[发明专利]硅氧化制取岩棉熔体联产合金钢液的方法

说明书

技术领域

本发明属于硅切割废浆料中硅及碳化硅的综合利用技术领域，也属于采用冶金热熔渣制备岩棉纤维保温材料技术领域，还属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及制取岩棉熔体联产合金钢液的方法。

背景技术

为了获得太阳能电池基板、集成电路用基板、电子芯片、精密半导体芯片所采用的薄片状产品，需要对高纯度的单晶硅、多晶硅棒、锭进行线切割。线切割采用硬度高的碳化硅为磨料，按照一定比例加入到聚乙二醇(PEG)为主要原料的水溶性悬浮液中组成水性切割液，其中，聚乙二醇起到分散作用，并能够及时带走切割过程中产生的巨大摩擦热。硅晶切割时，机器导轮带动镀铜的钢线高速运转，钢线带动碳化硅磨料不断研磨硅棒，从而切割成硅片。硅晶切割过程中，大量硅粉和少量金属屑进入切割液使切割液的性质逐渐发生变化，当这些固体杂质含量累积到一定程度时，最终切割液不能满足切割要求而成为废砂浆。

在硅棒被切成硅片的同时，大约硅棒质量的40-55％成为硅粉，切割机的钢线受磨擦产生的少部分铁粉，部分SiC在切割过程中发生破损变成的粒径较小的SiC颗粒，PEG吸收的空气中水分，全部进入到切割砂浆当中，硅晶切割废砂浆主要组分及含量(质量分数)：PEG 40％～50％，SiC 23％～33％，硅(Si)20％～24％，铁屑(Fe)2.5％～3.0％。一般认为其中的聚乙二醇(PEG)、碳化硅颗粒(SiC)、硅粉(Si)具有较高的回收或综合利用的价值。

废砂浆具有如下特点：(1)切削液为水溶性，经过稀释易于过滤分离；(2)碳化硅化学性质稳定，即使在高温下也不和酸、碱发生反应；(3)硅粉纯度高、粒径小、比表面积大，具有良好的化学反应活性。基于废砂浆的该特性，近几年来的专利申请大多采用固液分离和固体提纯相结合的方法实现切割废砂浆的回收处理。

已有公开专利对多晶硅废砂浆处理和回收的方法大致分为四类：(1)固液分离、固体提纯结合法；(2)化学处理法；(3)电选法；(4)电泳(电位)分离法。

对废砂浆中的PEG、SiC进行分离相对较为容易。回收PEG一般采用的工艺是：先采用过滤或离心分离对料浆进行固液分离，再将分离得到的液体进行脱水或者蒸馏得到PEG。回收SiC一般采用的工艺是：将固液分离得到的固体进行酸洗除铁，酸溶除Si或碱溶除Si后得到SiC微粉。

例如，中国专利200710117665(周寿增)公开了采用膜技术和化学处理方法，获得了SiC粉。中国专利200610058746.3(张捷平)、中国专利200810232782.6(奚西峰)通过处理回收了聚乙二醇(PEG)与碳化硅(SiC)，但没有涉及到硅粉的回收和利用。

中国专利200610029378.X(金柏林)中公布的技术方案，进行了硅粉的回收，硅粉的回收率较低，仅为料浆的1-2％。

中国专利200710018636(杨建峰)回收的硅的纯度比较高，达到98％，具体工艺为：先将废浆料去除悬浮剂和粘结剂，再将得到的固体通过气体浮选得到Si和SiC的混合粉料，然后用密度介于Si和SiC之间的液体进行浮选和重选，分离Si和SiC，最后通过磁选除铁得到SiC和Si微粉，如图1(a)所示。由于回收的Si粉纯度大于98％，可以重新作为原材料制备多晶硅。

中国专利200910187695.8(邢鹏飞)涉及到了硅粉的回收：首先对废浆料进行物理沉降分别得到SiC富集料和Si富集料，将硅富集料进行酸洗除铁后，在1500-1600摄氏度下熔铸得到金属硅锭，使SiC与Si分离，然后对Si锭进行定向凝固得到太阳能级多晶硅。对SiC富集料进行酸洗除铁、酸洗碱洗除Si、干燥得到SiC微粉，工艺过程如图1(b)所示。

上述专利申请的技术方案，对切割废砂浆的回收从单一的回收碳化硅，到碳化硅、硅和聚乙二醇的综合回收，且回收率、产品的纯度逐渐提高，大部分申请基于相同的原理，只是对不同的工序进行重复或组合，而且获得的硅大部分倾向于再返回应用于光伏晶硅。

在当前的工业生产实践中，废砂浆经过离心分离、固液分离以及一系列的精制、提纯，最终得到三类产物(1)以PEG为主的液体；(2)以SiC为主，含有Si、Fe等其他杂质的比重大的混合物；(3)以Si粉为主、含有SiC等杂质的比重小的混合物。前两种的回收利用较为成熟，只有第三种混有SiC的废硅料还没有很好地利用。