[發明專利]一種金剛石線硅片切割廢料高值化再生利用的方法

在審

• 申請號: 202010704101.2
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111777070A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 魏奎先;馬文會;楊時聰;伍繼君;萬小涵;李紹元
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;C30B28/04;C30B29/06
• 代理公司: 天津煜博知識產權代理事務所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

本發明涉及一種金剛石線硅片切割廢料高值化再生利用的方法，屬于硅二次資源再生利用技術領域。為了實現金剛石線切割廢料的高值化再生利用，本發明采用酸性濕法浸出預處理，使得硅微顆粒表面大量的金屬雜質和二氧化硅表面氧化層得以快速溶解去除，再結合多晶硅鑄錠的方法將濕法提純后的高純硅粉與鑄錠原料摻兌進行鑄錠和晶體生長獲得可以用于多晶硅太陽電池用的多晶硅錠。該方法具有設備要求簡單、流程短、成本低、操作容易、適合規模化工業生產等優點。

技術領域

本發明涉及一種金剛石線硅片切割廢料高值化再生利用的方法，屬于硅二次資源再生利用技術領域。

背景技術

在眾多的新型能源材料中，太陽能級晶體硅是當前運用最為廣泛的轉換材料，如何實現太陽能級晶體硅的低成本和高效率生產是直接影響光伏制造業生存發展的重要因素。而在金剛石線切割制造晶圓片過程中不可避免的造成30％左右的太陽能級純硅料以切屑損失的方式進入硅片切割廢料中。因此尋找一種高效且環境友好的工藝方法來回收再生金剛石線切割廢料硅粉中的有價硅資料成為的國內外科研工作者迫切需要解決的技術難題。實現在切片過程中外來引入金屬雜質的低成本、短流程、高效率去除是切割粉中硅資源的回收再生的必要環節。

然而由于晶體硅金剛石線切割粉顆粒粒度細小、表面活性高、室溫條件易氧化等特點，使得超細粒的硅基底顆粒在切割、存貯、運輸等過程中長期暴露于空氣和水分中造成了表面氧化生長形成二氧化硅非晶表面層，二氧化硅表面層使得在高溫熔煉過程中顆粒的熔點升高，導致其它火法處理難以保證硅的回收率。

因此，急需一種低成本、短流程、高效率的晶體硅金剛石線切割廢料回收再生制備高純硅

發明內容

為了實現金剛石線切割廢料的高值化再生利用，本發明提供一種金剛石線硅片切割廢料高值化再生利用的方法，即將金剛石線切割廢料濕法提純后與多晶硅鑄錠原料進行摻兌裝入鑄錠爐鑄錠獲得可以用于多晶硅太陽電池用的多晶硅錠。

一種金剛石線硅片切割廢料高值化再生利用的方法，具體步驟如下：

(1)將金剛石線硅片切割廢料壓濾的濾餅進行干燥、破碎、篩分得到硅微細粒粉料；

(2)將硅微細粒粉料加入到酸性浸出體系中進行酸性浸出，液固分離，洗滌固體得到高純硅粉；酸性浸出為兩段酸性浸出；

(3)將高純硅粉進行控氧干燥得到純度大于5N的再生硅粉；控氧干燥可隔絕超細硅顆粒與氧氣或空氣的接觸以避免干燥過程中超細硅顆粒的二次氧化；

(4)將再生硅粉與多晶硅鑄錠爐料摻兌并制粒得到5N級高純硅精制爐料，將5N級高純硅精制爐料加入到鑄錠爐內進行定向凝固提純得到6N高純硅；

(5)6N高純硅或6N高純硅與多晶硅進行兌摻的混合料加入到鑄錠爐內，經晶體生長得到多晶硅錠；其中多晶硅為西門子法多晶硅和/或多晶硅鑄錠邊皮料。

所述硅微細粒粉料的粒度不大于50μm，以質量百分數計，含水量為1～8％。

所述酸性浸出體系為H₂SO₄、HNO₃、HCl、HF的一種或多種混合體系，酸性浸出體系中H⁺濃度為0.5～8mol/L，酸性浸出溫度為40～80℃，浸出時間0.1～6h，酸性浸出體系與硅微細粒粉料的液固比mL:g為3-20～:1。

優選的，酸性浸出為兩段酸性浸出，一段酸浸液為鹽酸溶液，鹽酸溶液的濃度為0.5～8mol/L，浸出溫度保持40～80℃，浸出時間0.1～6h，鹽酸溶液與硅微細粒粉料的液固比mL:g為3～20:1；二段酸浸液為鹽酸和氫氟酸的混酸溶液，混酸溶液中鹽酸濃度為0.5～6mol/L，氫氟酸濃度為0.5～4mol/L，浸出溫度保持40～80℃，浸出時間0.5～3h，混酸溶液與硅微細粒粉料的液固比mL:g為3～20:1；