专利名称：一种硅粉提纯的方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏领域的一种硅粉提纯的方法，尤其涉及一种从单晶硅或多晶硅棒的磨削或切割等加工过程中产生的废弃物中提纯硅粉的方法。
背景技术：
在太阳能硅片的整个生产过程中，包括很多工艺，如铸锭、开方、去头尾、磨面、倒角、切割，清洗、包装，其中去头尾、磨面、倒角及切割都造成了硅粉的大量流失。硅块去头尾、磨面、倒角的加工过程中，通常是以水或水溶性较好的溶液作为冷却剂，在此过程中产生的硅屑会随着冷却液一起流走，该工艺产生的硅屑中，除了冷却液，大部分是硅，另外还包括一些铁、镍等金属及其氧化物、金刚石等杂质。现有技术中，硅块加工成硅片多是采用刚线带动由碳化硅磨料和切割液配成的砂浆进行切割，在这个过程中造成了 40%以上的硅粉流失。如果能够将该工艺中的硅粉提纯并用于太阳能电池片的原料，太阳能电池片的发电成本将会直线下降。由于砂浆中的各种污染物并未进入硅粉晶体内部，因此不需要通过高耗能的高温化学或相变过程来获得硅粉，而是期望通过物理分离、清洗等技术来提纯获得高纯硅粉。近年来，国内外很多企业及科研院所都在针对该工艺的硅粉提纯进行研究，也有了很多相关的文献报道，如公开号为CN 101130237A的中国专利公开了一种从切割废砂浆中回收硅粉和碳化硅粉的方法，该发明提供的技术方案是先对废砂浆进行预处理得到硅粉纯度在90%以上的含碳化硅的混合物，在采用密度介于硅和碳化硅之间的溶液进行液体浮选和重力分选，由于硅和碳化硅的比重差异，密度较低的硅粉会上浮，而密度较大的碳化硅粉末则沉于溶液底部，从而将硅跟碳化硅分离。由于硅单体表面容易被氧化，形成二氧化硅，因此需要将上述得到的硅粉再使用氢氟酸进行酸洗，来得到纯度较高的硅粉。公开号为 CN 101879481A的中国专利公开了一种利用电选从硅晶体切割液中回收多晶硅材料的方法，该发明提供的技术方案是将从硅切削液中回收的废砂浆进行过滤、清洗、烘干后，放置在电选机中，利用硅粉与其他固体杂质如碳化硅、金刚石的介电系数不同进行电选分离，来获得纯度较高的硅粉。由于硅和碳化硅的物理化学性质比较相似，且颗粒粒度范围有重叠， 所以采用上述专利文献报道的方法很难将硅跟碳化硅彻底分离，回收的纯度很难满足太阳能电池原料所需的纯度。随着太阳能电池的发展，对硅片质量的要求也越来越高，因此对硅片的切割工艺也提出了新的挑战。金刚石线切割是近年来比较受关注的一种新型硅片切割技术，该技术是将金刚石磨料以一定的方式固定到金属线上制备而成的。金刚石切割技术也有40%以上的硅粉损耗，这部分硅粉也会进入冷却液中。除了金刚石切割硅片会造成硅粉流失外，在采用金刚石切割硅芯时也会造成一定量的硅粉流失。如果能够将这部分硅粉回收利用，回收得到的硅粉可进一步用作制备太阳能电池的原料，不仅起到了降低成本，节约能源，同时对环境保护也起到了积极的作用。
发明内容
—种硅粉提纯的方法，其中将含硅粉和杂质的混合物置于浮选液中搅拌均勻，所述的浮选液中包含氢氟酸，氢氟酸会与包覆在硅粉表面的二氧化硅反应生成气体，生成的气体会带动硅粉上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离。一种硅粉提纯的方法，其中将含硅粉和杂质的混合物置于浮选液中搅拌均勻，并往浮选液中通入气体，所述的浮选液中包含氢氟酸，氢氟酸会与包覆在硅粉表面的二氧化硅反应生成气体，通入的气体及反应生成的气体会一起带动硅粉上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离。一种硅粉提纯的方法，其中所述的混合物中，硅粉跟杂质之间的重量比例为 99. 9%-20% 0. 1%-80%。一种硅粉提纯的方法，其中所述的包覆在硅粉表面的二氧化硅与硅粉之间的重量比例为0. 1%- 80% 99. 9%- 20%O一种硅粉提纯的方法，其中所述的杂质是铁、铜、镍、铝及其氧化物、二氧化硅、碳化硅、金刚石中的任意一种或是几种的组合。一种硅粉提纯的方法，其中所述的浮选液中氢氟酸的浓度为5% 50%。一种硅粉提纯的方法，其中所述的浮选液中除了氢氟酸，还可以包括其他酸，其中其他酸的浓度为饥 30%。一种硅粉提纯的方法，其中所述的其他酸是能够与铁、铜、镍、铝金属反应生成可溶性盐的酸，可以是盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸中的任意一种或是几种的组合。一种硅粉提纯的方法，其中所述的浮选液的用量按混合物重量的5 100倍配置。一种硅粉提纯的方法，其中往100克浮选液中通入的气体体积在0. 025 0. 035 升之间。一种硅粉提纯的方法，其中所述的气体是非极性气体，可以是氧气、氮气、氩气中的任意一种或是几种的组合。一种硅粉提纯的方法，其中所述的气体是空气。本发明的工作原理由于硅粉具有较大的比表面积，在水中或空气中极易被氧化， 因此硅粉表面通常包覆一层二氧化硅。由于氢氟酸跟硅并不会发生反应，但却很容易与包覆在硅粉表面的二氧化硅发生反应，同时生成SiF4气体和水。本发明主要是利用氢氟酸与包覆在硅粉表面的二氧化硅反应，在去除二氧化硅杂质的同时，硅粉表面也覆盖了一层 Si-H键，具体反应机理如下
权利要求
1.一种硅粉提纯的方法，其特征在于将含硅粉和杂质的混合物置于浮选液中搅拌均勻，所述的浮选液中包含氢氟酸，氢氟酸会与包覆在硅粉表面的二氧化硅杂质反应生成气体，生成的气体会带动硅粉上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离。
2.—种硅粉提纯的方法，其特征在于将含有硅粉和杂质的混合物置于浮选液中搅拌均勻，并往浮选液中通入气体，所述的浮选液中包含氢氟酸，氢氟酸会与包覆在硅粉表面的二氧化硅杂质反应生成气体，通入的气体及反应生成的气体会一起带动硅粉上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离。
3.如权利要求1或2所述的一种硅粉提纯的方法，其特在在于所述的混合物中，硅粉跟杂质之间的重量比例为99. 9%-20% 0. 1%-80%。
4.如权利要求1或2所述的一种硅粉提纯的方法，其特在在于所述的包覆在硅粉表面的二氧化硅与硅粉之间的重量比例为0. 1%- 80% 99. 9%- 20%。
5.如权利要求1或2所述的一种硅粉提纯的方法，其特在在于所述的杂质是铁、铜、镍、 铝及其氧化物、二氧化硅、碳化硅、金刚石中的任意一种或是几种的组合。
6.如权利要求1或2所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于所述的浮选液中氢氟酸的浓度为5% 50%。
7.如权利要求1或2所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于所述的浮选液中除了氢氟酸，还可以包括其他酸，其中其他酸的浓度为洲 30%。
8.如权利要求7所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于所述的其他酸是能够与铁、铜、镍、 铝金属反应生成可溶性盐的酸，可以是盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸中的任意一种或是几种的组合。
9.如权利要求1或2所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于所述的浮选液的用量按混合物重量的5 100倍配置。
10.如权利要求2所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于往100克浮选液中通入的气体体积在0. 025 0. 035升之间。
11.如权利要求10所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于所述的气体是非极性气体，可以是氧气、氮气、氩气中的任意一种或是几种的组合。
12.如权利要求10所述的一种硅粉提纯的方法，其特征在于所述的气体是空气。
13.—种硅粉提纯的方法，将含硅粉和杂质的混合物置于浮选液中搅拌均勻，并往浮选液中通入气体，所述的浮选液中包含氢氟酸，氢氟酸会与包覆在硅粉表面的二氧化硅反应生成气体，通入的气体及反应生成的气体会一起带动硅粉上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离，其特征在于每100克混合物中含有2-90克硅粉；配置500-10000克含有重量浓度为20%-40%的氢氟酸和其它酸组成的浮选液对混合物进行浮选使硅粉跟杂质分离，通入的空气量的空气体积为0. 7-1. 2升。
14.一种硅粉提纯的方法，将含硅粉和杂质的混合物置于浮选液中搅拌均勻，并往浮选液中通入气体，所述的浮选液中包含氢氟酸，氢氟酸会与包覆在硅粉表面的二氧化硅反应生成气体，反应生成的气体会一起带动硅粉上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离，其特征在于每100克混合物中含有0. 5-20克二氧化硅杂质，20-40克硅粉；配置 500-10000克含有重量浓度为20%-40%的氢氟酸和其它酸组成的浮选液对混合物进行浮选使硅粉跟杂质分离。
全文摘要
本发明涉及太阳能光伏领域的一种硅粉提纯的方法，尤其涉及一种从单晶硅或多晶硅棒的磨削或切割等加工过程中产生的废弃物中提纯硅粉的方法。本发明主要是将含杂质的硅粉置于一种含有氢氟酸的浮选液中，包覆在硅粉表面的二氧化硅杂质会和氢氟酸反应使硅粉表面覆盖Si-H键，同时生成SiF4气体，使得硅粉在SiF4气体的带动下上浮，杂质则留在浮选液底部，实现硅粉和杂质的分离。如果硅粉氧化不严重，也可往浮选液中通入气体来带动硅粉上浮。通过本发明提供的技术方案提纯的硅粉纯度能达到99.995%以上，再通过定向凝固最终得到的硅锭纯度可以达到6N以上，完全满足光伏行业太阳能电池所需的原料。
文档编号B03B1/04GK102247933SQ201110068838
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者付红平, 刘渝龙, 彭也庆, 章金兵 申请人:江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司