[發(fā)明專利]從硅料線切割廢砂漿中回收碳化硅、高純硅和分散液的方法

有效

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• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102351184A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉榮隆;鄭敏;吳雄德
• 申請（專利權(quán)）人: 矽明科技股份有限公司
• 主分類號: C01B31/36
• 分類號: C01B31/36;C30B29/06;C30B28/06;C10M175/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 渠述華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅料線切割廢砂漿的回收再利用領(lǐng)域，具體為一種從硅料線切割廢砂漿中回收碳化硅、高純硅和分散液的方法。

背景技術(shù)

無論是單晶硅還是多晶硅、半導(dǎo)體硅還是太陽能用晶體硅，在流入下一步的使用之前都必須經(jīng)過切割，而現(xiàn)有切割技術(shù)中，線切割是最佳的選擇，該方法具有精度高、成品率高、效率高、損耗小等優(yōu)點(diǎn)。

線切割的原理是：用碳化硅和聚乙二醇分散液配制成具有一定粘稠度的砂漿，砂漿在高速運(yùn)動的鋼絲帶動下，砂漿中的碳化硅與待切割料局部高速摩擦，因碳化硅的硬度比待切割料高出甚多，碳化硅可以刮下一層待切割料，隨著砂漿離開，完成切割過程。

硅料的切割中，大量的硅粉和少量的鋼絲金屬屑流回到砂漿中，使得砂漿的性質(zhì)逐漸發(fā)生變化，切割效率下降，最終成為廢砂漿。

分析表明，廢砂漿中分散液40～46％wt，碳化硅45～50％wt，硅6～7％wt，金屬1～2％wt，而硅料在切割過程中，約有44％變成硅粉進(jìn)入砂漿中，因此，以中國2010年晶體硅使用量40000噸計(jì)算，每年中國會產(chǎn)生含17600噸硅、125700噸碳化硅、115600噸的廢砂漿，這些廢砂漿根據(jù)【中華人民共和國污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978－1996）】規(guī)定，已經(jīng)超過第二類污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)濃度，若直接廢棄，會造成嚴(yán)重環(huán)境污染。

另一方面，對廢砂漿主成份分離分析表明，分散液主要在粘度、含水量、色度等出現(xiàn)少量變化，碳化硅的利用率不到50％，昂貴的高純硅粉本體未出現(xiàn)化學(xué)變化，這些無不證明了廢砂漿具有非常高的回收價(jià)值。

目前，硅料切割廢砂漿的回收可以分成在線回收和離線回收兩種。

在線回收指的是不進(jìn)行固液分離，在硅片切割工序中直接提取使用中的砂漿，通過離心分離的方式，從提取出來的砂漿中分離掉其中的細(xì)小顆粒，再回流到切割工序中，并同時(shí)補(bǔ)充新砂漿。這種方法比較有代表性的是瑞士HCT公司的砂漿回收系統(tǒng)。

在線回收的優(yōu)點(diǎn)是可以使同樣數(shù)量的砂漿，使用的效率更高，但該砂漿使用到一定程度后還是不得不丟棄或進(jìn)行離線回收。

離線回收指的是通過徹底的固液分離后，使用各種化學(xué)或物理的方法提取出廢砂漿中的各種主要成分，真正做到最大程度的回收利用。

由此可見，在線回收是對提高砂漿利用率的有效手段，離線回收則是真正的減少污染、節(jié)約資源、減少切割生產(chǎn)成本的方法。

日本專利特開2001－278612公開的一種硅的回收方法，是將廢砂漿固液分離后，用有機(jī)溶劑去除分散劑，再用酸去除金屬和被氧化的硅，最后再用氣流分離的方法分離硅和碳化硅。該方法明顯的缺點(diǎn)是，氣流分離的決定因素在于顆粒的質(zhì)量和形狀大小，并不完全由顆粒比重決定，由此，部分細(xì)小的碳化硅顆粒會隨硅粉一起被分離，該發(fā)明所回收的硅粉程度只有98％wt。

中國專利CN101130237A公開的一種從切割廢砂漿中回收硅粉和碳化硅粉的方法，是將廢砂漿固液分離后，用有機(jī)溶劑去除廢料中的懸浮劑和粘結(jié)劑，對固體砂料進(jìn)行氣體浮選。得到碳化硅粉進(jìn)行磁力分選，獲得純碳化硅粉；得到的硅粉再進(jìn)行液體浮選、酸洗后，獲得高純硅粉。該專利獲得的碳化硅粉未進(jìn)行進(jìn)一步純化，碳化硅顆粒表面會被切削下來的硅緊密粘附，降低碳化硅的切削能力，影響切割效率；獲得的硅粉中碳化硅含量約200ppm，金屬含量約100ppm；未對液體部分進(jìn)行回收。

中國專利CN101792142A公開從從切割廢砂漿中回收多晶硅錠、碳化硅粉和聚乙二醇的方法，先固液分離出聚乙二醇，砂料再經(jīng)丙酮清洗、液體浮選把硅粉和碳化硅粉分離出來，碳化硅粉用強(qiáng)磁吸走金屬，硅粉經(jīng)過酸洗、干燥后加入金屬氧化物或金屬鹵化物助溶劑進(jìn)行熔融，再定向凝固獲得高純多晶硅錠。

中國專利CN101691217A公開一種從線切割廢砂漿中制取白炭黑同時(shí)回收碳化硅的方法，先將廢砂漿固液分離出聚乙二醇，砂粉料中加入氟化銨，與其中的硅生成氟硅酸銨溶于水中，碳化硅得到分離，氟硅酸銨與氨水反應(yīng)生成白炭黑。

綜上各種方法可知，其是僅能從線切割廢砂漿中回收碳化硅、分散液和純度有限的硅（個(gè)別專利雖號稱高純多晶硅，其實(shí)未對其中的高含量的磷、硼進(jìn)行處理）。本案便由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種從硅料線切割廢砂漿中回收碳化硅、高純硅和分散液的方法，該方法可以從切割廢砂漿中分離提取出和重新用于切割砂漿配制用的聚乙二醇和碳化硅，以及可以用于太陽能電池制造的昂貴的太陽能級高純硅。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種從硅料線切割廢砂漿中回收碳化硅、高純硅和分散液的方法，其包括如下步驟：