[發明專利]廢棄層硅料的回收處理方法

無效

• 申請號: 201210117339.0
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102757051A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 徐小云;袁志鐘;王祿寶
• 申請（專利權）人: 鎮江環太硅科技有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 季萍

技術領域

該發明涉及一種硅料回收、除雜質的方法，特別涉及一種光伏半導體領域中的廢棄層硅料的回收處理方法。

背景技術

多晶硅鑄錠通常采用石英坩堝來盛裝熔融硅液，石英坩堝的主要化學成分為二氧化硅。熔融狀態中的硅會與直接接觸的石英坩堝發生化學反應，生成一氧化硅，一氧化硅具有揮發性，會與多晶鑄錠爐內的石墨部件發生反應，生成碳化硅和一氧化碳。另外，石英坩堝中的雜質，如鐵、鋁、硼等也會以單質或是氧化物的形式進入硅熔體，形成新的雜質。目前，通常會在石英坩堝內壁噴涂一層氮化硅涂層，用以防止石英坩堝中的雜質進入硅熔體，但是并不能完全避免一氧化碳等氣體進入熔體。除此之外，多晶硅鑄錠爐中的熱場石墨材料，在高溫下會與硅蒸汽發生反應，釋放出一氧化碳氣體。因此，硅熔體表面與這些揮發性氣體接觸，反應最劇烈，另外，碳的分凝系數非常小，經過定向凝固后，碳都集中在鑄錠頂部，所以硅錠頂部在揮發性氣體以及分凝的碳的共同作用下，會形成很多孔洞和SiC晶體，甚至石墨，而部分氮化硅經過高溫燒結會與硅熔體形成一體，所以硅錠孔洞內也會含有很多氮化硅、碳化硅等雜質。

多晶硅420～500Kg的硅錠經過開方將其開成25塊晶磚，上部8-10cm為廢棄層硅料，由上可知此硅料表面有大量空洞，還含有較多的碳化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鐵、有機膠等雜質。硅料中的有機膠雜質主要來源于硅錠的開方，由于硅錠在開方前先要通過有機膠固定在托板上，等固化后再安裝在開方機內進行開方。開方完成后，仍有一部分膠粘附在硅錠的邊角上，因此在硅錠開方后得到的廢棄層硅料表面有許多這樣的雜質。

現有技術已有采用噴砂、泡沫浮選、離心分離、高溫熔融過濾等方法來去除硅料中的碳化硅、氮化硅或石墨等雜質，但這些方法運行成本高，不易于進行批量生產，且由于處理得到的硅料除雜不夠徹底，一般難以直接作為多晶硅鑄錠的原材料再次利用，故造成了極大的浪費。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種廢棄層硅料的回收處理方法，采用該方法不僅可以除去常溫常壓下難以除去的碳化硅、氮化硅等雜質，還可以除去石墨、有機膠等雜質，回收處理后的廢棄層硅料還可以作為多晶硅鑄錠的原材料進行再利用。

技術方案：一種廢棄層硅料的回收處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

a)將含有雜質的廢棄層硅料破碎成小塊放入容器中，加入堿液超聲堿洗；

b)待反應完全后，純水漂洗硅料至PH約為7；

c)再向硅料中加入酸液，控制溫度、壓力、和反應時間；

d)待反應完全后，將硅料投入已配制好的混酸溶液中浸泡；

e)最后使用純水將硅料進行多次超聲漂洗，至漂洗后溶液的PH值為7，烘干。

所述的廢棄層硅料破碎成粒度1～3厘米的小硅塊。

所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀的任意一種。

所述堿液質量百分比濃度為25％～30％，堿洗溫度為20～70℃，堿洗時間為5～60分鐘。

酸液為氫氟酸、鹽酸、硝酸、濃硫酸的任意一種。

在所述酸液中反應的溫度控制在100～300℃之間，壓力控制在0.1～5MPa之間，時間控制在0.5～5小時之間。

所述混酸為濃硫酸與氫氟酸、鹽酸、硝酸中其中一種的混合。

所述的各種酸的重量百分比濃度為：氫氟酸為35％～55％，硝酸為68％～98％，鹽酸為30％～38％，濃硫酸為90％以上。

所述混酸中可以加入過氧化氫。

所述過氧化氫的用量比例按硅料的1～3％的重量比例添加，過氧化氫的重量百分比濃度為30％。

廢棄層硅料中的雜質為碳化硅、氮化硅、石墨、氧化鐵、有機膠中的任意一種或是幾種的混合。

所述的容器為耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的容器。

所述的各種酸的重量百分比濃度為：氫氟酸為35％～55％，硝酸為68％～98％，鹽酸為30％～38％，濃硫酸為90％以上。

所述的上述方法中，所有化學反應產生的氣體通入尾氣處理裝置進行處理后排放，產生的廢液也經特殊處理后排放。

本發明的工作原理如下：

(1)向硅料中加入堿液超聲堿洗，其化學反應方程式如下：

SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H2O

SiO₂+2KOH→K₂SiO₃+H2O

(2)硅料在含有濃硫酸的混酸溶液中浸泡，其化學反應方程式如下：