一種多晶硅切割廢料處理方法
【專利摘要】一種多晶硅切割廢料處理方法，涉及資源化的綜合利用。本發明以多晶硅切割廢料為主要原料，對其進行堿溶液浸出和過濾，直接得到氫氣、硅酸鈉溶液、碳化硅與鐵的混合物，具體步驟為：在20?95℃的溫度范圍內，使用濃度為5?15%氫氧化鈉(或氫氧化鉀)溶液對切割廢料進行浸出，浸出結束后進行過濾，將濾液和浸出后廢料進行分離，堿浸過程中廢料中的Si與NaOH溶液發生反應生成硅酸鈉和氫氣，濾液可用于制備水玻璃，或作為進一步制備白炭黑的原料；堿浸后廢料的主要成分為Fe和SiC，對鐵進行酸浸分離后可得到純的碳化硅。本發明提供了一種低成本資源化利用多晶硅切割廢料的技術，可最大程度地回收多晶硅切割廢料中的有價元素，實現變廢為寶。
【專利說明】
一種多晶硅切割廢料處理方法
技術領域
[0001]本發明屬于固體廢棄物資源化利用領域，具體涉及一種資源化利用多晶硅切割廢料的方法。
【背景技術】
[0002]太陽能產業和半導體產業的高速發展，晶體硅作為重要的光電材料、半導體材料，全球對晶體硅的需求量越來越多，在這些產業中需要將其切割成符合要求的硅片，但是在切割過程中，大約50%左右的晶體硅以硅粉的形式損失掉成為廢料漿，這些廢漿料大量堆積，容易引起一定的安全和環境問題，對土壤、空氣和水資源造成污染。
[0003]多晶硅廢料的主要成分為硅、碳化硅和鐵氧化物。由于硅和碳化硅的理化性質相近，并且廢料的粒徑非常細，高度分離硅和碳化硅的難度較高。目前以多晶硅切割廢料為原料，對其中的硅和碳化硅進行分離提純的方法，包括泡沫浮選法、離心分離法、重液分離技術、高溫過濾法和化學分離法等，但是這些方法成本過高，工藝復雜，而且有些方法仍處于研究階段，其分離和提純過程仍有待進一步的改善。
[0004]氫氣是一種重要的工業氣體，但是目前由于制備方法的限制，如電解水、裂解天然氣，裂解氨氣等，使得其價格較高。碳化硅作為一種常用的高溫耐火材料，具有很好的熱穩定性、耐磨性和抗蠕變性等性能，廣泛應用于冶金、化工、生物等領域。水玻璃的用途也非常廣泛，幾乎遍及國民經濟的各個部門。例如化工系統被用來制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、五水偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀硅酸鈉、硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類產品，是硅化合物的基本原料。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種多晶硅切割廢料的處理方法，以多晶硅切割廢料為原料，通過堿浸出得到硅酸鈉溶液浸出液，可直接制備氫氣和水玻璃，也可以與酸反應以制備白炭黑，堿浸出后的廢料經過酸浸可得到純的碳化硅，不僅可以減少廢料對于環境的污染問題，而且可以充分回收利用資源，低成本制備工業價值較高的氫氣、水玻璃和碳化硅。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:
以多晶硅切割廢料為主要原料，對其進行堿溶液浸出和過濾，可直接得到氫氣、硅酸鈉溶液、碳化硅與鐵的混合物。
[0007]多晶硅切割廢料處理方法具體步驟是:
(1)配置一定濃度的堿溶液，并使溶液溫度穩定在20-950C;
(2)在攪拌的條件下，把多晶硅切割廢料加入堿溶液中；
(3)對過程中產生的氫氣進行收集，反應結束后，對反應物進行過濾分離，得到硅酸鈉溶液浸出液；
(4)步驟(3)中過濾得到的廢料進行酸浸，得到純的碳化硅。所述堿溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或者兩者混合溶液，其濃度為5-15%。
[0008]本發明的有益技術效果:
本發明直接利用多晶硅切割廢料，無需廢料的預處理以及高溫反應。直接使用氫氧化鈉溶液在較低的溫度下進行堿浸出，使得廢料中的二氧化硅和硅與氫氧化鈉生成硅酸鈉，可用于制備水玻璃和白炭黑的原料，同時硅與氫氧化鈉的反應可用于制備氫氣。未反應的碳化硅可通過酸浸除鐵進行分離提純。本發明提供了一種低成本資源化利用多晶硅切割廢料的技術，可最大程度地回收多晶硅切割廢料中的有價元素，實現變廢為寶。
【附圖說明】
[0009]圖1為實施例1過濾后廢料XRD衍射圖像。
[0010]圖2為實施例2過濾后廢料XRD衍射圖像。
[0011 ]圖3為實施例3過濾后廢料XRD衍射圖像。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0013]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0014]實施例1
取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質量分數為5%的氫氧化鈉溶液，并用水浴鍋加熱到75°C。在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產生的氫氣進行收集，反應1min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥，并進行XRD分析。結果如圖1所示，根據圖1可知浸出后剩余的物質主要為SiC，廢料中的鐵由于含量太低在XRD圖中的衍射峰無法顯示。
[0015]實施例2
取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質量分數為5%的氫氧化鉀溶液，并用水浴鍋加熱到95°C。在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產生的氫氣進行收集，反應20min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥，并進行XRD分析。結果如圖2所示，根據圖2可知浸出后剩余的物質主要為SiC0
[0016]實施例3
取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質量分數為15%的氫氧化鈉溶液，并用水浴鍋加熱到65°C。在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產生的氫氣進行收集，反應1min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥，并進行XRD分析。結果如圖3所示，根據圖3可知浸出后剩余的物質主要為SiC0
[0017]實施例4 取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質量分數為5%的氫氧化鈉溶液，并用水浴鍋加熱到25°C ο在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產生的氫氣進行收集，反應1min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥。
【主權項】
1.一種多晶硅切割廢料處理方法，其特征在于，以多晶硅切割廢料為主要原料，對其進行堿溶液浸出和過濾，直接得到氫氣、硅酸鈉溶液、碳化硅與鐵的混合物。2.如權利要求1所述的多晶硅切割廢料處理方法，其特征在于，具體步驟是: 1)配置一定濃度的堿溶液，并使溶液溫度穩定在20-950C; 2))在攪拌的條件下，把多晶硅切割廢料加入堿溶液中； 3)對過程中產生的氫氣進行收集，反應結束后，對反應物進行過濾分離，得到硅酸鈉溶液浸出液； 4)將步驟3)中過濾得到的廢料進行酸浸，得到純的碳化硅。3.如權利要求1所述的多晶硅切割廢料處理方法，其特征在于，所述堿溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或者兩者混合溶液，其濃度為5-15%。
【文檔編號】C01B3/06GK105858602SQ201610219288
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】張國華, 侯勇, 吳躍東
【申請人】北京科技大學