[发明专利]一种利用多晶硅生产废物生产氯化钙的方法

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种利用多晶硅生产废物生产氯化钙的方法。

2.背景技术

高纯度多晶硅是电子信息产业和光伏太阳能产业最重要的原材料。截至2008年5月，中国共有34家厂商开工建设高纯多晶硅项目，如果全部建成达产，那几年后中国的多晶硅年产量将达到146750吨，年产值达2600亿元！多晶硅生产形成了一个巨大的产业。

随着我国多晶硅总产量的逐年增加，多晶硅企业大规模生产将对环境保护带来极大的隐患，多晶硅生产废物的安全环保问题将日益突出。我国目前在建多晶硅生产厂所用的改良西门子生产法是向俄罗斯购买的技术，其缺点是气体回收率低，污染大，产出率低，耗能高。近年来尽管建成多套设备，实际投产的仅有少数企业，究其原因：生产多晶硅是一个提纯过程，硅转化成三氯氢硅，再用氢气进行一次性还原，这个过程中最多有25％的三氯氢硅转化为多晶硅，其余大量进入尾气，同时形成四氯化硅等副产物；而四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢，对人体眼睛、皮肤、呼吸道有强刺激性，遇火星会爆炸，用于倾倒或掩埋四氯化硅的土地将变成不毛之地，草和树都不会在这里生长；这种副产物，不仅毒性大，而且产量高，每生产1单位的多晶硅产品会产生约14单位的多晶硅生产废物。预计我国2010年多晶硅企业产生多晶硅生产废物量将超过40万吨。对国内众多多晶硅生产企业而言，多晶硅生产废物污染问题犹如悬挂在他们头上的利剑，时刻决定这些企业的命运。因此，多晶硅生产废物的污染问题成为制约多晶硅发展的瓶颈，对多晶硅生产废物的处理及回收利用已经成为当务之急！

多晶硅生产废物“无害化”和“资源化”处置是多晶硅产业的最重要的核心之一。多晶硅生产废物的污染问题严重制约我国多晶硅和太阳能产业的健康发展。目前，国内企业对多晶硅生产废物的处理主要有两条途径：一种途径是将多晶硅生产废物交给一些化工厂，制成气相白炭黑、硅酸乙酯、有机硅等产品，但这些工艺消化量太小，生产装置不大，对多晶硅生产废物的消化远远不能满足国内市场，且往往在消耗废物的同时又产生新的环境污染。另一种途径是将生产废物氢化为三氯氢硅，返回到合成工序进行再利用，这种处理方式存在投资大、能耗高、转化率低、工序复杂等缺点，以目前的技术，将多晶硅生产废物转化成三氯氢硅的成本比直接合成三氯氢硅的成本还要高，导致这一技术只在国内极少数企业应用，况且这种工艺最终还是有不少的四氯化硅等废物排放。国外企业非常重视多晶硅副产物的综合利用。有的企业利用多晶硅生产废物制成气相白炭黑、硅酸酯等产品。如德国Wacker公司实现了全封闭循环生产，其中10亿欧元是对多晶硅副产物进行深加工所得，真正做到了变废为宝、综合利用。

氯化钙是一种重要的基础化工原料，广泛应用于氮气、氧气、氢气、氯化氢、二氧化硫等气体的干燥，在生产醇、酯、醚和丙烯树脂时用作脱水剂。氯化钙水溶液是冷冻机用和用和制冰用的重要致冷剂，基建上能加速混凝土的硬化和增加建筑砂浆的耐寒能力，是优良的建筑防冻剂、凝结剂。用作港口的消雾剂和路面集尘剂、织物防火剂。用作铝镁冶金的保护剂、精炼剂。生产色淀颜料的沉淀剂。用于废纸加工脱墨和生产钙盐的原料。氯化钙水溶液是良好的耐燃剂。还可用于制造氯化钡，处理锅炉用水，制取金属钙、织物上胶、道路处理、煤处理、制革、医药等方面。传统氯化钙的生产方法是利用盐酸与碳酸钙(石灰石)反应所得，由于氯化钙使用量巨大，因此，氯化钙生产中消耗大量盐酸，经济效益不显著。

因此，对多晶硅生产废物进行“无害化”和“资源化”处置，生产市场畅销的氯化钙产品，既可以彻底解决多晶硅生产废物对环境的严重污染问题，又可节约大量的资源，大幅度降低多晶硅生产成本，极大提高产业经济效益，对发展我国多晶硅和太阳能产业具有十分重要的作用，对国家经济社会的长期可持续发展、保障国家能源安全、实现战略目标具有重大的意义。

3.发明内容

本发明的目的是要解决改良西门子法生产多晶硅过程中产生废物利用问题，利用多晶硅生产废物生产氯化钙的方法，实现对多晶硅生产废物“无害化”和“资源化”处置。本方法具体工艺描述如下(工艺流程附图)：

第一阶段：将计量的氧化钙(生石灰石)，或氢氧化钙(熟石灰)，或碳酸钙(石灰石)加入定量水中，搅拌均匀，氧化钙(生石灰石)与水发生如下的反应：CaO+H₂O→Ca(OH)₂，这时容器里的物质为氢氧化钙(熟石灰)，或碳酸钙(石灰石)与水的混合物。