一種晶體硅廢料處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于晶體硅廢料處理領域，具體地說，涉及一種晶體硅廢料處理方法，更具體地說，涉及一種特殊形狀的中頻爐和利用太陽能電池板生產過程中產生的晶體硅廢料來冶煉硅鐵的方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著清潔能源的發展，太陽能技術得到飛速發展。在生產太陽能電池板的過程中，用到了大量的晶體硅，一個直徑75_的硅片，可集成幾萬至幾十萬甚至幾百萬個元件，形成了微電子學，從而出現了微型計算機、微處理機等。由于當前信息工程的發展，硅主要用于微電子技術。為適應大規模集成電路的發展、單晶硅正向大直徑、高純度、高均勻性，無缺陷方向發展。在太陽能電池娃片生產過程中產生大量的6.5 μπι至38 μπι的切割娃粉廢料，該硅粉屬于較難處理的固體微廢，處理和利用硅粉廢料可以使硅資源在得到有效利用同時實現環境保護的目的。太陽能電池硅片制造過程中所產生的硅粉廢料屬于無硫、磷成份的材料，采用硅粉廢料生產硅鐵可生產出超低硫、磷或無硫、磷的硅鐵合金，可為鋼鐵冶金領域提供優質的硅鐵合金原料，能大幅度提高鋼鐵產品的質量。
[0003]目前我國已成為太陽能電池生產大國，如何處理和利用太陽能電池生產過程中所產生的大量硅粉廢料，已變得非常重要。現有的處理硅粉廢料有如下幾種方法:
[0004]1、晶體硅切割廢料制備碳化硅
[0005]中國專利號201110152492.2，公開日:2011年12月14日，專利公開一種用硅晶體廢料氮化反應燒結碳化硅的方法，其方法按如下步驟進行:
[0006]將晶體硅切割廢料和生產碳化硅切割粉時產生的超細碳化硅微粉，按照游離硅占原料總量5-25wt%配料混合成型后，向原料中加入粘結劑制成生坯，在氮化爐中通入純度99被％以上的高純氮氣并對生坯加熱進行氮化處理，得到氮化硅反應燒結碳化硅的制品。
[0007]但是該發明無法對晶體硅廢料進行直接處理，需要進行二次加工，工序復雜。成品為燒結碳化硅制品，沒有充分發揮晶體硅廢料低硫、磷的特點。
[0008]2、晶體硅切割廢料中得到碳化硅顆粒增強含硅鋁合金復合材料的方法
[0009]中國專利申請號:201310390694.X，公開日:2014年3月26日，公開了一種用晶體硅切割廢料中得到碳化硅顆粒增強含硅鋁合金復合材料的方法，按如下步驟進行:首先對晶體切割廢料進行酸洗除雜，除去切割廢料中的氧化鐵、金屬雜質及少量二氧化硅等，經水洗、過濾、烘干等步驟得到粒度范圍在0.5 μπι-10 μπι的碳化娃及娃的混合微粉，將碳化硅微粉按復合材料總質量分數4.5-32.5%的比例、游離硅按復合材料總質量百分比0.2% -9.8%與鋁或鋁合金配比，采用高溫強力攪拌至碳化硅均勻分散及硅粉溶解后，經快速凝固處理得到復合材料。
[0010]但是該發明所使用的碳化硅、硅粉等是工業生產中的廢料，確實是利用了廢料，但是其得到的產品是碳化硅顆粒增強鋁合金復合材料，文中并沒有給出碳化硅顆粒增強鋁合金復合材料的作用，雖然給晶體硅切割廢料提供了一個出路，但是并沒有發揮出晶體硅切割廢料的低硫低磷的最佳價值。
[0011]3、采用礦熱爐冶煉硅鐵合金
[0012]硅粉廢料采用礦熱爐冶煉硅鐵合金是在硅粉中配入焦粉、玻璃水及氧化鐵皮等原料制成球料加入到礦熱爐中冶煉硅鐵，該冶煉方法存在如下缺陷:
[0013]I)、硅粉造球工藝段增加了生產成本，沒有直接利用硅粉顆粒的特性；
[0014]2)、配入的焦粉帶入了硫、磷等物質，增加了硅鐵產品中的硫、磷含量，降低了硅鐵產品的質量；
[0015]3)、硅粉廢料中主要成份為單質硅和碳化硅。硅在礦熱爐冶煉過程中主要是熔化與鐵結合成硅鐵合金，不存在還原吸熱反應，采用礦熱爐方法冶煉硅鐵合金會導致礦熱爐爐頂溫度高，礦熱爐中大量的熱量被浪費，不能有效降低生產成本。
[0016]綜上所述，現在缺乏一種既能解決廢料問題，也能發揮其自身最大特點的處理晶體硅切割廢料的合理的方法。
【發明內容】
[0017]1.要解決的問題
[0018]針對現有缺乏一種既能解決晶體硅廢料問題，也能發揮其自身最大特點的處理晶體硅切割廢料的合理的方法的問題，本發明提供一種晶體硅廢料處理方法，其不但解決了晶體硅廢料的處理問題，最核心的是最大程度的發揮了晶體硅廢料的價值。
[0019]2.技術方案
[0020]為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下:
[0021]一種晶體硅廢料處理方法，將晶體硅切割廢料在有保護氣體保護的情況下放入熔化的鐵水中制備硅鐵。
[0022]一種晶體硅廢料處理方法，其步驟為:
[0023](A)將廢鋼放入冶煉爐中，爐體加熱將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續加熱到1570°C 以上；
[0024](B)將硅粉廢料連續噴吹到鐵水中，形成熔液，加入硅粉廢料熔液的溫度控制在1480°C 以上；
[0025](C)連續噴吹硅粉廢料，控制并維持熔液的溫度在1330°C以上，直至硅鐵合金液達到所需硅鐵合金標號產品的液位；整個工作過程中采用保護氣體進行保護。
[0026]優選地，還包括步驟(D):將爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進行脫碳，進行成份最后調整，得到合格的硅鐵合金液。該成份調整是根據需求需要可以調整硅鐵的比例。
[0027]優選地，所述的步驟(A)中廢鋼的加入量根據硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來確定。
[0028]優選地，所述的保護氣體為氮氣以外的保護氣體。保護氣體主要是防止成份發生氧化，之所以將氮氣排除在外，主要是參數控制不好的情況下，反應中可能會產生一定的氮化硅，經過我們大量實驗發現，除了氮氣之外，只要不和物料發生反應的保護氣體都可以達到該效果。
[0029]優選地，所述的保護氣體為氦氣/氖氣/氬氣/氪氣/氙氣。
[0030]本發明主要是考慮到硅鐵廣泛地用于金屬冶煉中，是煉鋼過程中重要的脫氧劑之一，是輕金屬冶煉業中重要的還原劑之一，是冶金工業不可缺少的原料。同時，硅鐵還可作為合金元素加入劑，廣泛應用于低合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中，硅鐵在鐵合金生產及化學工業中，常用作還原劑。由于它屬于高能耗產品，所以全世界上硅鐵的生產絕大多數是在發展中國家及欠發達地區進行，并且要有電力、煤炭及礦產資源的充分供應保證。
[0031]硅石是自然界儲量最多的礦產資源之一，也是世界上最難還原的一種礦石。必須在高溫條件下才能實現，在常壓下其還原溫度較高，這樣硅石中的氧才能與碳發生化學反應，產生的一氧化碳溢出燃燒，硅才能與鐵發生化合反應生成硅鐵合金。但是現有的硅鐵的冶煉工藝中，都含有大量的S、p等雜質，想去除S、P，需要花費大量的人力和物力，而且精度不尚。
[0032]而本發明對太陽能電池板晶體硅廢料進行再利用，減少填埋污染，不但可以解決太陽能電池板晶體硅廢料的填埋污染問題，還能夠使其作為原料生產硅鐵，從而得到客觀的經濟效益，重點是能得到沒有S、P的硅鐵。
[0033]3.有益效果
[0034]相比于現有技術，本發明的有益效果為:
[0035](I)本發明的利用晶體硅廢料冶煉硅鐵，利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法中，可以使用太陽能電池板晶體硅廢料進行硅鐵冶煉的時候，首先原料主要是高純度的硅和碳化硅以及少量的二氧化硅，而晶體硅的冶煉工藝確保其不含有S、P ;本發明同時利用碳化硅中的碳元素來還原二氧化硅，因此不需要額外加入焦炭，所以減少了能源的消耗，而且由于不需要加入焦炭，減少了磷元素和硫元素的影響，產品硅鐵是低磷、低硫、低碳以及硅鐵，價值高；重點是由于原料中不含有磷元素和硫元素，生產過程中也不添加磷元素和硫元素，其生產的硅鐵中不用擔心磷和硫雜質，無磷和硫雜質，純度高；
[0036](2)本發明的方法可以在生產硅鐵的同時，減少太陽能電池板廢料的排放，一舉兩得，減少資源消耗，生產工藝采用噴吹方式，縮短了冶煉硅鐵合金的工藝流程；
[0037](3)本發明生產過程簡單，設計合理，易于實現；
[0038](4)本發明采用氦氣等做保護氣不會形成S1/SiC，提高了 Si的回收率；
[0039](5)本發明生產過程中不會產生氮化硅，提高生產率。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發明的實施例1中采用的中頻爐的結構示意圖；
[0041]圖2為本發明的實施例2中采用的中頻爐的結構示意圖。
[0042]圖中:1、爐體下段；2、爐體中段；3、爐體上段；4、噴嘴；5、噴吹槍。
【具體實施方式】
[0043]一種晶體硅廢料處理方法，將晶體硅切割廢料在有保護氣體保護的情況下放入熔化的鐵水中制備硅鐵。
[0044]一種晶體硅廢料處理方法，其步驟為:
[0045]⑷將廢鋼放入冶煉爐中，爐體加熱將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續加熱到1570°C 以上；
[0046](B)將硅粉廢料連續噴吹到鐵水中，形成熔液，加入硅粉廢料熔液的溫度控制在1480°C 以上；
[0047](C)連續噴吹硅粉廢料，控制并維持熔液的溫度在1330°C以上，直至硅鐵合金液達到所需硅鐵合金標號產品的液位；整個工作過程中采用保護氣體進行保護。
[0048]優選地，還包括步驟(D):將爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進行脫碳，進行成份最后調整，得到合格的硅鐵合金液。該成份調整是根據需求需要可以調整硅鐵的比例。此時已經能達到娃鐵合金的標準，但是部分情況可能會存在碳含量過高的問題，此時針對這種情況，只需將中頻爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進行脫碳，根據含碳的不同，選擇添加氧化鐵皮，進行成份最后調整，生成合格的硅鐵合金液，冶煉過程結束。真空脫碳采用普通的脫碳工藝即可，本領域技術人員可以實現，所在在此不再贅述。
[0049]優選地，所述的步驟(A)中廢鋼的加入量根據硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來確定。
[0050]優選地，所述的保護氣體為氮氣以外的保護氣體。保護氣體主要是防止成份發生氧化，之所以將氮氣排除在外，主要是參數控制不好的情況下，反應中可能會產生一定的氮化硅，經過我們大量實驗發現，除了氮氣之外，只要不和物料發生反應的保護氣體都可以達到該效果。
[0051]優選地，所述的保護氣體為氦氣/氖氣/氬氣/氪氣/氙氣。
[0052]下面結合具體實施例對本發明進一步進行描述。
[0053]本發明利用了碳化硅熔解反應機理
[0054]碳化硅熔解
[0055]碳化硅熔點為2700°C，比重3200kg/m3。硅粉廢料中碳化硅顆粒被噴吹入鐵水或硅鐵合金液