[實用新型]一種電磁法回收線鋸硅泥中硅組分的裝置

有效

• 申請號: 201220417818.X
• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN202717593U
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 張立峰
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本實用新型涉及太陽能級硅生產過程中固態線鋸硅泥的回收再利用領域，更準確的說是一種運用電磁場分離硅泥中的碳化硅等雜質，生產高純硅的工藝。

背景技術

近10年來全球太陽能產業每年以30%的速度增長，其中90%以上的太陽能材料主要由硅材料制成，特別是多晶硅，因此全球對硅的需求量與日俱增。根據數據統計，自2008年以來中國硅材料產能已穩居世界第一。

目前我國太陽能電池片普遍采用多鋸配合砂漿切割生產，線切割過程中通常要用到聚乙二醇作為切割液、碳化硅顆粒作為研磨劑，同時會伴有大量的硅泥漿產生。硅泥漿由切割液、碳化硅、硅粉及金屬雜質等組成。硅材料切割加工過程中碳化硅顆粒需要很高的純度和強度、一定的球形系數及合適的粒度分布，其粒度大致分布在3~50μm；硅的粒度小于1μm，約占硅泥漿的10%。

硅泥中的碳化硅等雜質導電率幾乎為零，然而硅的導電率為1400000S/m。電磁凈化是利用金屬熔體和非金屬夾雜物之間的電導率之間的差異而達到去除夾雜物的目的。當夾雜物顆粒的電阻率大于金屬熔體的電阻率時，則金屬液所受的電磁力大于夾雜物所受電磁力，夾雜物所受合力與外加電磁力方向相反，夾雜物顆粒向熔體所受電磁力的反方向運動。因此碳化硅顆粒的在電磁排斥力的作用下向管壁運動，最終富集在管道內表面區域，實現碳化硅顆粒與硅粉的分離，從而生產出高純硅。

通過固態線鋸硅泥的回收再利用得到相應的資源性組分，經電磁凈化深加工后得到超純硅，循環應用到切割加工過程中去。回收硅泥漿中的硅組分不僅可以節約生產成本，還可以減少能量消耗及環境污染，實現硅工業的可持續性發展。

發明內容

本實用新型的目的是實現從固態線鋸硅泥中回收再利用多晶硅，是一種運用電磁場高效分離硅泥中的碳化硅等雜質來生產太陽級高純硅的工藝。

一種電磁法回收線鋸硅泥中硅組分的裝置，包括外殼1、啟動加熱裝置2、料斗3、石墨坩堝4、熔煉腔室5、感應加熱線圈6、粗硅液7、電磁分離線圈8、電磁分離管道9、垂直分離側管道10、雜質收集裝置11、水平分離主管道12、純凈硅液13、冷卻坩堝14、可活動底部15、控制冷卻隔離室16、引桿17、臟硅液18。與外殼1相連接的是啟動加熱硅的裝置2及料斗3。外殼1內包含由感應加熱線圈6包圍的熔煉石墨坩堝4，高頻電磁分離線圈8包圍的方形電磁凈化管道9，含碳化硅等雜質硅液的收集裝置11、垂直分離側管道10及水平分離主管道12，冷卻坩堝14以及設置在冷卻坩堝14下面的控制冷卻隔離室16。石墨坩堝4內有熔煉腔室5，電磁分離管道9內是粗硅液7，水平分離主管道12是純凈硅液13。冷卻坩堝14下面是可活動底部15與引桿17相連，用于控制冷卻隔離室16進行相同的縱向活動。冷卻坩堝14的壁從上到下向外延伸，向外傾斜2~7°。

采用上述電磁法回收線鋸硅泥中硅組分的裝置從線鋸硅泥中回收再利用太陽級高純硅的方法，其特征在于該方法包括以下步驟；

步驟1），硅屑漿固液分離得到固態線鋸硅泥；

步驟2），將步驟1）得到的固態線鋸硅泥置于混合酸反應釜中，按照固態線鋸硅泥：混合酸的重量百分比=1:0.8~2加入混合無機酸。在溫度60~80℃、攪拌速度40~50轉/分條件下，反應6-8小時，然后進行過濾，獲得慮渣并進行干燥，得到初級硅料。

步驟3），將步驟2）得到的初級硅料通過料斗加入到石墨坩堝內的熔化腔室5重熔，熔煉在保護氣氛下完成。

步驟4），待初級硅料熔化后，在電磁力及靜壓力的作用下，部分熔體形成彎月面并達到平衡。在原料的連續供應下，平衡被打破，粗硅液從熔化腔室邊部流向石墨坩堝4內。

步驟5），隨著工藝的進行，粗硅液7流入電磁分離管道9內，在電磁力的作用下，碳化硅等雜質富集在電磁分離管道9的內表面區域，而中心部分則是純凈的硅液13。

步驟6），當硅液流經到電磁凈化管的末端時，靠近壁面的臟硅液（碳化硅等雜質富集）受到管道的阻力從垂直分離側管道10流向收集雜質硅液的收集設備11，與此同時，中心純凈的硅液13流向緊隨其后的水平分離主管道12。

步驟7）,純凈硅液13連續流入冷卻坩堝10內，且隨著熔化工藝和定向移動的進行，純凈硅熔體7在其下部連續結晶，形成多晶硅錠。硅錠連續向下移動至控制冷卻隔離室16。在控制冷卻室內，硅錠在控制的條件下冷卻并消除熱應力，得到純度99.99%以上的硅錠。