[發(fā)明專利]一種綜合利用超細(xì)硅粉廢棄物生產(chǎn)四氯化硅的工藝

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• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115108559A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 才敏
• 申請（專利權(quán)）人: 才敏
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 成都嘉企源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51246
• 代理人: 吳宇

本發(fā)明公開了一種綜合利用超細(xì)硅粉廢棄物生產(chǎn)四氯化硅的工藝，包括如下步驟：S1.破碎：將結(jié)塊的超細(xì)硅粉破碎成粉末；S2.烘干：采用干燥機(jī)在真空下加熱獲得干燥的超細(xì)硅粉；S3.配料：向料倉內(nèi)加入硅粉和石油焦粉并攪拌，使二者混合均勻。S4.氯氣預(yù)處理：液氯經(jīng)汽化器蒸發(fā)后進(jìn)入緩沖罐穩(wěn)壓。S5.氯化：氯化反應(yīng)在氯化爐內(nèi)進(jìn)行，氯化爐內(nèi)裝有熔融的氯化物混合鹽，將硅粉與石油焦粉的混合物從氯化爐側(cè)面的加料口加入，氯氣從氯化爐底部的進(jìn)氣口通入；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比使用了熔融的混合鹽作為介質(zhì)使得硅粉懸浮在熔融的混合鹽中與氯氣進(jìn)行反應(yīng)，可以更好的與硅粉進(jìn)行充分反應(yīng)，有效的減少硅粉的浪費(fèi)且能避免氯氣反應(yīng)不完全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)四氯化硅技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種綜合利用超細(xì)硅粉廢棄物生產(chǎn)四氯化硅的工藝。

背景技術(shù)

制作太陽能電池過程中，需要用金剛石線將多晶硅棒切割成薄片，切割過程中，有近一半的多晶硅以“鋸末”的形式形成超細(xì)硅粉廢料，細(xì)度達(dá)8000目左右。在多晶硅生產(chǎn)過程中的冷氫化工序中，也能產(chǎn)生大量超細(xì)硅粉。這兩種超細(xì)硅粉都含有大量的單質(zhì)硅。

雖然超細(xì)硅粉和氯氣能發(fā)生反應(yīng)生成四氯化硅，但由以下原因?qū)е鹿璺垭y以應(yīng)用。

超細(xì)硅粉粒度太小，顆粒之間的靜電力較大，導(dǎo)致硅粉流動性極差，無法使用氣力輸送設(shè)備進(jìn)行輸送，也無法與氯氣形成流化床或固定床反應(yīng)，又極易被反應(yīng)氣流帶走。

超細(xì)硅粉表面有氧化層，導(dǎo)致硅粉的二氧化硅含量隨儲存時(shí)間持續(xù)增長，使其越來越難與氯氣反應(yīng)。

超細(xì)硅粉真密度為2330kg/m³，堆積密度400～700kg/m³，夾雜大量空氣，在高溫下反應(yīng)時(shí)，容易產(chǎn)生副反應(yīng)：Si+O2＝SiO2和3Si+2N2＝Si3N4，SiO2、Si3N4是高熔點(diǎn)的固體，且不能直接與氯氣反應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備堵塞、反應(yīng)不能持續(xù)進(jìn)行、氯氣不能充分反應(yīng)等問題。

目前，這種超細(xì)硅粉主要有以下用途：

替代硅鐵作為還原劑用作煉鋼脫氧劑。

用作鋁合金添加劑，用于生產(chǎn)硬鋁合金。

上述兩種用途雖然使硅粉獲得了利用，但產(chǎn)品附加值低，且因硅粉中含有二氧化硅導(dǎo)致應(yīng)用效果變差。

用于冶煉金屬硅，獲得的金屬硅性能與工業(yè)硅類似，冶煉過程中能耗低于常規(guī)方法。但存在諸多問題，一是冶煉過程中，為了除去硅粉中含有的二氧化硅需要加入石灰石作為造渣劑，最終生成大量硅酸鈣廢棄物，污染環(huán)境；二是單質(zhì)硅回收率約為70～95％，浪費(fèi)了大量寶貴的單質(zhì)硅。三是冶煉的過程需要在高達(dá)1300～1800℃的反應(yīng)爐內(nèi)用電加熱進(jìn)行，能耗較大。

現(xiàn)有技術(shù)中存在下述缺點(diǎn)：

1.超細(xì)硅粉顆粒極細(xì)是它的一個(gè)缺點(diǎn)，導(dǎo)致反應(yīng)不完全、設(shè)備堵塞等問題；

2.二氧化硅不能直接與氯氣反應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)不完全、設(shè)備堵塞的問題；

3.現(xiàn)有工藝需保持硅粉和氯氣的流量穩(wěn)定，流量的波動將大大降低原料利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種綜合利用超細(xì)硅粉廢棄物生產(chǎn)四氯化硅的工藝，目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中氯化工藝中的氯氣和硅粉都不能充分反應(yīng)、氯化爐及后續(xù)設(shè)備容易堵塞的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種綜合利用超細(xì)硅粉廢棄物生產(chǎn)四氯化硅的工藝，包括如下步驟：

S1.破碎：將結(jié)塊的超細(xì)硅粉破碎成粉末；

S2.烘干：采用干燥機(jī)在真空下加熱獲得干燥的超細(xì)硅粉；