[發明專利]一種利用多晶硅生產廢物制備無機化工產品的方法

無效

• 申請號: 200810046338.5
• 申請日: 2008-10-21
• 公開（公告）號: CN101386415A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 魏昭榮
• 申請（專利權）人: 魏昭榮
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;C01B7/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術領域

本發明涉及一種利用多晶硅生產廢物制備無機化工產品的方法。

2.背景技術

高純度多晶硅是電子信息產業和光伏太陽能產業最重要的原材料。近幾年來，太陽能產業在我國得到了迅猛的發展，中國將有望成為世界上最大的光伏發電市場。目前，由于光電轉化效率高、制造門檻相對較低、技術裝備較成熟，晶體硅電池占據了全球太陽能電池95％的市場份額，高純多晶硅市場呈現嚴重供不應求的緊張態勢。在市場缺口加大、價格不斷上揚的刺激下，太陽能電池上游原材料高純多晶硅已經成為國內投資熱點，截至2008年5月，中國共有34家廠商開工建設高純多晶硅提純項目，多個項目都號稱“全國最大”。如果全部建成達產，那幾年后中國的多晶硅年產量將達到146750噸，年產值達2600億元！多晶硅生產形成了一個巨大的產業。

隨著我國多晶硅總產量的逐年增加，多晶硅企業大規模生產將對環境保護帶來極大的隱患，四氯化硅等副產物的安全環保問題將日益突出。我國目前在建多晶硅生產廠所用的改良西門子生產法是向俄羅斯購買的技術，其缺點是氣體回收率低，污染大，產出率低，耗能高。近年來盡管建成多套設備，實際投產的僅有四川峨眉半導體材料廠等少數企業，究其原因：生產多晶硅是一個提純過程，硅轉化成三氯氫硅，再用氫氣進行一次性還原，這個過程中最多有25％的三氯氫硅轉化為多晶硅，其余大量進入尾氣，同時形成四氯化硅等副產物；而四氯化硅是一種具有強腐蝕性的有毒有害液體，遇潮濕空氣即分解成硅酸和劇毒氣體氯化氫，對人體眼睛、皮膚、呼吸道有強刺激性，遇火星會爆炸，用于傾倒或掩埋四氯化硅的土地將變成不毛之地，草和樹都不會在這里生長；這種副產物，不僅毒性大，而且產量高，每生產1單位的多晶硅產品會產生約14單位的四氯化硅。預計我國2010年多晶硅企業產生四氯化硅副產物量將超過40萬噸。前段時間，央視二套焦點訪談節目曝光了洛陽中硅將多晶硅生產的副產品四氯化硅埋入地下，導致當地大量農作物死亡，農民罹患不明疾病的新聞，多晶硅生產中的環保問題已經凸顯出來。2008年3月9日，美國《華盛頓郵報》一篇題為《太陽能公司把垃圾留給中國》的文章，報道國內多晶硅企業的四氯化硅污染問題，這篇文章一出現便迅速成為網絡焦點。可以毫不夸張地說，對國內眾多多晶硅生產企業而言，四氯化硅污染問題猶如懸掛在他們頭上的利劍，時刻決定這些企業的命運。因此，四氯化硅的污染問題成為制約多晶硅發展的瓶頸，對四氯硅的無害化處理及回收利用已經成為當務之急！

多晶硅生產廢物的綜合利用是多晶硅產業的最重要的核心關鍵技術之一，主要技術掌握在少數西方發達國家手中。多晶硅生產廢物的污染問題嚴重制約我國多晶硅和太陽能產業的健康發展，如何綜合利用好多晶硅生產廢物已經成為業內日益關注的問題。目前，國內企業對多晶硅生產廢物的處理主要有兩條途徑：一種途徑是將多晶硅生產廢物交給一些化工廠，制成氣相白炭黑、硅酸乙酯、有機硅等產品，但這些工藝消化量太小，生產裝置不大，對四氯化硅的消化遠遠不能滿足國內市場，且往往在消耗廢物的同時又產生新的環境污染。另一種途徑是將生產廢物氫化為三氯氫硅，返回到合成工序進行再利用，這種處理方式存在投資大、能耗高、轉化率低、工序復雜等缺點，以目前的技術，將多晶硅生產廢物轉化成三氯氫硅的成本比直接合成三氯氫硅的成本還要高，導致這一技術只在國內極少數企業應用，況且這種工藝最終還是有不少的四氯化硅等廢物排放。

國外企業非常重視多晶硅副產物的綜合利用。有的企業利用多晶硅生產廢物制成氣相白炭黑、硅酸酯等產品。如德國Wacker公司實現了全封閉循環生產，其中10億歐元是對多晶硅副產物進行深加工所得，真正做到了變廢為寶、綜合利用。

因此，研究適合我國國情的多晶硅生產廢物綜合利用方法，將多晶硅生產廢物“無害化”和“資源化”，既可以徹底解決多晶硅生產廢物對環境的嚴重污染問題，又可大幅度降低多晶硅生產成本，極大提高產業經濟效益，對發展我國多晶硅和太陽能產業具有十分重要的作用，對國家經濟社會的長期可持續發展、保障國家能源安全、實現戰略目標具有重大的意義。

3.發明內容

本發明的目的是要解決改良西門子法生產多晶硅過程中產生廢物的回收利用問題，利用多晶硅生產廢物制備無機化工產品的方法。本方法具體描述如下：

第一階段：多晶硅生產廢物的水解。將多晶硅生產廢物通入水中，其中的四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅發生水解反應，生成硅酸和鹽酸。發生的主要反應為：

SiCl₄+H₂O→H₃SiO₃↓+HCl