一种用于分离硅与碳化硅的重液及硅与碳化硅的分离方法与流程

本发明涉及硅粉的提纯技术领域，特别涉及一种用于分离硅与碳化硅的重液及硅与碳化硅的分离方法。

背景技术：

太阳能电池片普遍采用多线锯配合砂浆切割生产，线切割中使用的砂浆通常是由矿物油或者聚乙二醇(peg)等带有一定黏度的介质与碳化硅(sic)磨料粉混合而成；线锯丝径一般为0.18mm，产生的锯缝宽度一般为0.20～0.30mm，而当前太阳能电池硅片的厚度为0.18～0.22mm，这意味在硅片线切割过程中超过50％的硅料成为锯屑进入砂浆。近期0.12mm直径的线锯正在初步试用，而同时更薄的电池硅片也在开发中。但无论如何发展，光伏产业中高纯硅料大约50％成为锯屑进入废砂浆而损失的状况在今后短期内难以改变。

国内外废砂浆回收技术可分为两大类，即在线回收技术和离线回收技术两种。在线回收技术在欧美及日本应用较为普遍，也相对成熟，技术核心已集成到在线回收设备中，即在硅切片工序中在线进行废砂浆的收集，通过离心分离处理，将废砂浆中的小颗粒分离出体系，并按照一定的比例补充新金刚砂和切割液，经过混合并搅拌均匀后再打回线切割机中，进行再次切片。尽管该方式在一定程度上解决了砂浆的二次利用问题，但却存在很多的缺陷。该方式仅能将废砂浆体系内的部分细碎金刚砂颗粒和硅粉剔除，而处理后仍残存有相当比例的细碎颗粒，无法达到与原金刚砂相同的颗粒分布形态。该处理方法也无法将体系内的金属杂质和附着在金刚砂表面的硅粉剔除，切割效力明显下降，硅片表面质量下降，废片率升高，因而降低了生产效率。经过2～3次循环使用后，就必须全部更换原金刚砂，因此仅能实现有限次数的循环，没有彻底解决排放与浪费的问题。离线回收技术有两种，第一种离线回收技术在回收过程中不做固液两相分离，仅把废砂浆中的细小固体颗粒分离出体系；第二种离线回收技术通过固液分离、固体表面清洗、固体颗粒尺寸分选等工序，得到回收金刚砂和回收切割液。离线回收技术不足之处如下：采用多级过滤沉淀技术进行固液分离，工艺流程繁杂，效率很低；固液分离过程需要添加助分离剂，如水、低级醇等；固液分离后得到的切割液需要脱水工序，此过程能耗较大。如果温度控制不好，还可能引起聚乙二醇分子结构的变化；采用水选技术对金刚砂进行分级，该技术效率低，占地面积大；先分级金刚砂再化学处理，使最终得到的金刚砂颗粒尺寸正态分布又发生了位移，影响硅切片效果。

为了能进一步降低太阳能电池成本，国内外对废线锯砂浆的回收利用已有一些研究，并相继出现了一些专利。其中针对废砂浆中sic、peg的回收利用比较成功并开始形成了产业，但对其中si的回收，则至今尚未出现可行技术。

砂浆中两种固相组元si与sic的理化性质相近，且颗粒粒度范围有重叠，难于彻底分离；对于sic粉回收而言，可将残余的si粉碱洗溶去，而对于si粉回收，却无法实现用化学方法溶去残余的sic粉，因后者化学性质上更稳定。因此回收利用砂浆中si粉的关键是将si粉与sic二者分离。

切割废砂浆中si是半导体，没有磁性，密度为2.33g/cm³。sic为非导体，没有磁性，密度为3.22g/cm³。从其性质差异来看，可以考虑采用电选、重选方案。但si与sic粒度相近，多在0.5～5μm，粒度如此细小的物料分选在资源分选领域是一个难题，采用浮选、电选都很难将二者有效分开。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于分离硅与碳化硅的重液，以及硅与碳化硅的分离方法，可以简单快速的将硅与碳化硅有效分离，主要用于废砂浆中硅和碳化硅的回收。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种用于分离硅与碳化硅的重液，其特征在于，所述重液为三溴甲烷和无水乙醇的混合物。

优选地，所述重液的密度为2.6-3.0g/cm³。

进一步优选地，所述重液的密度为2.8-2.87g/cm³。

优选地，所述三溴甲烷和无水乙醇的质量比为100:1-100:5。

(二)一种硅与碳化硅的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，以三溴甲烷和无水乙醇为原料配制重液，备用；

步骤2，向硅与碳化硅的混合物中加入所述重液，混合搅拌，得均匀混合液；将所述混合液离心分离，得分层液体；依次取出所述分层液体，分别得上层物料、中间重液和下层物料；

步骤3，对所述上层物料进行蒸馏分离，分别得硅和重液；

步骤4，对所述下层物料进行蒸馏分离，分别得碳化硅和重液。

优选地，步骤1中，所述三溴甲烷和无水乙醇的质量比为100:1-100:5。

优选地，步骤2中，所述硅与碳化硅的混合物占所述混合液的质量浓度为0.05-0.2g/ml。

优选地，步骤2中，所述搅拌在常温下进行，搅拌的时间为10-20min。

优选地，步骤2中，所述离心的时间为10-20min。

优选地，步骤3和步骤4中，所述蒸馏的温度为160℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用重液作为分离硅和碳化硅的原料，可在较短的时间内将砂浆中的硅和碳化硅快速有效的分离，分离纯度高；同时分离时所采用的重液可以有效地回收再利用，回收率达到99.6％；本发明对硅和碳化硅的分离工艺简单有效，具有较大的推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为实施例1中的混合物微粉的电子探针图；

图2为实施例1中的上层物料的电子探针图；

图3为实施例1中的下层物料的电子探针图；

图4为实施例1中的混合物微粉、上层物料、下层物料的xrd曲线图；其中，纵坐标为x射线衍射后的强度，横坐标是x射线的入射角度的两倍；a为混合物微粉的xrd曲线图，b为上层物料的xrd曲线图，c为下层物料的xrd曲线图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

本发明提供了一种硅和碳化硅的分离方法，该方法所采用的分离方法为重液-离心分离法，具体分离方法通过以下实施例详细阐述。

实施例1

本实施例所用样品为陕西省户县太阳能电池厂于2012年3月21日提供，样品为切割后线锯砂浆初步经板框砂多次加酸反应除铁，水洗烘干过筛后，所得到的硅与碳化硅的混合样微粉。

采用重液对硅与碳化硅的混合样微粉进行分离，具体分离步骤如下：

步骤1，首先配制重液；本实施例所采用的重液的密度为2.83g/cm³，为三溴甲烷和无水乙醇的混合物，具体配制按照以下步骤进行，将100g三溴甲烷和2.5g无水乙醇倒入容器中，搅拌均匀，转入棕色瓶中备用。

步骤2，称取2g混合样微粉加入烧杯中，取步骤1配制好的重液30ml加入烧杯中，在300rpm的速度下搅拌15min，搅拌均匀，将上述搅拌均匀的溶液分别等量加入4只10ml的密封离心管内，进行高速离心处理，本实施例所使用的离心机的分离因数为1000，离心10min后，取出，可见离心管内上层物料和下层物料完全分离，中间层清澈透明，依次取出分层液体，分别得上层物料、中间重液和下层物料。

步骤3，将上层物料放入蒸馏瓶中，用kdm可控电热套控制温度在160℃条件下进行蒸馏分离，蒸发出的三溴甲烷和无水乙醇的混合物蒸汽经蛇形冷凝管冷凝后，凝结滴入洁净的容量瓶中可回收再利用，即得硅。

步骤4，将下层物料放入蒸馏瓶中，用kdm可控电热套控制温度在160℃条件下进行蒸馏分离，蒸发出的三溴甲烷和无水乙醇的混合物蒸汽经蛇形冷凝管冷凝后，凝结滴入洁净的容量瓶中，回收再利用。

实施例2

本实施例所用样品同实施例1。

采用重液对硅与碳化硅的混合样微粉进行分离，具体分离步骤如下：

步骤1，首先配制重液；本实施例所采用的重液的密度为2.87g/cm³，为三溴甲烷和无水乙醇的混合物，具体配制按照以下步骤进行，将100g三溴甲烷和1g无水乙醇倒入容器中，搅拌均匀，转入棕色瓶中备用。

步骤2，称取2g混合样微粉加入烧杯中，取步骤1配制好的重液30ml加入烧杯中，在300rpm的速度下搅拌15min，搅拌均匀，将上述搅拌均匀的溶液分别等量加入4只10ml的密封离心管内，进行高速离心处理，本实施例所使用的离心机的分离因数为1000，离心10min后，取出，可见离心管内上层物料和下层物料完全分离，中间层清澈透明，依次取出分层液体，分别得上层物料、中间重液和下层物料。

步骤3，将上层物料放入蒸馏瓶中，用kdm可控电热套控制温度在160℃条件下进行蒸馏分离，蒸发出的三溴甲烷和无水乙醇的混合物蒸汽经蛇形冷凝管冷凝后，凝结滴入洁净的容量瓶中可回收再利用，即得硅。

步骤4，将下层物料放入蒸馏瓶中，用kdm可控电热套控制温度在160℃条件下进行蒸馏分离，蒸发出的三溴甲烷和无水乙醇的混合物蒸汽经蛇形冷凝管冷凝后，凝结滴入洁净的容量瓶中，回收再利用。

实施例3

本实施例所用样品同实施例1。

采用重液对硅与碳化硅的混合样微粉进行分离，具体分离步骤如下：

步骤1，首先配制重液；本实施例所采用的重液的密度为2.8g/cm³，为三溴甲烷和无水乙醇的混合物，具体配制按照以下步骤进行，将100g三溴甲烷和5g无水乙醇倒入容器中，搅拌均匀，转入棕色瓶中备用。

步骤2，称取2g混合样微粉加入烧杯中，取步骤1配制好的重液30ml加入烧杯中，在300rpm的速度下搅拌20min，搅拌均匀，将上述搅拌均匀的溶液分别等量加入4只10ml的密封离心管内，进行高速离心处理，本实施例所使用的离心机的分离因数为1000，离心15min后，取出，可见离心管内上层物料和下层物料完全分离，中间层清澈透明，依次取出分层液体，分别得上层物料、中间重液和下层物料。

步骤3，将上层物料放入蒸馏瓶中，用kdm可控电热套控制温度在160℃条件下进行蒸馏分离，蒸发出的三溴甲烷和无水乙醇的混合物蒸汽经蛇形冷凝管冷凝后，凝结滴入洁净的容量瓶中可回收再利用，即得硅。

步骤4，将下层物料放入蒸馏瓶中，用kdm可控电热套控制温度在160℃条件下进行蒸馏分离，蒸发出的三溴甲烷和无水乙醇的混合物蒸汽经蛇形冷凝管冷凝后，凝结滴入洁净的容量瓶中，回收再利用。

用电子探针及xrd分析实施例1中混合样微粉、分离后得到的上层物料和下层物料，图1为混合物微粉的电子探针图，图2为上层物料的电子探针图，图3为下层物料的电子探针图，分析电子探针图可知，上层物料中含硅粉86％左右，基本不含硅的氧化物和碳化硅；下层物料中含碳化硅87％左右，基本不含硅和硅的氧化物。

对硅和碳化硅的混合物、上层物料和下层物料分别进行xrd衍射分析，结果如图4所示。由图4可知，上层物料中基本没有出现碳化硅的衍射峰，下层物料基本没有出现硅的衍射峰，说明使用本发明的分离方法对硅和碳化硅进行了有效地分离。

最后，将下层物料置于20％naoh溶液加热处理，可以看出，碱溶液中基本无沉淀，沉淀量小于2％，表明下层物料中几乎不含硅粉。

另外，本发明在分离硅和碳化硅的过程中，离心分离后的重液和蒸馏后得到的重液均可以回收再利用，回收率达到99.6％。

综上可知，本发明提供的硅和碳化硅的分离方法，可以简单快速的将硅与碳化硅进行分离，尤其针对太阳能电池片线切割生产过程中切割后线锯砂浆中的硅和碳化硅，采用本发明的方法，可以有效分离切割废砂浆中的硅和碳化硅，得到硅和碳化硅的粗精矿，减少了光伏产业中硅料的损失；并且本发明的分离方法操作简单，能耗低，具有较大的推广价值。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。