[发明专利]一种利用硅废料制备铝硅合金的方法

说明书

本发明公开一种利用硅废料制备铝硅合金的方法，检测硅废料的组成成分，将废料研磨破碎处理，得到块状或片状硅废料；按铝硅摩尔比为0.85‑0.65:0.15‑0.35的比例，在废料中添加铝粒，混合均匀后添加至石墨坩埚容器中，置于电磁感应炉底座中，在高纯氩气的保护氛围下，对混合料进行加热并保温，冷却后取出石墨坩埚，敲碎石墨坩埚后得到铸造铝硅合金样品；相比于目前研究回收硅废料中的硅的方法，本发明利用硅废料制取铸造铝硅合金的流程简单快捷，节能环保，对废料中硅的资源再利用率高，同时镍、铁等金属杂质含量低于2.2%，满足工业用铝硅合金杂质含量要求。

技术领域

本发明涉及一种利用硅废料制备铝硅合金的方法，使得硅锭边角料，硅锭切割废料，以及废旧单晶硅、多晶硅电池板等含硅量大于85%硅废料中的硅能够在合金化的作用下充分回收利用，并一次生产出满足工业上使用的铸造铝硅合金，且合金中的铁、硅含量均达到铸造铝硅合金的合格标准，属于硅废料资源回收利用领域。

背景技术

光伏组件的巨大经济价格压力推动新技术的发展，以提高整个价值链的产量和效率。未来十年，硅基太阳能电池的生产仍会主导光伏市场，太阳能电池是由晶体硅晶片组成的。硅片是将纯度为99.9999% (6N)的晶体硅锭切片制成的。在硅锭开方成型的过程中，会产生线锯或带锯切割以及开方截断的边角硅料；在硅锭切割制备硅片过程中，有高达50％-52％的晶体硅在形成切口时进入到切割液中而损失；同时，太阳能电池主要以多晶硅和单晶硅为主，寿命一般在25-30 年左右, 废旧电池的回收也是亟待解决的问题。在光伏产业链的大力发展中，对这些过程中所产生的废硅料回收显得非常重要。研究一种硅废料制备合金的方法，能有效解决光伏产业链产生的硅废料回收利用的实际问题，变废为宝，实现资源的二次利用，同时可以大幅度减小环境污染。

发明内容

本发明提供一种利用硅废料制备符合工业生产使用的铝硅合金及高硅铝中间合金的方法，得到的合金可作为炼钢脱氧剂和炼镁还原剂、太阳能级多晶硅的原材料等，实现固废资源的二次回收和利用，具有重大经济价值和社会效益。

一种利用硅废料制备铝硅合金的方法，具体步骤如下：

（1）检测硅废料的组成成分，将废料研磨后处理，得到密度较大的块状或片状硅废料；

（2）按铝硅摩尔比为0.85-0.65:0.15-0.35的比例，在步骤（1）的废料中添加铝粒，混合均匀后添加至石墨坩埚容器中，置于电磁感应炉底座中；

（3）在电磁感应炉底座中，高纯氩气的保护氛围下，以10℃/min的速度对混合料进行加热，当温度达到700℃时，观测到装料高度急剧下降，铝颗粒开始熔融，当温度上升至1400-1600℃，在铝液形成的包浆温度下，硅废料开始熔融，同时可观测到溶液表明有部分固体熔渣；通过电磁搅拌使原料充分熔融，同时使其他金属元素均匀分布在铝液中，硅原子在电磁搅拌及对流扩散的作用下凝固在糊状区域，并初生结晶，生长成晶粒；在该温度下保温30min后停止加热，熔体进行凝固，冷却后取出石墨坩埚，敲碎石墨坩埚后得到铸造铝硅合金。

步骤（1）硅废料中硅的质量百分比含量≧85%，硅废料为硅锭边角料、硅锭切割废料以及废旧单晶硅、多晶硅电池板。

步骤（1）废料研磨至粒径1cm以下。

步骤（2）铝粒纯度≧95%，铝粒粒径0.2cm-1cm。

步骤（3）电磁感应炉的频率为3KHz，电流为3-30A，功率为3-30KW。

步骤（3）冷却为在电磁感应炉底座中直接随炉冷却至室温或以10-30μm/s的速度向下拉出电磁感应炉底座冷却至室温，整个冷却过程在高纯氩气的保护氛围下进行。