[發明專利]一種硅片切割廢料回收制備高純硅的方法

有效

• 申請號: 202110244826.2
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113023732B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 馬文會;楊時聰;魏奎先;鄧小聰
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;C30B11/00;C30B15/00;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

本發明涉及一種硅片切割廢料回收制備高純硅的方法，屬于硅資源高值化再生利用技術領域。本發明基于硅片切割廢料中高純硅含量高、表面氧化和金屬雜質富集表面的特點，提出硅片切割廢料“真空熔煉精煉?真空定向鑄錠提純”直接制備高純硅的方法，即以新鮮硅片切割廢料為原料，在隔氧或惰性氣體下進行預處理，在真空條件下將硅片切割廢料熔化、扒渣、精煉，再進行硅熔體的真空定向鑄錠提純，得到純度6N級以上的高生硅產品。本發明所得的純度6N級以上的高生硅產品可以直接或者兌摻用于單晶拉制與鑄造單/多晶硅晶體生長，具有設備要求簡單、無需添加劑、流程短、產品附加值高、操作容易、適合規模化工業生產的優勢。

技術領域

本發明涉及一種硅片切割廢料回收制備高純硅的方法，屬于硅資源高值化再生利用技術領域。

背景技術

在光伏太陽能電池材料中，晶體硅太陽能電池是運用最為廣泛的光電轉換材料。然而在目前的太陽能電池硅片生產過程中不可避免的造成約30-40％的高純晶體硅以硅片切割廢料的形式進入金剛石線切割漿中損失而無法回收。在現有的金剛石線切割漿處理過程中為了降低固液分離操作難度和縮短分離周期需要加入諸多的添加劑進行絮凝和沉降處理，另外為了避免和防止固液分離后含水的硅片切割廢料發熱或自燃還需要進一步噴灑阻燃劑進行處理。這些處理過程會額外的增加硅片切割廢料中外來的雜質二次污染，從而增加了硅片切割廢料回收再生制備高純硅過程中雜質去除的負擔和難度。同時，由于硅片切割廢料中高純硅顆粒細小，在常規的高溫處理過程中不可避免的造成二次氧化從而降低了硅的回收率。

在現有硅片切割廢料回收制備高純硅的工藝主要為直接入爐熔煉和造渣精煉。直接入爐熔煉雖然具有易操作的優勢，但在熔煉過程中不僅二次氧化嚴重、除雜效率低，而且還會有大量的粉塵產生污染生產環境。造渣精煉相比于直接入爐熔煉雖然有效的降低了二次氧化，但雜質的去除效率仍然較低，并且產生的渣量較大。

發明內容

本發明針對現有硅片切割廢料再生利用工藝中預處理過程中二次污染和熔煉提純中雜質去除率低、二次氧化嚴重和熔煉精煉分段進行的問題，提供一種硅片切割廢料回收制備高純硅的方法，本發明以太陽能電池硅片金剛石線切割過程中產生的硅片切割廢料作為原料，先通過預處理獲得低雜質和低氧化的原料，然后利用真空重熔和真空精煉、真空鑄錠工藝實現硅熔體中雜質去除，并制備出6N級硅。

一種硅片切割廢料回收制備高純硅的方法，具體步驟如下：

(1)將硅片切割漿液在隔氧或惰性氣體下進行預處理以減少表面氧化層和防止氧化得到硅片切割廢料；其中預處理包括固液分離、脫水和干燥；可降低傳統絮凝、沉降過程中的雜質二次污染，縮短預處理的中間停留過程，避免處置不當引起的二次氧化；

(2)在真空條件下，將步驟(1)硅片切割廢料進行重熔為液態硅熔體，扒渣精煉后進行真空精煉得到精煉硅熔體；真空精煉可揮發去除硅片切割廢料中的揮發性雜質Al、Ca、P等雜質；

(3)將步驟(2)精煉硅熔體進行真空定向鑄錠提純得到6N高純硅，真空定向鑄錠提純可分凝去除Fe、Ni、Ti等金屬雜質；6N級高純晶體硅再經過單多晶鑄錠制備單晶硅錠或多晶硅錠，或單晶硅拉棒制備單晶硅棒。

所述步驟(1)硅片切割漿液為單晶硅片和/或多晶硅片在切割過程中產生的含硅粉切割廢液，且未經絮凝、沉降、壓濾和阻燃處理；硅片切割漿液具有金屬雜質含量低、氧含量低、表面氧化層薄等特點；

所述脫水后的硅片切割廢料中金屬雜質高于3000ppmw時，進行濕法化學提純后再進行干燥和造型；

所述硅片切割廢料的含水量小于5％，粒度為0.1-10cm；

所述步驟(2)加熱方式采用電磁感應加熱，熔化過程中可以進行二次或多次加料；

所述步驟(2)真空精煉中輔助等離子體或電子束；