太陽(yáng)能級(jí)晶體硅切割廢料漿中硅和碳化硅的回收研究.pdf

1、全球太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使得成本較高的晶體硅材料供不應(yīng)求，晶體硅除正常消耗外近50％在加工切割的過(guò)程中損耗而成為切割廢料漿。國(guó)內(nèi)外對(duì)廢料漿中的聚乙二醇和碳化硅在不同程度上進(jìn)行了回收利用，但對(duì)于其中價(jià)值最高的有價(jià)成分晶體硅的回收還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。因此，合理開(kāi)發(fā)、綜合回收太陽(yáng)能級(jí)晶體硅切割廢料漿，特別是如能將廢料漿中的晶體硅回收并再用于制造太陽(yáng)能電池，這對(duì)緩解我國(guó)太陽(yáng)能晶體硅的緊缺、減少晶體硅進(jìn)口量及變廢為寶等都具有重要的意義。本文以挪威REC公

2、司提供的太陽(yáng)能級(jí)晶體硅切割廢料漿為研究對(duì)象，研究探索了一條全新回收晶體硅和碳化硅的工藝路線。首先對(duì)料漿進(jìn)行了物性和酸洗除雜的研究，探索用三種工藝對(duì)除雜料漿中的硅和碳化硅分別進(jìn)行富集，再對(duì)富集得到的富含硅和碳化硅富集料進(jìn)行精煉提純，得到較高純度的硅和碳化硅產(chǎn)品。
　　1.研究了料漿的物性及酸洗除雜工藝并為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供優(yōu)質(zhì)原料。通過(guò)對(duì)料漿的物性研究得到:料漿中主要含有硅(36.000％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、碳化硅(58.188％)、鐵(

3、4.170％)和少量的雜質(zhì)(1.642％)，其中硅和碳化硅均為微米級(jí)粉末，粒度在1.12～25.7μm之間;酸洗除雜的研究表明:利用鹽酸除雜的最佳條件是:液固比為4∶1，浸出時(shí)間為3h，浸出溫度為70℃，浸出液濃度為15％;酸洗除雜后的料漿中碳化硅由58.188％(wt％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)提高到60.204％，硅由36.000％提高到39.561％，鐵由4.170％減少到0.210％，除鐵率達(dá)到95％，雜質(zhì)由1.642％降低到0.025

4、％以下，除雜率為98％。
　　2.通過(guò)水基液相法、雙層有機(jī)試劑法和柱流分離法三種工藝對(duì)料漿中的硅和碳化硅進(jìn)行了富集研究。
　　工藝一（水基液相法）:在水基液相法中通過(guò)對(duì)沉降時(shí)間、液固比、有無(wú)分散劑等對(duì)沉降效果的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在沉降時(shí)間5h、液固比2∶25及含聚乙二醇的水基液相中硅的富集效果最好;得到的樣品中主要含硅80％、碳化硅19.0％，硅的回收率為40％，此工藝具有成本低、易工業(yè)化的優(yōu)勢(shì)，是一種富集硅的有效方

5、法。
　　工藝二（雙層有機(jī)試劑法）:雙層有機(jī)試劑法主要研究了硅和碳化硅微粉在不同密度、極性的有機(jī)試劑中的沉降速度，找到了符合雙層分離裝置的最佳試劑。結(jié)果表明:上下層試劑分別為環(huán)氧氯丙烷（密度小、極性大）及四氯化碳（密度大、極性小）;得到硅富集樣品中含硅95.040％，碳化硅為4.357％，硅的回收率達(dá)到90％，同時(shí)得到的碳化硅富集樣品中碳化硅為94.730％，硅為5.027％，雜質(zhì)總量均不超過(guò)0.033％;此工藝不但能夠有效對(duì)硅和

6、碳化硅進(jìn)行分離，和水基液相法相比還提高了樣品的純度，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、周期短，分離快的優(yōu)點(diǎn)，下一步將向工業(yè)化推廣。
　　工藝三（柱流分離法）:通過(guò)柱流分離工藝富集硅和碳化硅。從萃取的理論出發(fā)，利用自行設(shè)計(jì)的分離裝置模擬逆流萃取，通過(guò)對(duì)柱流分離的可行性、單根分離柱中不同位置硅和碳化硅含量監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:得到的樣品中硅的含量為80.9％，碳化硅含量為18.8％，硅的回收率為60％，雜質(zhì)總量不超過(guò)0.3％;利用經(jīng)驗(yàn)公式為

7、工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo);此工藝具有連續(xù)進(jìn)料、耗能少的優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模處理料漿。
　　3.對(duì)得到的富集硅料進(jìn)行了精煉提純。結(jié)果表明:采用礦熱爐對(duì)富集硅料進(jìn)行精煉提純，可將三種富集工藝得到的富硅料的純度從含硅80％（水基液相）、95.040％(雙層有機(jī)試劑)及80.9％（柱流分離）均提高到了99％以上;采用鎂鋅合金提純硅的研究表明:提純硅的最佳條件為:600℃下、鎂-鋅質(zhì)量配比為3∶2、1100℃下真空蒸餾，硅的含量從80％提高到96