[发明专利]利用多晶硅废料制备Si-Si3N4-SiC复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种利用多晶硅废浆制备Si‑Si3N4‑SiC复合材料的方法，属于耐火材料领域。首先将多晶硅废浆用稀盐酸进行处理，经过固液分离后得到固体混合物，然后将所得的固体混合物进行除铁，得到金属硅和碳化硅的混合物C。按照重量百分比计，Si‑Si3N4‑SiC复合材料的原料组成为55‑75%的碳化硅，20‑40%的混合物C，添加剂5‑10%，外加上述原料总量2‑5%的有机物为结合剂。生产时按配比称取各种原料，混合均匀，经混料得到泥料，然后压制成型，80℃‑200℃下干燥12‑30h，于1300‑1600℃梭式窑氮化气氛中高温烧成。本发明产品具有强度高、荷重软化温度高、耐磨性好、热震稳定性好、抗侵蚀性和抗渗透性好、抗剥落性好等优异的性能，能够满足干熄焦炉斜道区、冷却段、环形烟道等关键部位的使用。

技术领域

本发明涉及制备一种干熄焦炉用耐火材料，尤其涉及一种Si-Si3N4-SiC复合材料及制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术

石油和煤炭等传统能源在日益减少，能源危机迫在眉睫，而太阳能因取之不尽、用之不竭、清洁环保和安全可靠等独特优势成为人类解决能源危机、环境污染和全球变暖的首选能源。世界各发达国家纷纷制定鼓励太阳能产业发展的政策，太阳能产业进入了高速发展期。我国辐源辽阔，拥有丰富的太阳能资源，全国2/3地区日照时间在2000h/a以上，西北很多地区达3000h/a，具有利用太阳能的良好条件。

制备太阳能电池时，必须将多晶硅锭或硅棒切割成硅片。目前多晶硅主要是采用多线切割技术完成的。其工作原理是，在以SiC颗粒作为磨料、聚乙二醇作为分散剂、水作为溶剂组成的水性切割液中，用金属丝带动SiC颗粒磨料进行研磨切割硅。由于切割丝的直径和Si片的厚度很接近，按理论计算会有44%的多晶硅被切磨为高纯Si粉进入到切割液，而实际切割过程中会有高达50%-52%的多晶硅以Si粉的形式进入到切割液中而损失。在切割过程中，随着大量Si粉和少量金属屑逐渐进入了切割液，最终导致切割液不能满足切割要求而成为废料浆。这种废料的主要成分为：30%左右的高纯Si、35%左右的SiC、28%左右的聚乙二醇PEG和水、5%左右的铁氧化物。切割废料浆的COD（化学需氧量）值大大超过废水排放标准，按环保要求是禁止排放的。

随着太阳能产业的跳跃式发展，全球需要切割的多晶硅的总量也将出现跳跃式增长，切割过程中产生的废料浆也将逐渐出现显著的增长。如果能将废料浆中的高纯Si、PEG和SiC进行综合回收利用，将减少环境污染，提高资源的利用率。目前，对多晶硅废料的回收利用技术仍然不够高效，存在诸多问题。生产企业常采用粗放的方式处理多晶硅废料，导致环境污染问题凸显。因此，合理高效的处理多晶硅废料是一个亟待解决的问题。同时，多晶硅废料的绿色处理不仅避免环境污染问题，而且可以带来可观的经济效益。目前国内的光伏企业对多晶硅废料的处理方式主要局限于回收聚乙二醇和部分碳化硅。但是，废料中的SiC与单质硅的物理化学性质相近，因此对分离的技术要求较高。现有的提纯分离方法有陶瓷泡沫浮选法、离心分离法、电场分离技术、高温处理法和化学分离法等方法。但是工艺繁琐复杂，提纯成本较高，并且各提纯工艺均存在一定的局限性，有待完善。

本发明采用简易可行的处理方法，充分回收多晶硅废浆中的金属硅和碳化硅，再利用金属硅和碳化硅的混合物制备一种性能优异的Si-Si3N4-SiC复合材料，具有强度高、耐磨性好、热震稳定性好、抗侵蚀性好等特点，可用于干熄焦炉冷却段、牛腿、环形烟道等关键部位。

发明内容

本发明提供了一种利用多晶硅废浆制备Si-Si3N4-SiC复合材料的方法，该复合材料具有强度高、耐磨性好、热震稳定性好、抗侵蚀性好等特点，可用于干熄焦炉冷却段、牛腿、环形烟道等关键部位。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

利用多晶硅废浆制备Si-Si3N4-SiC复合材料的方法，其特征在于：将多晶硅废浆用稀盐酸进行处理，搅拌均匀得到混合料A；将混合料A进行固液分离，水和聚乙二醇一起蒸出，冷凝，脱水，回收聚乙二醇，并得到固体混合物B；将混合物B进行浮选除铁得到混合物C。