[发明专利]一种金刚线切割硅粉的连续熔炼方法及设备

说明书

本发明涉及冶金熔炼技术，具体涉及硅粉废料的回收熔炼方法及设备。提出了一种金刚线切割硅粉的连续熔炼方法，采用直流电弧熔炼技术，通过通入氩气提高主反应区的温度，有利于二氧化硅与还原剂充分反应，且能降低填料过程中硅粉的氧化，通过底部感应出料的方式，进一步提高了熔炼过程的效率，实现了连续出料。本发明还提出了一种金刚线切割硅粉的连续熔炼设备，包括熔炼炉、电极及供电控制系统，具有结构合理、提纯效果好、熔炼效率高等优点。

技术领域

本发明涉及冶金熔炼技术，具体涉及一种金刚线切割硅粉废料的回收熔炼方法及设备。

背景技术

地球内蕴藏的化石能源有限，且大量的燃烧化石能源会造成很严重的环境污染，因此在未来人们对可在生能源的需求会越来越大。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源在可在生能源中扮演着重要的角色。其中太阳能光伏产业发展迅猛，已经成为了全球范围内稳步和快速发展的朝阳产业之一。近些年来，晶硅太阳能电池一直在太阳能电池中保持着90%以上的市场占有率，是当之无愧的主流技术，并且在数十年之内仍将占据主导地位。硅作为太阳能电池的主要原料，光伏产业的迅猛发展会大幅增加对太阳能级多晶硅的需求，截止到目前每年消耗的多晶硅原料可以达到40万吨，预计在2030年全球晶硅需求量比现在翻一番。

目前晶硅太阳能电池切片主要采用金刚线切割技术，由于会产生切缝损失，质量近半的高纯硅粉与切割添加剂及镀层金属杂质混在一起形成切割废料。目前，切割废料主要用于钢铁冶炼的脱氧剂，也有用于合金的冶炼。但由于效果并不是很理想，并没有实现大规模应用。由于切割废料的数量逐年递增，且用途开发较少，价格从之前的1100元/吨下降至目前的700元/吨。从晶硅太阳能电池行业整体的角度来看，将日益增长的切割废料再制造成太阳能级硅，对于降低太阳能电池总成本实现大规模应用有着十分重要的意义。

对于冶金法而言，解决金刚线切割硅粉废料回收问题一共可分为三步：第一步是硅粉废料的前处理，第二部是硅粉废料的熔炼，第三部是冶金硅的提纯。随着切割技术的不断进步，硅粉废料中的杂质含量会越来越少，因此解决硅粉回收问题的关键就是要解决超细粉体的熔炼问题。其中，熔炼过程中的出成率以及产品的纯度是决定回收硅潜在价值的重要因素。

据调查，工业上尝试过对硅粉废料直接进行感应熔炼，但由于金刚线切割硅粉较细，一般小于0.5微米，加之感应熔炼温度较低，在熔炼的过程中超细硅粉极易与碳气氛等发生不可逆的化学反应，因此一般出成率不超过70%。其中还有一个非常重要的缺点是硅粉的填充率非常低，由于硅粉表面附着有有机添加剂，烘干后的硅粉较为蓬松，堆垛密度一般为0.3 g/cm3,实际的填充效率不超过10%。考虑到坩埚的消耗，这种方式经济可行性差，因此并没有被推广。另一种方式是造渣熔炼，其缺点依然是出成率较低，由于填料过程中的氧化问题，其出成率一般不足60%，且会引入大量的渣剂杂质。目前，针对于金刚线切割硅粉废料的回收研究较少。已经发表的文献包括：热等离子体熔炼、感应熔炼、球磨成纳米颗粒制直接制备太阳能电池、溴氢化和气溶胶反应等。前人的这些研究拓宽了硅粉的应用和提供的必要的理论支撑，但是均没有致力于从根本上解决目前硅粉废料回收的实际问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种金刚线切割硅粉的连续熔炼方法，采用电弧熔炼方式，配合底部感应出料及氩气保护，有效提高了硅的出成率及熔炼效率，降低了硅中的杂质。另外，本发明还提供了一种金刚线切割硅粉的连续熔炼设备，具有结构合理、提纯效果好、熔炼效率高等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：提出了一种金刚线切割硅粉的连续熔炼方法，包括以下步骤：

第一步：在炉体底部的出料流道中填满硅块，然后盖上炉箅，通过中空的负电极向炉体内部持续通入氩气，启动电弧熔炼系统供电控制系统，采用低功率对炉体进行预热，直到加热电流趋于稳定；