利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法
2023-04-23 16:18:06 2
專利名稱：利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水來製備矽溶膠的方法。其應用領域主要是晶矽切割廢砂漿資源化回收產業的環境保護和矽組份資源的綜合利用。
背景技術：
矽片是發展太陽能產業的重要基礎。隨著全球範圍內太陽能產業的迅速發展，矽片需求量和加工量集聚增長。根據行業統計數據，中國矽片產能自2008年起已穩居全球首位，2010年國內矽片總產能近14GW，已佔全球總產能50%以上。線切割是目前國際上矽片生產的通行方式。線切割加工的過程有賴於晶矽切割液(又稱切削液、懸浮液)、碳化矽微粉(又稱磨料、切割砂)的配合使用，同時會伴生大量的晶矽切割廢砂漿。根據國內矽片企業的平均工藝水平，IMW矽片約需耗用12噸晶體矽， 在切割過程中產生約7. 6 7. 9噸切割廢砂漿；上述切割廢砂漿中矽組份的含量會達到 8% -10%。根據2010年國內矽片產業的統計數據，預期2012年，國內矽片企業年產生切割廢砂漿總量會達到200萬噸，其中矽組份的含量將達到16 20萬噸(絕大多數是晶矽粉)。眾所周知，矽片生產環節有超過50%的晶矽被切割成矽粉進入漿料，由於缺乏有效的回收和綜合利用技術，每年有如此大量的晶矽材料被白白的損失掉。單晶和多晶矽都是通過高能耗、高成本得到的，其市場價值遠大於碳化矽、切割液等輔材；若能針對矽片生產環節的廢棄晶矽組份加以回收，或者進行綜合利用，使其體現應有的循環經濟價值，無疑具有極其巨大的經濟、社會和環境效益。就目前切割廢砂漿的資源化回收產業而言，急需開發針對矽組份的資源化回收和綜合利用技術，這不僅是當前國內光伏產業發展的急需，同時也是環境保護、資源降耗的重要努力方向，其中蘊涵了巨大的商業機遇。國內外從砂漿中回收高純度矽粉的產業技術還不成熟，在國際上還沒有相應的產業化先例。就矽組份的綜合利用技術而言，國內目前也尚缺乏可具有產業化價值的工藝技術方案。切割廢砂漿的資源化回收過程中，針對碳化矽微粉中所存在的矽、鐵組份，傳統的工藝方法是通過NaOH鹼水洗滌的工藝來去除矽類組分，再通過多次純水洗滌以除去碳化矽物料中的矽酸鹽組份，以避免殘留的矽酸鹽在後續酸洗過程中形成矽酸(矽酸聚合後易附著於碳化矽表面，從而難以洗滌除盡)。在上述工藝過程中，初次洗滌所產生鹼洗廢水實際為高模數的矽酸鈉溶液。目前國內的切割廢砂漿回收企業均未針對上述初次鹼洗廢水進行單獨收集，而是直接作為工藝廢水進入汙水處理廠。本發明方法旨在通過利用該工藝段的初次洗滌廢水來進行矽溶膠的製備，變廢為寶，實現環境保護目的的同時，更可以實現矽組份資源化利用的經濟價值。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，尤其是針對碳化矽砂料洗滌環節所產生初次鹼洗廢水，實現矽組份的綜合利用。本發明通過利用切割廢砂漿經固液分離所產生的碳化矽砂料(其中含有大量矽粉和一定量的鐵粉)，收集初次鹼洗廢水，以低濃度、高模數的矽酸鈉溶液為原料，經離子交換工藝製備得到矽溶膠。本發明的目的是這樣實現的一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)根據來源於晶矽切割廢砂漿經固液分離後所得碳化矽砂料中的矽組份含量， 加入過量5 % 50 %的NaOH水溶液，攪拌反應，取樣測定碳化矽砂料體系中矽組份含量，直到 Si+Sih 含量彡 0. 1% (w/w)；(2)將洗滌後的砂料體系，通過機械分離器進行分離，收集所得初次鹼洗廢水；(3)將所收集的初次鹼洗廢水經過氫型陽離子交換床，收集離子交換流出液，向流出液中添加氫氧化鈉水溶液，控制體系PH值介於8 13 ；(4)將上述流出液經減壓蒸餾進行濃縮，得到15-35% (w/w)濃度的成品矽溶膠。本發明所述一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，其特徵在於晶矽切割廢砂漿包括光伏行業的晶矽切割廢砂漿和電子行業的晶矽切割廢砂漿。本發明所述一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，其特徵在於步驟(1)中所述晶矽切割廢砂漿經固液分離時，晶矽切割廢砂漿包括未添加或已添加稀釋劑。本發明所述一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，其特徵在於步驟O)中所述的機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、壓濾機、精密過濾器中的一種或幾種組合。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進一步說明。實施例1 取30kg晶矽切割廢砂漿經固液分離後的砂料物，經檢測，其中碳化矽含量 94. 7%，矽組份(Si+Si02)含量5. 2%，金屬離子含量0. 1%0在砂料物中緩緩加入20%的氫氧化鈉水溶液28. 3kg，攪拌反應2小時後；取樣測定碳化矽砂料體系中矽組份含量，Si+Si02含量為0. 05% (w/w)。反應結束後加入純水73kg以降低漿料體系的粘度，通過壓濾機進行固液分離，收集得到101. 5kg碳化矽砂料初次鹼洗廢水。取IOOKg碳化矽砂料初次鹼洗廢水，經檢測其pH值為11. 5，其中矽酸鈉含量為 3.5%，模數為3.5。將上述清液依次通過強酸性苯乙烯陽離子交換樹脂，流量控制在5L/min，去除清液中的Na離子，收集流出的稀矽酸溶液99. 5Kg,檢測其pH為2. 5，其中含有2. 7 %二氧化矽、0. 005%氫氧化鈉、0. 0027%硫酸鹽。將30%含量液鹼80g迅速加入到上述稀矽酸溶液中，防止形成矽酸凝膠，PH控制在7. 5。將上述稀矽酸溶液投入50L蒸餾反應釜中，於78 °C下減壓蒸餾，利用蠕動泵控制流量底部加料，控制加料量與蒸餾出水量平衡，流量控制在20L/ h ；4. 5h後得到矽溶膠8. 9Kg。
經檢測，其質量指標如下
權利要求
1.一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)根據來源於晶矽切割廢砂漿經固液分離後所得碳化矽砂料中的矽組份含量，加入過量5% 50%的NaOH水溶液，攪拌反應，取樣測定碳化矽砂料體系中矽組份含量，直到 Si+Si02 含量彡 0. 1% (w/w)；(2)將洗滌後的砂料體系，通過機械分離器進行分離，收集所得初次鹼洗廢水；(3)將所收集的初次鹼洗廢水經過氫型陽離子交換床，收集離子交換流出液，向流出液中添加氫氧化鈉水溶液，控制體系PH值介於8 13 ；(4)將上述流出液經減壓蒸餾進行濃縮，得到15-35%(w/w)濃度的成品矽溶膠。
2.根據權利要求1所述一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法， 其特徵在於晶矽切割廢砂漿包括光伏行業的晶矽切割廢砂漿和電子行業的晶矽切割廢砂漿。
3.根據權利要求1所述一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法， 其特徵在於步驟(1)中所述晶矽切割廢砂漿經固液分離時，晶矽切割廢砂漿包括未添加或已添加稀釋劑。
4.根據權利要求1所述一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法， 其特徵在於步驟O)中所述的機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、壓濾機、 精密過濾器中的一種或幾種組合。
全文摘要
本發明公開一種利用晶矽切割廢砂漿回收的洗滌廢水製備矽溶膠的方法，該方法利用廢砂漿資源化回收過程中所產生的初次鹼洗廢水，經過氫型陽離子交換床得到矽酸清液，通過添加氫氧化鈉水溶液控制體系pH值介於8～13，再經減壓蒸餾而得到15-35％(w/w)濃度的成品矽溶膠。本方法應用與晶矽切割廢砂漿資源化回收產業中，可以大幅度減少環保汙染壓力，同時有效地實現矽組份的綜合利用。
文檔編號C01B33/141GK102557053SQ201110416208
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者馮國棟, 劉來寶 申請人:江蘇佳宇資源利用股份有限公司