[发明专利]一种利用晶硅废砂浆制备碳化硅多孔陶瓷的方法

说明书

本发明属于晶硅废砂浆二次利用技术领域，公开了一种利用晶硅废砂浆制备碳化硅多孔陶瓷的方法。本发明利用晶硅废砂浆固体废料为主要原料，通过较低温无压烧结，850℃下即可在碳化硅表面原位生长莫来石棒，进而制备出具有高气孔率和高强度的碳化硅多孔陶瓷，最终实现了晶硅废砂浆固体废料的二次利用和低成本制备碳化硅多孔陶瓷的目标。本发明充分利用资源，变废为宝；在使用传统烧结助剂的同时加入了催化剂，使得烧结温度大幅下降，从而减少了能源消耗和降低了制造成本。

技术领域

本发明属于晶硅废砂浆二次利用技术领域，具体涉及一种利用晶硅废砂浆制备碳化硅多孔陶瓷的方法。

背景技术

本世纪以来，由于太阳能具有可再生性和清洁性等特点，人类对太阳能的利用日益增多，在全世界范围内掀起了开发和利用太阳能的热潮，太阳能光伏产业迅猛发展。太阳能电池所使用的多晶硅板是由硅锭经切割后再加工而成。在硅锭切割过程中，会有约一半比例的晶体硅以硅粉形式进入切削液中，并最终与碳化硅磨料、聚乙二醇(PEG)切削液、少量铁屑等一起形成废砂浆。晶硅废砂浆为光伏行业产生的大宗工业固液废弃物，如果不处理将其直接排放，不仅对环境会造成污染，而且也浪费了废砂浆中的硅和碳化硅等不可再生资源。因而，如何将硅锭切割过程中产生的大量废砂浆进行有效回收和利用，一直是光伏晶硅相关行业重点关注的一个课题。

目前，晶硅废砂浆处理领域主要采用双层有机溶剂沉淀法、相转移分离法、水力旋流器工艺、离心分离法等方法将废砂浆中的硅或碳化硅进行初步回收。然而，由于晶硅废砂浆中的硅和碳化硅颗粒粒径小而且粒度范围有重叠，两者理化性质又相近，因此分离硅和碳化硅的难度很高。基于此，通过预处理除去废砂浆中聚乙二醇，再以剩下的硅和碳化硅为主要原料制备碳化硅等先进陶瓷引起了研究者的注意。主要方法包括：一是加入炭黑与废砂浆中的硅反应，制备碳化硅粉体；二是通过反应烧结制备碳化硅致密陶瓷；三是通过炭黑填埋法在空气中1600℃以上高温烧结制备碳化硅多孔陶瓷。

但是，上述关于晶硅废砂浆的回收和利用方法仍存在一些明显不足。光伏企业在对晶硅废砂浆进行在线回收后，仍存在大量以碳化硅磨料为主，硅粉为辅的固体废料作为二次废料未能有效利用。在利用晶硅废砂浆为原料制备碳化硅等先进陶瓷过程中，烧结温度往往在1200℃以上，所以整个过程能源消耗较大。因此，如何将晶硅废砂浆经回收后的二次固体废料完全利用，同时低成本制备出性能较好的碳化硅陶瓷制品具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过晶硅废砂浆在较低温制备碳化硅多孔陶瓷的方法。这是一种利用晶硅废砂浆经在线回收后剩余的二次固体废料为主要原料，通过原位催化反应生长大量棒状莫来石晶体，从而在较低温度下制备出拥有高强度和高气孔率碳化硅多孔陶瓷的新技术方案，最终实现晶硅废砂浆固体废料的二次利用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种利用晶硅废砂浆制备碳化硅多孔陶瓷的方法，包括如下步骤：

(1)对晶硅废砂浆固体废料进行预处理，得到预处理后的固体废料；

(2)向预处理后的固体废料中加入造孔剂、烧结助剂、催化剂，再经球磨混料、过筛，得到原料粉体；

(3)向原料粉体中加入成型剂，混合均匀后置于模具中加压成型，干燥脱脂后得到多孔陶瓷生坯；

(4)将多孔陶瓷生坯置于烧结炉中，在空气气氛下无压烧结，得到碳化硅多孔陶瓷制品。

步骤(1)中所述预处理方法为：将晶硅废砂浆固体废料依次经盐酸溶液除铁、水洗和干燥。

所述预处理后的固体废料中各组分的质量分数为：碳化硅大于等于90％，硅粉小于等于10％。

优选地，步骤(2)中所述造孔剂为活性炭粉，其加入量占原料粉体质量分数的15％～20％。

优选地，所述烧结助剂为氧化铝粉，其加入量占原料粉体质量分数的20％～35％。