[發明專利]利用金屬鋁回收晶體硅切割廢料制備高硅鋁硅合金的方法

在審

• 申請號: 201910554254.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110273075A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 伍繼君;張雪峰;馬文會;陳正杰;魏奎先;顏恒維;雷云;李紹元
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/06;C22C21/02
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本發明公開一種利用金屬鋁回收晶體硅切割廢料生產高硅鋁硅合金的方法，將金屬鋁粒、晶體硅切割廢料和助熔劑按一定比例混合，裝入石墨坩堝并置于感應爐中進行高溫熔煉，保溫一段時間后以一定的冷卻速度冷卻至室溫，將樣品表面的渣從凝固后的合金樣品中分離后，即可得到高硅鋁硅合金，由于使用的原料是晶體硅切割廢料和金屬鋁粒，制備的高硅鋁硅合金中Fe、Cu、Mn、Ni等雜質含量遠遠低于硅鋁合金雜質標準要求；本發明方法不僅成本低廉、高效且環境友好，解決了當前硅廢料的綜合回收難題，也能夠利用硅廢物直接生產高硅鋁硅合金產品，為含硅廢料的經濟利用提供新途徑。

技術領域

本發明涉及一種利用金屬鋁回收晶體硅切割廢料生產高硅鋁硅合金的方法，屬于晶體硅材料的二次資源綜合利用與鋁硅合金生產的技術領域。

背景技術

晶體硅是光伏產業的主要原料，其在短期內具有不可替代性。目前，80%以上的太陽能電池生產需要用到晶體硅，盡管硅片的制造成本隨著制造技術的成熟不斷下降，但硅片的切割成本卻一直居高不下，大約占到生產成本的30%左右，多晶硅的切割工藝多用于處理固體硅錠，也是太陽能電池生產過程的關鍵環節。晶體硅的切片技術主要為金剛線切割或者碳化硅切割，由于切割絲的直徑和所需硅片的厚度相差不大，在切割過程中會有40%左右的晶體硅以粉末的形式進入到廢料漿中，形成晶體硅切割廢料，由于多晶硅需求的加大，晶體硅廢料的回收問題亟待解決。

對于砂漿切割廢料，主要從廢料里面回收金屬硅和SiC，同時近些年對于硅切割廢料的處理還出現了直接或間接用于其他行業的趨勢，不僅僅局限于廢料中有價值物質的提取。唐華應等人（申請號：CN201610068426.X）在2016年公開的一種利用晶體硅切割廢粉料作還原劑冶煉錳系鐵合金的生產方法，劉世權等人（申請號：CN201611002247.2）在2017年公開的一種晶體硅切割廢料在制備顏色玻璃中的應用及所得產品，錢軍等人（申請號：CN201710513746.6）等等在2017年公開的一種用多晶硅鑄錠廢料及晶體硅切割廢料漿制硅肥的方法。對于金剛線切割的硅廢料，更多的回收方案是采用HCl、H₂SO₄、HNO₃、HF等酸浸的辦法，邢鵬飛等人（CN103086378B）將晶體硅切割廢料中的雜質去除，得到一個類似于工業硅的產品。將硅切割廢料在酸洗處理后利用電熱冶金處理的方法，所制備出的高純硅純度≥99.9wt%，達到太陽能級多晶硅的級別。物理固液分離提純法、化學處理法、電選法、電泳（電位）分離法均可以用來處理晶體硅切割廢料。

目前處理晶體硅切割廢料的方法主要為濕法工藝，濕法處理工藝在生產實踐上具有生產能力低、反應速度慢、流程長、環境負荷高、設備腐蝕大等問題。

發明內容

本發明提供一種利用金屬鋁回收晶體硅切割廢料中硅的方法，該方法利用金屬鋁回收晶體硅切割廢料中的硅并生產高硅鋁硅合金，利用火法處理工藝對硅切割廢料進行合金化處理，將硅廢料中的金屬硅從復雜廢料中分離，加入的金屬鋁形成鋁硅合金，變廢為寶，為含硅廢料的經濟利用提供了新的途徑。

本發明方法具體步驟如下：

（1）將鋁粒、晶體硅切割廢料和助熔劑按比例混合，得到混合物料；

其中金屬鋁與晶體硅切割廢料的質量比為84:16~74:26；所述助熔劑為CaO、Al₂O₃和Na₃AlF₆中的一種或幾種；助熔劑占混合物料總質量的5-20%；

（2）將步驟（1）中的混合物料裝入石墨坩堝，置于感應爐中進行高溫熔煉，保溫一定時間；

所述高溫熔煉溫度為1000-1400℃，保溫時間為2-4h；

（3）將步驟（2）中的高溫熔體以一定的冷卻速度冷卻至室溫，得到鋁硅合金樣品；

所述冷卻速度為2～5℃/min；