利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，該方法以硅片切割廢砂漿中回收的硅粉為硅源，通過硅粉的水解來制備硅溶膠。對廢砂漿的回收利用，解決了困擾高純硅產業的難題，使資源得到有效利用，降低污染的同時提高了產品附加值。采用的列管式淤漿反應器可以充分利用在硅粉水解過程中所釋放出的H2，在管內的自由上升進程對硅粉的撞擊與托浮作用，并結合堿液由下而上的進入對硅粉的推動作用來實現反應體內的均一化，無動力消耗，更節能環保。產生的氣體具有體積小、大小均勻及分布均勻的特點，使得氣體對體系的攪拌作用更為有利。
【專利說明】
利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種硅溶膠的制備方法，具體涉及一種回收單質硅粉水解制備硅溶膠的方法。
【背景技術】
[0002]硅片切割過程使用以碳化硅(SiC)為磨料，聚乙二醇(PEG)為分散劑，水為溶劑的水性切割液，在金屬絲帶動下顆粒磨料進行研磨切割Si。理論上在切割過程中會有44%的晶硅以粉末形式混入切割漿料，實際上這一數值高達50%以上。廢棄硅粉以掉落的方式進入切割液中，附著并包圍在研磨砂上，使砂漿中碳化硅磨料在切割前沿材料表面打滑，切削能力下降，共同形成廢棄砂漿。每年我國硅片廠家所產生的廢砂漿有幾十萬噸，不僅造成了資源浪費而且帶來了巨大的環境污染。廢砂漿的回收利用一直是困擾高純硅產業的問題。
[0003]CN103058154A公開了一種用晶體硅加工廢砂漿回收硅粉制備氮化硅粉體的氣流床反應器，以晶體硅加工的廢砂漿回收的硅粉為原料，氮氣作為原料氣的同時也是硅粉和熱量輸送的載體。氣流狀態下硅粉氮化生成氮化硅，由于回收硅粉粒徑較小、合成時間較短，所得產品為納米級。該專利中重點闡述了反應器方面的規格，而對操作過程沒有詳細介紹。CN102787011A公開了一種無污水和固體廢物排放的晶體硅加工廢砂漿綜合處理技術，將除去鐵及聚乙二醇之后的硅、碳化硅二元砂漿經脫水，可分別進行如下操作:經氮化燒結成碳化硅-氮化硅復合陶瓷材料；氮化或碳化處理，使硅轉化為氮化硅或碳化硅。不管哪種操作方式，都需要1000Γ以上的高溫，雖然生產過程無污水和固體廢物排放，但對裝置的要求較高。CN102557053A公開了一種利用晶硅切割廢砂漿回收的洗滌廢水制備硅溶膠的方法，所闡述的廢水為廢砂漿經初次堿洗后的廢水，即堿洗除硅粉得到碳化硅后產生的廢水。該廢水經離子交換、調節PH及減壓蒸餾得到15?35% (wt)的硅溶膠產品。雖然對堿沈廢水的利用直接方便，但是離子交換過程中會產生大量廢水。CN103601191A公開了一種連續回收利用硅片切割加工廢砂漿中硅粉的方法。除去切割液后的二元砂漿，結合物理和化學方法，依靠碳化硅重力沉降作用、硅粉水解作用及產生的氣體(H2)攪動作用，實現砂漿的回收利用。該專利的重點在于分離方法而對硅溶膠產品的品質無闡述。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是彌補現有技術存在的不足，提供了一種利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法。該方法以硅片切割廢砂漿中回收的硅粉為硅源，通過硅粉的水解來制備硅溶膠。對廢砂漿的回收利用，解決了困擾高純硅產業的難題，使資源得到有效利用，降低污染的同時提高了產品附加值。采用的列管式淤漿反應器可以充分利用在硅粉水解過程中所釋放出的H2，在管內的自由上升進程對硅粉的撞擊與托浮作用，并結合堿液由下而上的進入對硅粉的推動作用來實現反應體內的均一化，無動力消耗，更節能環保。產生的氣體具有體積小、大小均勻及分布均勻的特點，使得氣體對體系的攪拌作用更為有利。本發明的優勢是以硅片切割廢砂漿回收的硅粉為硅源制備硅溶膠。同時，充分利用在硅粉水解過程中所釋放出的H2，在管內的自由上升進程對硅粉的撞擊與托浮作用，并結合堿液由下而上的進入對硅粉的推動作用來實現反應體內的均一化。
[0005]按照本發明提供的技術方案，一種利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟，其組分按質量份數計:
[0006]A.基于附圖的氣液固三相淤漿反應器，堿液由底部的堿液口(I)加入，至反應器1/5?1/2高度后，由加料口(5)分批加入硅粉，加熱介質由⑷進入，由(6)排出，控制反應溫度為50?90°C ;
[0007]B.硅粉在堿催化作用下與水反應，生成硅酸單體和氫氣，硅酸單體聚合后得到二氧化硅水溶膠，氫氣上浮形成鼓泡攪拌，硅粉顆粒依靠氫氣托起在堿液中呈懸浮狀態；
[0008]C.當堿液充滿反應器后，關閉(3)處閥門停止通入堿液，繼續反應2?12小時；
[0009]D.將料液由底部出料口(2)排出，過濾去除掉未反應的硅粉，即得產品單分散硅溶膠。
[0010]最優的，所述的淤漿反應器為列管式淤漿反應器；
[0011]最優的，所述硅粉為硅片切割廢砂漿經處理得到的，粒徑為100?600目，純度為85 ?99%。
[0012]最優的，所述硅粉分批加入次數為3?6次，每次間隔20?120分鐘。
[0013]最優的，所述的堿溶液為Na0H、K0H、NH40H、Li0H中的一種或幾種的水溶液，其質量濃度為0.05?2.5%。
[0014]最優的，所述堿溶液的加入速率為0.5mL/min?5mL/min。
[0015]最優的，所述硅粉與堿的質量比為50:1?10:1。
[0016]最優的，所得硅溶膠產品的粒徑為10?45nm。
【附圖說明】
[0017]圖1為列管式淤漿反應器裝置示意圖
[0018]圖2為粒徑18nm硅溶膠的掃描電鏡圖
[0019]圖3為粒徑20nm硅溶膠的粒徑分布圖
[0020]圖4為粒徑44nm硅溶膠的掃描電鏡圖
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明作進一步說明。
[0022]實施例1
[0023]—種利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其組分按質量份數計，包括以下工藝步驟:
[0024]硅粉粒徑為100目，純度為85 %，加入量為10份，分3次加入，每次間隔60分鐘；堿液由0.05份NaOH和99.95份水構成，進液速率為0.5mL/min ;硅粉與堿的質量比為50: I，反應溫度75°C，停止通入堿液后反應2小時。得到的硅溶膠粒徑為18nm。圖2為本實施例下得到硅溶膠的掃描電鏡圖。
[0025]實施例2
[0026]—種利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其組分按質量份數計，包括以下工藝步驟:
[0027]硅粉粒徑為200目，純度為90%，加入量為100份，分4次加入，每次間隔20分鐘；堿液由0.5份Na0H、0.5份KOH和99份水構成，進液速率為lmL/min ;硅粉與堿的質量比為20: 1，反應溫度50°C，停止通入堿液后反應8小時。得到的硅溶膠粒徑為20nm左右。圖3為本實施例下得到硅溶膠的粒徑分布圖。
[0028]實施例3
[0029]—種利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其組分按質量份數計，包括以下工藝步驟:
[0030]硅粉粒徑為600目，純度為99%，加入量為120份，分6次加入，每次間隔120分鐘；堿液由I份NaOH, 0.5份KOH、I份NH4OH和97.5份水構成，進液速率為5mL/min ;硅粉與堿的質量比為10: 1，反應溫度90°C，停止通入堿液后反應12小時。得到的硅溶膠粒徑為44nm左右。圖4為本實施例下得到硅溶膠的掃描電鏡圖。
[0031]上述實施例的描述應該被視為說明，易于理解的是，可在不脫離如在權利要求書中闡述的本發明的情況下使用上文闡述的特征的許多變化和組合，這類變化并不被視為脫離了本發明的精神和范圍，且所有這類變化都包括在以上權利要求書的范圍內。
【主權項】
1.利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于制備過程包括如下步驟: A.基于附圖的氣液固三相淤漿反應器，堿液由底部的堿液口(I)加入，至反應器1/5?1/2高度后，由加料口(5)分批加入硅粉，加熱介質由(4)進入，由(6)排出，控制反應溫度為50?90Γ ； B.硅粉在堿催化作用下與水反應，生成硅酸單體和氫氣，硅酸單體聚合后得到二氧化硅水溶膠，氫氣上浮形成鼓泡攪拌，硅粉顆粒依靠氫氣托起在堿液中呈懸浮狀態； C.當堿液充滿反應器后，關閉(3)處閥門停止通入堿液，繼續反應2?12小時； D.將料液由底部出料口(2)排出，過濾去除掉未反應的硅粉，即得產品單分散硅溶膠。2.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于所述的淤漿反應器為列管式淤漿反應器。3.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于所述硅粉為硅片切割廢砂漿經處理得到的，粒徑為100?600目，純度為85 ?99%。4.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于硅粉分批加入次數為3?6次，每次間隔20?120分鐘。5.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于所述的堿溶液為Na0H、K0H、NH40H、Li0H中的一種或幾種的水溶液，其質量濃度為0.05?2.5%。6.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于堿溶液的加入速率為0.5mL/min?5mL/min。7.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于硅粉與堿的質量比為50:1?10:1。8.根據權利要求書I所述的利用淤漿反應器由硅片切割廢砂漿中硅粉制備硅溶膠的方法，其特征在于所得娃溶膠產品的粒徑為10?45nm。
【文檔編號】C01B33/14GK105883823SQ201410784447
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月16日
【發明人】白云翔, 周波, 張春芳, 孫余憑, 顧瑾
【申請人】江南大學