[發(fā)明專利]一種回收利用金剛線切割硅料副產(chǎn)硅泥的方法裝置和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810280189.2
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108793169A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 儲晞
• 申請（專利權(quán)）人: 儲晞
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;C01B33/113;C01B33/107;C01B33/10;C22B7/00;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 齊云

本發(fā)明提供一種回收利用金剛線硅切割副產(chǎn)硅泥的方法和所用裝置與系統(tǒng)，本發(fā)明的方法主要是利用金剛線硅切割所產(chǎn)硅泥顆粒表面具有高度氧化層的特性，使其與相鄰的內(nèi)部單質(zhì)硅硅發(fā)生歧化反應(yīng)生成氧化亞硅以氣態(tài)脫除，達(dá)到可與金屬、鹵素氣體、鹵化氫氣體或氫氣進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，生成高附加值的含硅工業(yè)產(chǎn)品，實現(xiàn)了金剛線硅切割硅泥的大規(guī)模、高效、節(jié)能、連續(xù)和低成本完全循環(huán)利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及回收利用硅材料在切割過程中耗損的硅，尤其涉及一種利用金剛線切割硅料所副產(chǎn)的硅泥來生產(chǎn)含硅產(chǎn)品的方法、裝置設(shè)備與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高純硅材料被拉制成單晶和鑄錠后被切割成薄片，可用于半導(dǎo)體集成電路和太陽能光伏電池。隨著技術(shù)的發(fā)展，硅片越來越薄，特別是太陽能光伏電池硅片的厚度，已經(jīng)與切割所用金剛線的直經(jīng)相當(dāng)。

但金剛線硅片切割中，存在硅原料損耗，這些損失的硅，被磨成細(xì)粉與金剛線上的磨損料一起混入切割液，由于切割時局部溫度很高，導(dǎo)致被切割下來的硅粉顆粒表面形成一層二氧化硅氧化層，所以在切割液中除了有用的硅粉之外，還有碎金剛石、切割線上固定金剛石顆粒的的樹脂或鎳基合金以及切割線基體鋼線料，顆粒細(xì)微，性質(zhì)各異，雖然這些雜質(zhì)成分相對較少，僅占總量的千分之幾，由二氧化硅包裹的硅粉占99％以上，其中硅粉內(nèi)部的單質(zhì)硅占85％以上，但如將其中有用部分硅分離出來依然非常的困難。

中國專利CN201210106821.4和CN201210127930.4介紹通過多次提純?nèi)蹮挸啥嗑Ч瑁恢袊鴮＠鸆N201610164160.9利用熱還原生成工業(yè)硅；中國專利CN201610429832.4 利用中頻爐加入渣劑熔煉，然而，這些現(xiàn)有技術(shù)采用的工藝多重繁雜，會引入大量酸堿等腐蝕和環(huán)境不友好化學(xué)物品，且進(jìn)行酸洗，除去金屬雜質(zhì)和二氧化硅表面層，然后將凈化后得到的硅粉高溫感應(yīng)熔煉制得硅錠的方法,不僅成本高，且對環(huán)境造成的二次污染嚴(yán)重，造成過多原料損失與浪費。另外，現(xiàn)有技術(shù)忽略原料是結(jié)構(gòu)松散以及有較厚的不均勻表面氧化層的細(xì)粉，都屬間歇操作，經(jīng)過酸洗等傳統(tǒng)方法除去表面氧化層的硅粉又經(jīng)過加多重清洗，極易在后續(xù)的烘干過程中被再次過度氧化。而且與實際應(yīng)用不匹配。

本發(fā)明采取連續(xù)操作，在真空或惰性氣體環(huán)境下除去氧化層，并將得到的硅直接轉(zhuǎn)化為下游產(chǎn)品，可避免再次與空氣間的氧化，同時產(chǎn)生高附加值的產(chǎn)品，用于更廣泛技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中金剛線切割硅原料工藝流程長、過程復(fù)雜、能耗高、有效利用少等缺點，本發(fā)明利用硅泥顆粒(Si)表面具有在切割時所產(chǎn)生的較厚的氧化層(SiO₂)的特性，在真空或非氧化氣氛下采用歧化的辦法讓表面氧化層與其內(nèi)部與之緊密相鄰的單質(zhì)硅反應(yīng)，生成氧化亞硅升華并脫離硅顆粒表面，達(dá)到去除表面氧化層的目的，從而可與金屬、鹵素氣體、鹵化氫氣體或氫氣進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，使得硅泥進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硅、硅合金、和鹵硅烷等成為可能，生成高附加值的含硅工業(yè)產(chǎn)品。同時還產(chǎn)生了更具價值的可用于多領(lǐng)域的氧化亞硅。解決了傳統(tǒng)方法，采用酸洗，加入還原劑等去除硅表面氧化層的方法，具有成本高、污染環(huán)境、還浪費了硅材料等缺點。

該方法沒有按照傳統(tǒng)做法嘗試?yán)妹芏炔煌瑥慕饎偩€硅切割硅泥中分離回收硅粉，也摒棄了傳統(tǒng)人們認(rèn)為硅切割硅泥中硅粉未被氧化或已被完全氧化的兩個極端誤區(qū)，而是將硅切割硅泥直接作為反應(yīng)原料進(jìn)行含硅產(chǎn)品的制備，達(dá)到流程短、能耗低、分離完全和利用充分的效果。同時，將金剛線切割硅原料副產(chǎn)硅泥的有效利用與氧化亞硅的規(guī)模化生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)了金剛線硅切割硅泥的大規(guī)模、高效、節(jié)能、連續(xù)和低成本完全循環(huán)利用。