[发明专利]电位分散‑微波酸洗法去除多晶硅线切割废料杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及提纯多晶硅线切割废料回收技术，尤其是采用弱碱试剂电位分散-微波酸洗去除该废料中硼、磷等杂质的方法。

背景技术

目前，生产太阳能电池的单晶硅和多晶硅片主要采用多线切割加工，在加工过程中，会产生大量的切割废料浆，除了作为磨料悬浮剂的聚乙二醇外，固体粉屑主要是碳化硅（70%）、硅（25%）和Fe等杂质。根据已有的研究工作可知，聚乙二醇可以通过离心等方法回收再循环用作悬浮剂，而剩下固体粉末废料，则大多数用于提取其中的碳化硅。而对于其中的硅粉料，则没有很好的应用出路。考虑到其本身的高纯度来源形式，以及切割过程中相当大部分（至少30%）被磨切成粉屑状，若能够将其采用较为经济高效的技术进一步富集、分离、提纯到太阳能级多晶硅的纯度，从而可以再循环利用来制作太阳能多晶硅电池材料，则不仅仅对于昂贵的多晶硅原料切割废料实现了资源化回收，而且对于目前太阳能多晶硅电池成本的降低也具有非常重要的现实意义。这些切屑废料的硅，其本身的纯度已经达到太阳能电池所要求的5N以上，其他杂质如碳化硅、金属屑等，应该与之都是物理混合的方式，因此从理论上讲是应该能够通过简单、便宜的多种技术手段的实施，使之实现富集、提纯，达到太阳能级硅的纯度的。

从多晶硅切割废料出发，将其提纯到太阳能级硅的纯度级别，将会面临两个最重要的难题或者挑战。一个是切割废料粉末中微细SiC粉末的高效去除，尤其是粒度与硅粉想尽的碳化硅粉料的除去。否则碳化硅颗粒将可能在后续的高温提纯阶段难以经济有效的脱除，从而显著影响到多晶硅的光电转化效能。另一个难题则是切割废料中的硼、磷杂质的深度脱除问题。考虑到高温冶金法自硅中脱除硼、磷至达标的程度在技术上几乎没有可能，因此我们必须在事发阶段就要把切割废料粉末中的硼、磷脱除到达标标准。否则全工艺流程都将没有机会能够经济高效地生产处高纯太阳能多晶硅。围绕这两个关键难题，我们已经开展了有特色的研究开发工作。在我们已经公开的专利（201210162413.0）里面，提出了采用湿法分离其中的碳化硅微粉末的有效方法，对于通过简单的湿法过程实现切屑粉末的初步富集样的富硅粉末，还需要对其中的杂质如铁、铜、硼、磷等进行脱除处理，酸洗是常用的方法，但是从目前公开报道的结果看来，普遍存在酸洗效率低、深度酸洗去除难以达到多晶硅要求的难题。围绕此问题的解决，在本专利中对目前普遍采用的湿法酸溶解去除可溶性杂质的过程公开了一种更卓有成效的酸洗去杂方法。

目前已经有一些技术用来除去切屑粉末中各种金属杂质的方法，有常规酸洗的方法，如文章（Tzu-HsuanTsai）中披露的，在常温常压下，废料与1M浓度的HNO₃搅拌反应40分钟，Fe的含量可降到0.57%。运用以上的除杂方法，去除效果显著，但是随着反应时间的延长，去除效率下降，而且最终的去除程度还是难以满足杂质含量的限制要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种工艺流程简单，工艺参数稳定，除杂效率显著提高，有效减少排放，又可以降低成本的电位分散-微波酸洗法去除多晶硅线切割废料杂质的方法。

本发明的技术方案是：电位分散-微波酸洗法去除多晶硅线切割废料杂质的方法，该方法中线切割废料首先运用表面电位调控-离心法处理，得到Si含量超过80%以上的硅粉，其中Fe的含量是5.56%，Cu的含量是0.31%。图1是该硅粉的电镜照片。硅粉的粒径大约为0.8μm，并且有团聚现象，金属杂质应该是附着在Si颗粒上或者是夹杂在团聚之中。按照固液相反应动力学原理，酸溶液只有和金属杂质充分接触时，反应才能进行的比较彻底。所以，在本发明中首先用含有有机酸铵盐的氨水溶液调节pH至12以上，再用超声波处理硅粉，使其能够充分分散，让金属杂质充分暴露出来。由于微波具有体加热升温快和强大的分子尺度上的微观搅拌分散功能的特点，可以有效地促进金属杂质和酸溶液的接触和反应，所以在微波场中进行酸洗除杂，不仅可以缩短反应时间，除杂效果也会十分明显。

具体包括以下步骤：

步骤1.预分：

取一定量的已去除聚乙二醇等有机物的多晶硅线切割废料粉末，按照液固比3～6:1wt加入去离子水后，搅拌30～60分钟，用浓度为8-15%的有机酸铵的氨水溶液调节硅粉溶液的pH值至12-14,搅拌均匀后，放入超声波中分散，30～60分钟后，得到硅粉溶液，备用；

步骤2.中和：