太陽能級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％在加工切割的過程中損耗而成為切割廢料漿。國內(nèi)外對廢料漿中的聚乙二醇和碳化硅在不同程度上進行了回收利用，但對于其中價值最高的有價成分晶體硅的回收還沒有實現(xiàn)。因此，合理開發(fā)、綜合回收太陽能級晶體硅切割廢料漿，特別是如能將廢料漿中的晶體硅回收并再用于制造太陽能電池，這對緩解我國太陽能晶體硅的緊缺、減少晶體硅進口量及變廢為寶等都具有重要的意義。本文以挪威REC公

2、司提供的太陽能級晶體硅切割廢料漿為研究對象，研究探索了一條全新回收晶體硅和碳化硅的工藝路線。首先對料漿進行了物性和酸洗除雜的研究，探索用三種工藝對除雜料漿中的硅和碳化硅分別進行富集，再對富集得到的富含硅和碳化硅富集料進行精煉提純，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)實驗提供優(yōu)質(zhì)原料。通過對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％，除鐵率達到95％，雜質(zhì)由1.642％降低到0.025

4、％以下，除雜率為98％。
　　2.通過水基液相法、雙層有機試劑法和柱流分離法三種工藝對料漿中的硅和碳化硅進行了富集研究。
　　工藝一（水基液相法）:在水基液相法中通過對沉降時間、液固比、有無分散劑等對沉降效果的影響進行了研究。結(jié)果表明:在沉降時間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，是一種富集硅的有效方

5、法。
　　工藝二（雙層有機試劑法）:雙層有機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％，硅的回收率達到90％，同時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0.033％;此工藝不但能夠有效對硅和

6、碳化硅進行分離，和水基液相法相比還提高了樣品的純度，具有設(shè)備簡單、周期短，分離快的優(yōu)點，下一步將向工業(yè)化推廣。
　　工藝三（柱流分離法）:通過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)計的分離裝置模擬逆流萃取，通過對柱流分離的可行性、單根分離柱中不同位置硅和碳化硅含量監(jiān)測和實驗驗證進行了研究。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0.3％;利用經(jīng)驗公式為

7、工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo);此工藝具有連續(xù)進料、耗能少的優(yōu)點，適合大規(guī)模處理料漿。
　　3.對得到的富集硅料進行了精煉提純。結(jié)果表明:采用礦熱爐對富集硅料進行精煉提純，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