專利名稱：一種碳化硅微粉的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種碳化硅微粉的制備方法，屬于新能源光伏產業新技術領域。
背景技術：
碳化硅微粉由于具有較高的硬度與一定的韌性，在各種磨削工具的加工中獲得了很廣泛的應用。尤其在光伏產業太陽能電池的制造中，碳化硅微粉作為ー種切割刃料被大量用于單晶硅、多晶硅硅片的線切割之中。因為線切割的エ藝特性，要求用于線切割的碳化硅微粉須具有純凈的化學成份、尖銳的顆粒形狀和集中的粒度分布，同時對碳化硅微粉PH值與表面電化學性質也有一定要求，以便于微粉在切割過程中能與切割液有較好的親和性。傳統的生產エ藝中，碳化硅微粉在粉碎、分級后的除雜階段，多使用酸、堿洗除雜法。如，中國專利CN10180498公開了ー種碳化硅超細微粉的純化方法，把選好的碳化硅原料，經機械破碎、整形后進行初水洗除碳、磁選，除去表面部份雜質；初水洗后的原料經過晾曬干燥后，經雷蒙機粉碎、氣流分級后生產出粒徑在1-15 u m之間的產品；把上述分級后的產品，加到純化釜中，加水制成料漿，料漿的質量百分比濃度為30%，同時加入浮選劑進行浮選除碳，浮選劑為煤油和松醇油，每種油的加入量為每噸料漿各加80-120毫升；除碳結束后，再分別向純化釜中加入濃度為36%的鹽酸、濃度為98%的硫酸、濃度為35%的氫 氟酸，每噸料漿加入鹽酸5-7公斤、硫酸5-7公斤、氫氟酸O. 5-0. 7公斤，加入順序為先鹽酸、硫酸、最后加氫氟酸，攪拌10小時；然后再用清水沖3-4遍，使其料漿中的pH達到7左右；再向純化釜中加入固體氫氧化鈉、固體氫氧化鈣，每噸料漿加入氫氧化鈉6-8公斤、氫氧化鈣6-8公斤，攪拌10小時，然后再用清水沖洗3-4遍，使其料漿的pH達到7，即可送到分級釜進行分級。此方法需消耗大量的鹽酸、硫酸、氫氟酸以及水，對環境危害大，且最后還要用清水沖3-4適，使其料漿中的pH達到7左右，這個過程需要很長時間，一般用清水沖洗一次需要4-6小時，生產周期長。
發明內容
本發明要解決的技術問題是現有的碳化硅微粉的制備方法存在需消耗大量的化學藥品以及水，對環境危害大，且生產周期長的缺陷，從而提供ー種不需要消耗化學藥品以及水，環保，且生產周期短的碳化硅制備方法。本發明提供了一種碳化硅微粉的制備方法，該方法包括以下步驟
Si粉碎
將碳化硅放置于雷蒙磨中進行粉碎；
S2分級
采用分級機將經過雷蒙磨粉碎的碳化硅進行分級；
S3磁選除鐵
將分級處理后的碳化硅用磁選機除去其中所混入的金屬雜質；S4電場、重力場法除硅與ニ氧化硅
將碳化硅微粉用去離子水混合，形成混合漿料，然后將混合漿料從電解槽的陰極區域注入裝有緩沖溶液的電槽中，緩沖溶液的PH為3-8，加上ー恒定電場，硅粉與ニ氧化硅微粉會沉降在陽極區域，而碳化硅會沉積在陰極區域，沉降分離完成后，排干緩沖液，取出陰極區域的碳化硅；
S5脫水
將步驟S4獲得的碳化硅進行脫水；
S6烘干
將脫水后的碳化 硅進行烘干即得到成品碳化硅。本發明的方法不需用到化學酸、堿洗，對環境無任何危害，單批碳化硅微粉的生產周期比傳統エ藝少24小時以上，大大節約了碳化硅微粉的生產時間。
圖I是本發明用的電解槽示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種碳化硅微粉的制備方法，該方法包括以下步驟
Si粉碎
將碳化硅放置于雷蒙磨中進行粉碎；
S2分級
采用分級機將經過雷蒙磨粉碎的碳化硅進行分級；
S3磁選除鐵
將分級處理后的碳化硅用磁選機除去其中所混入的金屬雜質；
S4電場、重力場法除硅與ニ氧化硅
將碳化硅微粉用去離子水混合，形成混合漿料，然后將混合漿料從電解槽的陰極區域注入裝有緩沖溶液的電槽中，緩沖溶液的PH為3-8，加上ー恒定電場，硅粉與ニ氧化硅微粉會沉降在陽極區域，而碳化硅會沉積在陰極區域，沉降分離完成后，排干緩沖液，取出陰極區域的碳化硅；
S5脫水
將步驟S4獲得的碳化硅進行脫水；
S6烘干
將脫水后的碳化硅進行烘干即得到成品碳化硅。本發明的制備方法中，碳化硅密度與顆粒直徑大于硅粉和ニ氧化硅微粉，而其表面電負性小于硅粉與ニ氧化硅微粉的表面電負性，所以在電場的作用下硅粉顆粒與ニ氧化硅微粉顆粒向正極水平遷移的速率大于碳化硅顆粒的遷移速率；而碳化硅顆粒向下的沉降的速率大于前兩者的沉降速率，因此，在電場與重力場的作用下，硅粉與ニ氧化硅微粉會沉降在近陽極區域，碳化硅沉降在近陰極區域，因此在沉積后，本發明獲得陰極區域的碳化硅，而將陽極區域的硅粉及ニ氧化硅除去。根據本發明所提供的制備方法，所述緩沖溶液沒有特別的限制，只要能使該溶液的pH保持在3-8之間即可。為了不引入其它雜質并保證pH在該范圍內，優選地，所述步驟S4中的緩沖溶液為是H3PO4與NH4 · H2O混合的水溶液。根據本發明所提供的制備方法，所述恒定電場得電場強度沒有特別的限制只要能將碳化硅與硅粉、ニ氧化硅分開即可，優選地，所述恒定電場的電場強度為1-3 V · cnT1。根據本發明所提供的制備方法，為了能夠更好的將碳化硅與硅粉及ニ氧化硅分離，優選地，將所述電解槽底部用隔板分割成多個區域。更優選地，所述電解槽分割成4-10個區域。如圖I所示，電解槽由槽體I、電源2、緩沖溶液3、陰極4、陽極5、進ロ 6、出口 7、與進ロ連通的泵8、與出ロ連通的泵9及隔板10組成。槽體I的底部用隔板10隔成5個區域，漿料通過泵8從進ロ 6進入槽體，漿料在槽體中在電場合重力場的作用下，漿料中的碳化硅、ニ氧化硅及硅粉分離沉積。分離沉積完成后，用泵9將上層的液體通過出ロ 7抽出， 然后在陰極端的1-3號區域(圖中沒有標出)收集得到碳化硅顆粒，在近陽極端的4-5號區域(圖中沒有標出)可以收集得到混有硅粉與ニ氧化硅粉的碳化硅微粉。根據本發明所提供的制備方法，優選地，電解槽的陰極區域及陽極區域都與泵相連，在開始時有陰極區域的泵將混合漿料抽到電解槽中，在沉積結束后由陽極區域的泵將電解槽表面的液體抽出，保留電解槽底部的碳化硅、硅粉及ニ氧化硅。根據本發明所提供的制備方法，為了使碳化硅與硅粉、ニ氧化硅分離的更充分，優選地，所述電解槽的深度為1-1. 5m，所述電解槽的長度為1-1. 5mO本發明中，電解槽的深度為I. 5m,電解槽的為lm。根據本發明所提供的制備方法，所述粉碎是取原位合成的高純度6H_SiC，經雷蒙磨機粉碎成粒度小于45Mm的微粉顆粒。粉碎時將磨機電流設定成30-50A，風機流量定為40-50m3/min，轉速設為 600-1000 轉 / 分鐘。根據本發明所提供的制備方法，所述分級可以用液流分級也可以用氣流分級。但是為了節約成本及操作方便，優選地，所述分級為氣流分級。所述氣流分級是采用渦流式氣流分級機，對從雷蒙磨出來的產品進行分級，分級時，渦流式氣流分級機的風機流量設為30-50m3/min,分級輪轉速調至1600_2000rpm，從ー級分級ロ收集到粒徑為d50 =8_12Mm的半成品A (主要產品)；從旋風ロ收集粒徑范圍為d50 =5-8Mm的半成品B，B的最大粒徑小于20Mm ;從除塵器出來的是粒徑小于4Mm的副產品C。根據本發明所提供的制備方法，因為碳化硅硬度較大，在雷蒙磨中進行粉碎的時候不可避免地會使得磨機的磨輥發生一定地磨損，從磨輥上掉下來的鉄屑會混在碳化硅磨粉中，影響到碳化硅磨粉的純度。在這ーエ序，磁選機除去微粉中所混入的鉄屑等金屬類雜質。磁選機可選用輥筒式電磁磁選機，也可選用永久性的磁選機。所述磁選除鐵的磁場強度為800-3000高斯特。根據本發明所提供的制備方法，優選地，所述脫水可選用板框壓濾機，膜過濾機，過濾式離心機來實現。考慮到碳化硅微粉粒徑很小，優選的情況下使用過濾式離心機進行離心甩干脫水，離心機轉速為1000-2000轉/分鐘，過濾20-40分鐘。根據本發明所提供的制備方法，所述烘干可采用隧道式干燥爐或者是微波干燥機等常規設備。考慮到烘干效率，優先選用微波干燥機烘干，將脫水后的產品堆砌在傳料帶上，堆砌高度在30-40mm之間，連續通過微波干燥爐，時間為1_3小時。干燥后的微粉含水量須小于O. 1%。
根據本發明所提供的制備方法，在脫水之后將碳化硅進行篩松。所述篩松為超聲波振動篩進行篩松，篩松經過干燥后的碳化硅微粉產品。振動頻率至300-600次/分鐘，處理量為100kg-150kg/小時。根據本發明所提供的制備方法，在電場、重力場法除硅與ニ氧化硅之后，應該將獲得的碳化硅進行水洗，出去其中含有的緩沖溶液。本是專門針對線切割用碳化硅微粉的生產設計，它具有以下優點生產過程中不需要用到化學反應，是純物理加工過程，對環境零危害；因省去了化學酸堿洗及后續的漂洗エ藝，使用本エ藝生產碳化硅微粉，每批次可節約時間24小時以上。下面用實施例對本發明進行進一歩的詳細說明。 實施例I 一、粉碎
取原位合成的高純度6H-SiC，經雷蒙磨機粉碎成粒度小于45Mm的微粉顆粒。粉碎時將磨機電流設定成30A,風機流量定為48m3/min,分析機轉速設為850轉/分鐘。ニ、氣流分級
采用渦流式氣流分級機，對從雷蒙磨出來的產品進行分級，分級時，渦流式氣流分級機的風機流量設為45m3/min,分級輪轉速調至1700rpm,從ー級分級ロ收集到粒徑為d50=8-12Mm的半成品A (主要產品)，從旋風ロ收集粒徑范圍為d50 =5_8Mm的半成品B，從除塵器出來的是粒徑小于4Mm的副產品C。三、磁選除鐵
選用輥筒式電磁磁選機，調節磁場強度為3000高斯特，對分級后的半成品A進行除鐵得到Al。所用時間為2小時。四、電場、重力場法除硅與ニ氧化硅
往Al中加入去離子水，攪拌均勻形成混合漿料，用泵將混合漿料從電槽的陰極端注入裝有緩沖溶液的電槽中，加上ー恒定電場，電場強度為3V μπΤ1。緩沖液為H3PO4與NH4 -H2O的混合水溶液，控制其PH值為7 ;如圖1，電槽底下隔成五個區域。沉降、分離完成后，可排干緩沖液。在陰極端的1-3號區域收集得到碳化硅顆粒Α2，在近陽極端的4-5號區域可以收集得到混有硅粉與ニ氧化硅粉的碳化硅微粉。所用時間為6小吋。五、水洗
將Α2進行水洗至pH為7。所用時間為4小時。六、離心甩干脫水
將水洗后的A2分別放進離心甩干機內脫水，調節離心機轉速至2000rpm，時間為20分鐘，脫水后微粉含水量為8%。七、微波干燥
將脫水后的產品堆砌在微波干燥爐的傳料帶上，堆砌高度為30_，連續通過微波干燥爐，時間為2小時,干燥后的微粉含水量須為O. 08%οノ V、超聲波振動篩松
使用超聲波振動篩，調節振動頻率至500次/分鐘，時間為120kg/小吋，篩松經過干燥后的碳化硅微粉產品。實施例2一、粉碎
取原位合成的高純度6H-SiC，經雷蒙磨機粉碎成粒度小于45Mm的微粉顆粒。粉碎時將磨機電流設定成30A,風機流量定為48m3/min,分析機轉速設為850轉/分鐘。ニ、溢流分級
將粉碎后的半成品微粉置于溢流缸中，將溢流缸內的水、粉混合液調整至50%，將流量調整至 5 噸 / 小時，分離得到 d97=21-23Mm、d50=8. 5-9. 5Mm , d5=2. 0-2. 4Mm 的微粉。三、磁選除鐵
選用輥筒式電磁磁選機，調節磁場強度為800高斯特，對分級后的半成品A進行除鐵得到Al。所用時間為I小時。四、電場、重力場法除硅與ニ氧化硅
往Al中加入去離子水，攪拌均勻形成混合漿料，用泵將混合漿料從電槽的陰極端注入裝有緩沖溶液的電槽中，加上ー恒定電場，電場強度為IV μπΓ1。緩沖液為H3PO4與NH4 -H2O的混合水溶液，控制其PH值3 ;如圖1，電槽底下隔成五個區域。沉降、分離完成后，可排干緩沖液。可在陰極端的1-3號區域收集得到碳化硅顆粒A2，在近陽極端的4-5號區域可以收集得到混有硅粉與ニ氧化硅粉的碳化硅微粉。所用時間為8小吋。五、水洗
將A2進行水洗至pH為7。所用時間為4小時。六、離心甩干脫水
將水洗后的A2分別放進離心甩干機內脫水，調節離心機轉速至lOOOrpm，時間為40分鐘，脫水后微粉含水量為10%。七、微波干燥
將脫水后的產品堆砌在微波干燥爐的傳料帶上，堆砌高度為40mm，連續通過微波干燥爐，時間為3小時,干燥后的微粉含水量須為O. 05%。ノ V、超聲波振動篩松
使用超聲波振動篩，調節振動頻率至600次/分鐘，時間為IOOkg/小吋，篩松經過干燥后的碳化硅微粉產品。實施例3 一、粉碎
取原位合成的高純度6H-SiC，經雷蒙磨機粉碎成粒度小于45Mm的微粉顆粒。粉碎時將磨機電流設定成30A,風機流量定為48m3/min,分析機轉速設為850轉/分鐘。ニ、氣流分級
采用渦流式氣流分級機，對從雷蒙磨出來的產品進行分級，分級時，渦流式氣流分級機的風機流量設為45m3/min,分級輪轉速調至1700rpm,從ー級分級ロ收集到粒徑為d50=8-12Mm的半成品A (主要產品)，從旋風ロ收集粒徑范圍為d50 =5_8Mm的半成品B，從除塵器出來的是粒徑小于4Mm的副產品C。三、磁選除鐵
選用輥筒式電磁磁選機，調節磁場強度為2000高斯特，對分級后的半成品A進行除鐵得到Al。所用時間為I. 5小吋。四、電場、重力場法除硅與ニ氧化硅往Al中加入去離子水，攪拌均勻形成混合漿料，用泵將混合漿料從電槽的陰極端注入裝有緩沖溶液的電槽中，加上ー恒定電場，電場強度為2V .cm'緩沖液為H3PO4與NH4 -H2O的混合水溶液，控制其PH值為8 ;如圖1，電槽底下隔成五個區域。沉降、分離完成后，可排干緩沖液。可在陰極端的1-3號區域收集得到碳化硅顆粒A2，在近陽極端的4-5號區域可以收集得到混有硅粉與ニ氧化硅粉的碳化硅微粉。所用時間為6小吋。五、水洗
將A2進行水洗至pH為7。所用時間為6小時。六、離心甩干脫水
將水洗后的A2分別放進離心甩干機內脫水，調節離心機轉速至1500rpm，時間為30分鐘，脫水后微粉含水量為6%。七、微波干燥
將脫水后的產品堆砌在微波干燥爐的傳料帶上，堆砌高度為35_，連續通過微波干燥爐，時間為I小時，干燥后的微粉含水量須為O. 1%。ノ V、超聲波振動篩松
使用超聲波振動篩，調節振動頻率至300次/分鐘，時間為150kg/小吋，篩松經過干燥后的碳化硅微粉產品。對比例I
把選好的碳化硅原料，經機械破碎、整形(整形為下步雷蒙研磨創造條件，降低其生產負荷，由于整形時的高速旋轉，可以把物料表面雜質去除一部分)后進行初水洗除碳、磁選,除去表面部份雜質；
初水洗后的原料經過晾曬干燥后，經雷蒙機粉碎、氣流分級后生產出粒徑在1-15 u m之間的產品；初水洗除碳過程中，每噸碳化硅加入煤油量為280-350毫升。把上述分級后的產品，加到純化釜中，加水制成料漿，料漿的質量百分比濃度為30，同時加入浮選劑進行浮選除碳，浮選劑為煤油和松醇油，每種油的加入量為每噸料漿各加100毫升；除碳結束后，再分別向純化釜中加入濃度為36%的鹽酸、濃度為98%的硫酸、濃度為35%的氫氟酸，每噸料漿加入鹽酸6公斤、硫酸6公斤、氫氟酸O. 6公斤，加入順序為先鹽酸、硫酸、最后加氫氟酸，攪拌10小時；然后再用清水沖3適，使其料漿中的pH達到7左右；再向純化釜中加入固體氫氧化鈉(固體99. 8 % )、固體氫氧化鈣(固體99. 8) (ニ種堿的重量比為1:1)等，每噸料漿加入氫氧化鈉7公斤、氫氧化鈣7公斤，攪拌10小時，然后再用清水沖洗3適，使其料漿的pH達到7，即可送到分級釜進行分級。通過本發明的實施例1-3與對比例I的對比可以看出，本發明的方法沒有用鹽酸、硫酸和氫氟酸等化學物品，只是簡單的物理過程，對環境沒有污染。同時可以看出，對比例中在酸洗及堿洗之后都要進行水洗3次，是pH達到7，本領域的技術人員都知道，水洗一次的時間大概為4-6小時，這樣對比例I水洗需要的時間至少為為3*4*2=24，同時在酸洗和堿洗到的時間各位10小時,這樣總時間為24+10+10=44小時，而本發明只需要一次水洗，并且我們的緩沖溶液是弱酸性的，不需要那么長時間的水洗。磁選除鉄、電場/重力場法除硅與ニ氧化硅和水洗的最長時間為2+8+6=16小吋。從上述的數據可以看出，本發明的方法生產周期短。
權利要求
1.一種碳化硅微粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 Si粉碎 將碳化硅放置于雷蒙磨中進行粉碎； S2分級 采用分級機將經過雷蒙磨粉碎的碳化硅進行分級； S3磁選除鐵 將分級處理后的碳化硅用磁選機除去其中所混入的金屬雜質； S4電場、重力場法除硅與二氧化硅 將碳化硅微粉用去離子水混合，形成混合漿料，然后將混合漿料從電解槽的陰極區域注入裝有緩沖溶液的電槽中，緩沖溶液的PH為3-8，加上一恒定電場，硅粉與二氧化硅微粉會沉降在陽極區域，而碳化硅會沉積在陰極區域，沉降分離完成后，排干緩沖液，取出陰極區域的碳化硅； S5脫水 將步驟S4獲得的碳化硅進行脫水； S6烘干 將脫水后的碳化硅進行烘干即得到成品碳化硅。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟S4中的緩沖溶液為是H3PO4與NH4 · H2O混合的水溶液。
3.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述恒定電場的電場強度為1-3V · CnT1。
4.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于將所述電解槽用隔板分割成多個區域。
5.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述電解槽分割成4-10個區域。
6.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述電解槽的深度為1-1.5m。
7.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述電解槽的長度為1-1.5m。
8.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述分級為氣流分級。
9.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述磁選除鐵的磁場強度為800-3000高斯特。
10.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述脫水為離心甩干脫水、離心機轉速為1000-2000 rpm,時間為20-40分鐘。
11.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述烘干為微波烘干，堆砌高度為30-40mm，時間為1-3小時。
12.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，在脫水之后將碳化硅進行篩松。
13.根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述篩松為超聲波振動篩進行篩松，振動頻率至300-600次/分鐘，時間為100kg-150kg/小時。
全文摘要
本發明提供了一種碳化硅微粉的制備方法，該方法包括以下步驟S1粉碎；S2分級；S3磁選除鐵；S4電場、重力場法除硅與二氧化硅，將碳化硅微粉用去離子水混合，形成混合漿料，然后將混合漿料從電解槽的陰極區域注入裝有緩沖溶液的電槽中，緩沖溶液的pH為3-8，加上一恒定電場，硅粉與二氧化硅微粉會沉降在陽極區域，而碳化硅會沉積在陰極區域，沉降分離完成后，排干緩沖液，取出陰極區域的碳化硅；S5脫水；S6烘干。本發明的方法不需用到化學酸、堿洗，對環境無任何危害，單批碳化硅微粉的生產周期比傳統工藝少24小時以上，大大節約了碳化硅微粉的生產時間。
文檔編號C01B31/36GK102849737SQ20111017707
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者陳帆, 王忠利, 于紅衛 申請人:比亞迪股份有限公司