[发明专利]硅片切割废液采用泡沫浮选回收分离硅和碳化硅粉体方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从新能源硅产业切割废液采用泡沫浮选法回收硅和碳化硅粉体方法，特别是采用泡沫浮选分离硅和碳化硅粉体。

背景技术

作为一种取之不尽的清洁能源，太阳能的开发利用正引起人类极大的关注。太阳能电池大都采用无毒性的晶硅，硅电池的特点是光电转换效率高、寿命长且稳定性好。目前，大多采用多线锯切割的方法生产出用于太阳能电池的面积较大而又薄的硅片。多线切割中使用一种具有流动性的混合切割液砂浆，其成分是碳化硅和聚乙二醇。在切割过程中，高速往复运动的切割线带动砂浆到切割区，使砂浆中的研磨颗粒与硅棒表面高速磨削，由于研磨颗粒有非常锐利的棱角，并且硬度远大于硅棒的硬度，所以硅棒与金属线锯接触的区域逐渐被砂浆磨削掉，进而达到切割的效果，同时砂浆也可以带走磨削中产生的热量。

砂浆在硅片生产成本中所占比重较大，主要原因是，切割过程中的磨损使碳化硅颗粒破碎及钝化，直至趋向于球形，失去切割功能。另外，过程中产生切割热，金属屑以及磨碎的高纯硅粉的混入使切割液的性质发生变化，最终使切割体系不能满足切割要求成为废料浆。为了保持切削能力，切割料浆在使用几次后必须更换，这导致原材料的大量浪费。在更换下来的废料浆中主要包含的成

分：聚乙二醇(PEG)溶液、碳化硅、硅、金属屑。因此，如果将废料浆中的硅和碳化硅进行综合回收利用， 将会提高资源利用率同时减少环境污染。

将硅和碳化硅有效分离是回收利用技术的关键，也是难点。过去的几十年，国内外曾出现诺干相关专利，以下对它们做扼要介绍和评述。

日本专利2001-278612公开了一个利用气流分选的工艺回收废砂浆中的硅的回收方法。其工艺是将废砂浆脱水后，用有机溶剂除去分散剂和粘结剂，再进行酸洗除去金属和二氧化硅，最后采用气流分离的办法分离硅和碳化硅获得硅粉。由于气流分选工艺，无法实现按颗粒密度为主导的高效分离。因此该发明所回收的硅粉纯度只有98%（重量比），混有2%（重量比）的碳化硅；并且气流会把颗粒极细的硅粉带走造成硅粉的流失。

中国专利CN101792142A中公开一种从切割废砂浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法，首先进行固液分离，在得到的沉淀物中加入丙酮去除油和残留的聚乙二醇，再通过离心得到硅粉、碳化硅微粉和金属微粒的混合粉料，经干燥和粉碎后，加入密度介于硅与碳化硅之间的重液进行重力分选，所得的浮选物为硅粉，沉淀为碳化硅和金属混合粉；在对硅粉进行酸洗，水洗和干燥，即获得硅微粉。所用的重液是二溴甲烷酒精溶液，三溴甲烷酒精溶液，溴化钙水溶液，溴化锌水溶液及碘化钙水溶液的一种或几种，但这些重液十分昂贵且具有毒性，可适用性差。

中国专利CN101879481A中公开一种利用电选从硅晶体切割液中回收多晶硅材料的方法，将从硅切削液中回收的废砂浆进行过滤、清洗、烘干后，放置在电选机中，利用硅粉与其中的其它固体杂质如碳化硅的介电系数的区别进行电选分离，将分离所得到的硅进行熔化。此方法充分利用了物质在物理性质方面的差异，达到了初步分离的目的，但分离效率较低、耗时长，要实现完全分离仍存在较大难度。

总体而言，目前国内外都还没有从新能源硅产业硅片切割废液中有效回收分离硅和碳化硅粉体的工业生产应用报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用泡沫浮选回收分离硅和碳化硅粉体方法，实现资源的循环利用。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

泡沫浮选法分离硅和碳化硅粉体，其特殊之处在于：包括如下步骤：

(1)在切割废液中添加分离剂进行固液分离得到固体物，同时除去了金属屑；

(2)用蒸馏水洗涤所得的固体份至中性，离心烘干备用；

(3)将制成的固体物与浮选剂混合成悬浊液，调整至所需的pH值后搅拌；

(4)将悬浊液加入到浮选机，以一定转速搅拌的同时，从下部通入所需气体，进行浮选试验；

(5)收集上浮泡沫及沉淀物的粒子，过滤，洗涤，干燥，获得碳化硅及硅粉体。

步骤(1)中所述的分离剂为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸中

的一种或几种，分离剂的浓度为0.35mol/L～1.5 mol/L，反应时间为3～7小时，反应温度为室温或者60℃～80℃，其中固体份与分离剂的比为1:1到1:5（g/mL）。