分选得到的碳化硅-金属的混合粉末进行磁力分选，获得纯的碳化硅粉末。2008年，T.Y Wang等人通过对切割废料浆进行前期处理、酸处理、高温处理、定向凝固等步骤，得到高纯硅。2009年，Y.F Wu，Y.M Chen研究通过重力和电场的作用进行分离试验，将料浆中的碳化硅的质量分数降低到7.15％。国外的PV Silicon Forschungs und Produktions AG(德国)、SHARP KABUSHIKIKAISHA(日本)、Cobot Microelactronics Corp.(美国)在2008年以后陆续报道了一些废砂浆体系中硅组份的回收技术。目前来看，上述技术距离产业化应用、形成产业规模的距离还相当遥远。

发明内容

本发明的目的在于实现一种从晶硅切割废砂浆中资源化获取晶硅组份的方法，以便进一步通过纯化而得到高纯硅材料。

本发明的目的是这样实现的：一种从晶硅切割废砂浆中获取晶硅组份的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将晶硅切割废砂浆通过机械分离器进行固液分离，机械分离器的操作温度室温或50～80℃；通过机械分离器得到固态浆料和悬浮液；通过控制分离精度和分离级数，以使得晶硅切割废砂浆中所含固态物的90～99％(w/w)进入到固态浆料，所含液态物的70-99％(w/w)进入到悬浮液(用于回收切割液组份)；

(2)将固态浆料进行水洗、酸洗、二次水洗，经烘干后，得到混合干砂料；