一种多晶硅切割废料处理方法
【专利摘要】一种多晶硅切割废料处理方法，涉及资源化的综合利用。本发明以多晶硅切割废料为主要原料，对其进行碱溶液浸出和过滤，直接得到氢气、硅酸钠溶液、碳化硅与铁的混合物，具体步骤为：在20?95℃的温度范围内，使用浓度为5?15%氢氧化钠(或氢氧化钾)溶液对切割废料进行浸出，浸出结束后进行过滤，将滤液和浸出后废料进行分离，碱浸过程中废料中的Si与NaOH溶液发生反应生成硅酸钠和氢气，滤液可用于制备水玻璃，或作为进一步制备白炭黑的原料；碱浸后废料的主要成分为Fe和SiC，对铁进行酸浸分离后可得到纯的碳化硅。本发明提供了一种低成本资源化利用多晶硅切割废料的技术，可最大程度地回收多晶硅切割废料中的有价元素，实现变废为宝。
【专利说明】
一种多晶硅切割废料处理方法
技术领域
[0001]本发明属于固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种资源化利用多晶硅切割废料的方法。
【背景技术】
[0002]太阳能产业和半导体产业的高速发展，晶体硅作为重要的光电材料、半导体材料，全球对晶体硅的需求量越来越多，在这些产业中需要将其切割成符合要求的硅片，但是在切割过程中，大约50%左右的晶体硅以硅粉的形式损失掉成为废料浆，这些废浆料大量堆积，容易引起一定的安全和环境问题，对土壤、空气和水资源造成污染。
[0003]多晶硅废料的主要成分为硅、碳化硅和铁氧化物。由于硅和碳化硅的理化性质相近，并且废料的粒径非常细，高度分离硅和碳化硅的难度较高。目前以多晶硅切割废料为原料，对其中的硅和碳化硅进行分离提纯的方法，包括泡沫浮选法、离心分离法、重液分离技术、高温过滤法和化学分离法等，但是这些方法成本过高，工艺复杂，而且有些方法仍处于研究阶段，其分离和提纯过程仍有待进一步的改善。
[0004]氢气是一种重要的工业气体，但是目前由于制备方法的限制，如电解水、裂解天然气，裂解氨气等，使得其价格较高。碳化硅作为一种常用的高温耐火材料，具有很好的热稳定性、耐磨性和抗蠕变性等性能，广泛应用于冶金、化工、生物等领域。水玻璃的用途也非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。例如化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种多晶硅切割废料的处理方法，以多晶硅切割废料为原料，通过碱浸出得到硅酸钠溶液浸出液，可直接制备氢气和水玻璃，也可以与酸反应以制备白炭黑，碱浸出后的废料经过酸浸可得到纯的碳化硅，不仅可以减少废料对于环境的污染问题，而且可以充分回收利用资源，低成本制备工业价值较高的氢气、水玻璃和碳化硅。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
以多晶硅切割废料为主要原料，对其进行碱溶液浸出和过滤，可直接得到氢气、硅酸钠溶液、碳化硅与铁的混合物。
[0007]多晶硅切割废料处理方法具体步骤是:
(1)配置一定浓度的碱溶液，并使溶液温度稳定在20-950C;
(2)在搅拌的条件下，把多晶硅切割废料加入碱溶液中；
(3)对过程中产生的氢气进行收集，反应结束后，对反应物进行过滤分离，得到硅酸钠溶液浸出液；
(4)步骤(3)中过滤得到的废料进行酸浸，得到纯的碳化硅。所述碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾或者两者混合溶液，其浓度为5-15%。
[0008]本发明的有益技术效果:
本发明直接利用多晶硅切割废料，无需废料的预处理以及高温反应。直接使用氢氧化钠溶液在较低的温度下进行碱浸出，使得废料中的二氧化硅和硅与氢氧化钠生成硅酸钠，可用于制备水玻璃和白炭黑的原料，同时硅与氢氧化钠的反应可用于制备氢气。未反应的碳化硅可通过酸浸除铁进行分离提纯。本发明提供了一种低成本资源化利用多晶硅切割废料的技术，可最大程度地回收多晶硅切割废料中的有价元素，实现变废为宝。
【附图说明】
[0009]图1为实施例1过滤后废料XRD衍射图像。
[0010]图2为实施例2过滤后废料XRD衍射图像。
[0011 ]图3为实施例3过滤后废料XRD衍射图像。
【具体实施方式】
[0012]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0013]相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0014]实施例1
取7.9g固体氢氧化钠用去离子水配置成质量分数为5%的氢氧化钠溶液，并用水浴锅加热到75°C。在搅拌的条件下，取4g硅切割废料加入氢氧化钠溶液中，对过程中产生的氢气进行收集，反应1min后，得到硅酸钠溶液浸出液，取出反应物进行抽滤。将抽滤后的剩余固体废料进行干燥，并进行XRD分析。结果如图1所示，根据图1可知浸出后剩余的物质主要为SiC，废料中的铁由于含量太低在XRD图中的衍射峰无法显示。
[0015]实施例2
取7.9g固体氢氧化钠用去离子水配置成质量分数为5%的氢氧化钾溶液，并用水浴锅加热到95°C。在搅拌的条件下，取4g硅切割废料加入氢氧化钠溶液中，对过程中产生的氢气进行收集，反应20min后，得到硅酸钠溶液浸出液，取出反应物进行抽滤。将抽滤后的剩余固体废料进行干燥，并进行XRD分析。结果如图2所示，根据图2可知浸出后剩余的物质主要为SiC0
[0016]实施例3
取7.9g固体氢氧化钠用去离子水配置成质量分数为15%的氢氧化钠溶液，并用水浴锅加热到65°C。在搅拌的条件下，取4g硅切割废料加入氢氧化钠溶液中，对过程中产生的氢气进行收集，反应1min后，得到硅酸钠溶液浸出液，取出反应物进行抽滤。将抽滤后的剩余固体废料进行干燥，并进行XRD分析。结果如图3所示，根据图3可知浸出后剩余的物质主要为SiC0
[0017]实施例4 取7.9g固体氢氧化钠用去离子水配置成质量分数为5%的氢氧化钠溶液，并用水浴锅加热到25°C ο在搅拌的条件下，取4g硅切割废料加入氢氧化钠溶液中，对过程中产生的氢气进行收集，反应1min后，得到硅酸钠溶液浸出液，取出反应物进行抽滤。将抽滤后的剩余固体废料进行干燥。
【主权项】
1.一种多晶硅切割废料处理方法，其特征在于，以多晶硅切割废料为主要原料，对其进行碱溶液浸出和过滤，直接得到氢气、硅酸钠溶液、碳化硅与铁的混合物。2.如权利要求1所述的多晶硅切割废料处理方法，其特征在于，具体步骤是: 1)配置一定浓度的碱溶液，并使溶液温度稳定在20-950C; 2))在搅拌的条件下，把多晶硅切割废料加入碱溶液中； 3)对过程中产生的氢气进行收集，反应结束后，对反应物进行过滤分离，得到硅酸钠溶液浸出液； 4)将步骤3)中过滤得到的废料进行酸浸，得到纯的碳化硅。3.如权利要求1所述的多晶硅切割废料处理方法，其特征在于，所述碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾或者两者混合溶液，其浓度为5-15%。
【文档编号】C01B3/06GK105858602SQ201610219288
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】张国华, 侯勇, 吴跃东
【申请人】北京科技大学