本发明具体涉及一种用碳化硅切割晶体硅废砂浆制备高纯硅的方法，属于高纯硅制备技术领域。
背景技术：
太阳能级晶体硅片的生产过程中，多线砂浆切割是普遍采用的方法。在切割过程中，利用金属丝高速往复运动，以碳化硅为磨料、聚乙二醇为分散悬浮剂进行研磨，硅锭可一次性同时切割为数百片。随着砂浆中硅粉的积累，砂浆切割能力逐步下降并最终变为失去切割能力的废砂浆。现有技术可以回收废砂浆的切割液和＞7mm的sic磨料，不可回收的尾料经处理得到砂浆切割废料。晶体硅切割过程中，约有近50%的硅损失于废砂浆中，2016年中国新增太阳能光伏装机容量34.2gw，按每gw耗硅1.2万吨硅料计算有41万吨的消耗，当年新产生20万吨的废硅料。大量掺有sic、聚乙二醇、金属杂质的硅粉长期堆积且没有得到利用，在资源浪费的同时也大量占有了土地，对环境造成了极大的危害。太阳能级多晶硅的生产无论改良西门子法还是硅烷法，都属于高污染、高耗能过程，如果能够对砂浆切割废料中的硅粉进行提纯回收并再用于太阳能级硅的行业链中去，将对资源再用、成本降低及环境保护具有重大意义。
砂浆切割废料成分复杂，其中切割液可通过离心蒸馏等技术进行回收再用于线切割；金属杂质可通过磁选或酸洗方法去除；粗微粉的碳化硅可通过过滤、离心等技术实现部分大微粉的回收。然而，废硅饼尾料中仍然含有金属杂质、聚乙二醇残液以及大量粒径小与7mm的sic微粉，因此si和sic微粉的高效分离是资源化利用废硅饼生产高纯硅的关键和难点。
目前，砂浆切割废料中si与sic微粉的精确分离与高效利用技术仍处在实验室阶段。由于碳化硅是十分惰性的物质，因此国内外多采用物理方法分离sic和si。切割料中sic和si在粒度分布、密度、表面性质和熔点上都有一定的差异，因此国内外同行多利用以上物理性质差异进行sic和si的分离。例如，利用si和sic熔点差异直接熔炼制备硅锭，然而由于高熔点的sic含量多会造成炉底上涨难题。利用si-cu合金的低熔点特性，可以降低熔炼温度，然而炉底上涨难题依然未解决，此外si/cu分离也会造成额外的能量消耗。利用si和sic表面zeta的差异采用电泳方式来分离si/sic；利用si和sic接触角差异采用泡沫浮选和萃取法来分离si/sic，然而这些方法均没有经过放大验证。利用粒度分布差异分别采用旋流分离和沉降方法来分离si/sic，然而由于si和sic粒度交叉严重，si和sic分离不彻底，无法进入熔炼炉熔炼。由于以上原因，目前尚没有能实现用碳化硅切割晶体硅废砂浆制备高纯硅的成熟技术。
技术实现要素：
为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用碳化硅切割晶体硅废砂浆制备高纯硅的方法，其具有生产工艺简单，提纯后的酸液进行中和、絮凝处理达到排放标准且不会对环境造成任何污染，经过对砂浆切割废料中的硅粉进行提纯回收并再用于太阳能级硅的行业链中去，将对资源再用、成本降低及环境保护具有重大意义。
具体的，用碳化硅切割晶体硅废砂浆制备高纯硅的方法为采用碳化硅切割晶体硅废砂浆为原料，经粉碎、纯化、分选、脱水干燥、压制、熔炼、二次粉碎、纯化、烘干后制成高纯硅。
进一步的，所述方法具体包括：
步骤一选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二取步骤一粉碎后的废砂浆，置入提纯罐内，加入去离子水搅拌，后加入提纯酸开机搅拌至均匀，再通入蒸汽加热反应后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三将步骤二纯化后的料浆加入去离子水搅拌均匀后经分选后残留碳化硅比例达到要求；
步骤四将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五将步骤四脱水干燥后的物料用压制成型机压制成块；
步骤六将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，加入熔炼添加剂，熔炼出硅液，冷却成硅块；
步骤七将步骤六熔炼出的硅块经粉碎成＜3mm的硅粉；
步骤八将步骤七粉碎的硅粉，置入提纯罐内，加入去离子水搅拌，后加入提纯酸开机搅拌至均匀止，再通入蒸汽加热反应2-8小时后进行中和处理到ph至6.5-7.5；
步骤九将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%产出高纯硅，包装入库。
进一步的，所述方法步骤二及步骤八中，加入提纯酸为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，通入蒸汽加热时加热温度为30-100度。
进一步的，所述方法步骤三中，经分选后碳化硅比例＜12%，分选方式为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选、沉降分选中的一种或多种的组合。
进一步的，所述方法步骤六中，加入熔炼添加剂的比例为30%-150%，熔炼添加剂为氧化物或无机盐类，或者为氧化物与无机盐类的组合。
进一步的，所述方法步骤六中，熔炼炉为中频炉、中频电弧炉、电磁感应炉中的一种或两种以上。
进一步的，所述方法步骤四及步骤九中，使用双锥真空旋转干燥机进行干燥。
进一步的，所述方法步骤九中，脱水干燥到水分＜0.5%，产出高纯硅，包装入库，高纯硅为99.999%＞si≥99.9%。
本发明的积极进步效果在于：
1、对原材料没有挑剔性，低纯度的废砂浆经过上述工艺的处理可成为高纯硅料，并且适用于太阳能单晶硅、多晶硅拉晶生长，原料来源具有广泛性，因此制备出的高纯硅价格低。
2、可灵活生产具有不同碳化硅含量的晶体硅切割废砂浆，具有非常强的可调节性，可根据不同的要求对不同碳化硅含量的废砂浆进行多种形式的分选，实现碳化硅和硅粉的有效分离，。
3、所生产的产品中，纯度高、杂质含量低，si含量在99.9%与99.999%之间，产品质量具有高稳定性。
4、废砂浆经分离后的碳化硅可用于磨料磨具和耐火材料行业，对太阳能行业中的废砂浆可实现吃干榨净的全处理，改变现有的废料存放对环境、水、土的污染。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行说明：
实施例1
本实施例提供一种用碳化硅切割晶体硅废砂浆制备高纯硅的方法，采用碳化硅切割晶体硅废砂浆为原料，经粉碎、纯化、分选、脱水干燥、压制、熔炼、粉碎、纯化、烘干后制成产品，步骤如下：
步骤一、选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二、取步骤一粉碎后的废砂浆100公斤，置入提纯罐内，加入200公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入提纯酸开机搅拌至均匀，后通入蒸汽加热到30-100度反应2-8小时后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三、将步骤二纯化后的料浆加入去离子水搅拌均匀后经分选后碳化硅比例达到要求；
步骤四、将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五、脱水干燥后的物料进行压制成块；
步骤六、将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，按要求比例加入熔炼添加剂熔炼出硅液冷却成硅块；
步骤七、将步骤六熔炼出的硅块经粉碎到＜3mm硅粉；
步骤八、将步骤七粉碎的硅粉100公斤，置入提纯罐内，加入200公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入提纯酸开机搅拌至均匀，后通入蒸汽加热反应2-8小时后进行中和处理到ph至6.5-7.5；
步骤九、将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%，产出高纯硅，包装入库。
步骤二、步骤八中根据提纯需要，加入提纯酸分别为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合提纯后，可有效降低金属杂质含量。
步骤二、步骤八中所述的通入蒸汽加热，加热温度控制到30-100度。
本实施例的分选为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合。
步骤三中，经分选后碳化硅比例达到要求中的碳化硅比例为＜12%。
本实施例中按要求比例加入熔炼添加剂中的要求比例为30%-150%；熔炼添加剂为氧化物和无机盐类的一种或多种组合。
步骤六中的将压制成块的物料投入熔炼炉中的熔炼炉为中频炉、中频电弧炉、电磁感应炉中的一种或多种组合。
步骤四、步骤九中的干燥使用的是指双锥真空旋转干燥机。
本实施例中高纯硅是指硅含量在大于等于99.9%和小于99.999%之间。
由于传统太阳能级多晶硅的生产无论改良西门子法还是硅烷法，都属于高污染、高耗能过程，本发明能够对砂浆切割废料中的硅粉进行经济高效的提纯回收并再用于太阳能级硅的行业链生产中去，将对资源再用、成本降低及环境保护具有重大意义。
传统工艺中的高纯硅均是由低品位的金属硅一步步提纯熔炼而来，而我公司经过创新，其一，我们采用的是对废砂浆原料提纯、分选，采用先提纯后分选的方法，可有效去除废料中聚乙二醇粘结的因素，为后续分选提供更好的分选环境。
其次，步骤二和步骤八中加入去离子水的好处是：消除水体所含矿物质、微量元素对对产品的影响。
传统干燥方法采用的是微波烘干、回转炉窑烘干、盘干机和闪蒸烘干，微波烘干出来的产品易结块，产品流动性非常差，回转炉窑烘干不是密闭易产生粉尘，重要的是这些设备在干燥过程中易与空气接触氧化，对产品纯度带来影响，我们采用双锥真空旋转干燥的方法更加节能、更加能够符合产品的特性，使其流动性更加好，避免氧化，所以，同样是烘干，而对产品的影响是截然不一样的。
传统工艺中，金属硅能耗大，一步步冶炼提纯带来能耗增加，我们在原料提纯后选用添加渣系的新型工艺，一次性熔炼与粉碎提纯相结合的方法，可降低能耗、降低成本。
实施例2：
步骤一、选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆300公斤，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二、取步骤一粉碎后的废砂浆300公斤，置入提纯罐内，加入600公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽加热到40度反应2-8小时后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三、将步骤二纯化后的料浆加入去离子水500公斤搅拌均匀后经气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合分选，取样检测碳化硅残留比例为8%；
步骤四、将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五、脱水干燥后的物料进行压制成块；
步骤六、将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，按80%的比例加入熔炼添加剂，熔炼出硅液冷却成硅块；
步骤七、将步骤六熔炼出的硅块经粉碎到＜3mm硅粉；
步骤八、将步骤七粉碎的硅粉120公斤，置入提纯罐内，加入240公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽40度反应2-8小时后进行中和，处理到ph至6.5-7.5；
步骤九、将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%，取样检测si含量为99.93%，产品包装入库。
本实施例步骤二、步骤八中根据提纯需要，加入提纯酸分别为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合提纯后，可有效降低金属杂质含量。
本实施例步骤二、步骤八中所述的通入蒸汽加热，加热温度控制到40度。
本实施例所述的分选分别为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合。
本实施例步骤三中所述的，经分选后碳化硅比例为＜8%，达到要求。
本实施例所述的按要求比例加入熔炼添加剂中的要求比例为80%；熔炼添加剂分别为氧化物和无机盐类的一种或多种组合。
本实施例步骤六中所述的将压制成块的物料投入熔炼炉中的熔炼炉为中频炉、中频电弧炉和电磁感应炉中的一种或多种组合。
本实施例步骤四、步骤九中所述的干燥是指双锥真空旋转干燥机。
本实施例所述的高纯硅取样检测硅含量为99.93%，符合要求。
实施例3：
步骤一、选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆300公斤，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二、取步骤一粉碎后的废砂浆300公斤，置入提纯罐内，加入600公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽加热到50度反应2-8小时后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三、将步骤二纯化后的料浆加入去离子水500公斤搅拌均匀后经气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合分选，取样检测碳化硅残留比例为10%；
步骤四、将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五、脱水干燥后的物料进行压制成块；
步骤六、将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，按90%的比例加入熔炼添加剂，熔炼出硅液冷却成硅块；
步骤七、将步骤六熔炼出的硅块经粉碎到＜3mm硅粉；
步骤八、将步骤七粉碎的硅粉120公斤，置入提纯罐内，加入240公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽50度反应2-8小时后进行中和，处理到ph至6.5-7.5；
步骤九、将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%，取样检测si含量为99.97%，产品包装入库。
本实施例步骤二、步骤八中根据提纯需要，加入提纯酸分别为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合提纯后，可有效降低金属杂质含量。
本实施例步骤二、步骤八中所述的通入蒸汽加热，加热温度控制到50度。
本实施例所述的分选分别为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合。
本实施例步骤三中所述的，经分选后碳化硅比例为＜10%，达到要求。
本实施例所述的按要求比例加入熔炼添加剂中的要求比例为90%；熔炼添加剂分别为氧化物和无机盐类的一种或多种组合。
本实施例步骤六中所述的将压制成块的物料投入熔炼炉中的熔炼炉为中频炉、中频电弧炉、电磁感应炉中的一种或多种组合。
本实施例步骤四、步骤九中所述的干燥是指双锥真空旋转干燥机。
本实施例所述的高纯硅取样检测硅含量为99.97%，符合要求。
实施例4：
步骤一、选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆300公斤，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二、取步骤一粉碎后的废砂浆300公斤，置入提纯罐内，加入600公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽加热到60度反应2-8小时后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三、将步骤二纯化后的料浆加入去离子水500公斤搅拌均匀后经气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合分选，取样检测碳化硅残留比例为9%；
步骤四、将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五、脱水干燥后的物料进行压制成块；
步骤六、将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，按100%的比例加入熔炼添加剂，熔炼出硅液冷却成硅块；
步骤七、将步骤六熔炼出的硅块经粉碎到＜3mm硅粉；
步骤八、将步骤七粉碎的硅粉120公斤，置入提纯罐内，加入240公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽60度反应2-8小时后进行中和，处理到ph至6.5-7.5；
步骤九、将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%，取样检测si含量为99.991%，产品包装入库。
本实施例步骤二、步骤八中根据提纯需要，加入提纯酸分别为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合提纯后，可有效降低金属杂质含量。
本实施例步骤二、步骤八中所述的通入蒸汽加热，加热温度控制到60度。
本实施例所述的分选分别为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合。
本实施例步骤三中所述的，经分选后碳化硅比例为＜9%，达到要求。
本实施例所述的按要求比例加入熔炼添加剂中的要求比例为100%；熔炼添加剂分别为氧化物和无机盐类的一种或多种组合。
本实施例步骤六中所述的将压制成块的物料投入熔炼炉中的熔炼炉为中频炉、中频电弧炉、电磁感应炉中的一种或多种组合。
本实施例步骤四、步骤九中所述的干燥是指双锥真空旋转干燥机。
本实施例所述的高纯硅取样检测硅含量为99.991%，符合要求。
实施例5：
步骤一、选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆300公斤，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二、取步骤一粉碎后的废砂浆300公斤，置入提纯罐内，加入600公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽加热到70度反应2-8小时后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三、将步骤二纯化后的料浆加入去离子水500公斤搅拌均匀后经气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合分选，取样检测碳化硅残留比例为11%；
步骤四、将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五、脱水干燥后的物料进行压制成块；
步骤六、将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，按110%的比例加入熔炼添加剂，熔炼出硅液冷却成硅块；
步骤七、将步骤六熔炼出的硅块经粉碎到＜3mm硅粉；
步骤八、将步骤七粉碎的硅粉120公斤，置入提纯罐内，加入240公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽70度反应2-8小时后进行中和，处理到ph至6.5-7.5；
步骤九、将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%，取样检测si含量为99.994%，产品包装入库。
本实施例步骤二、步骤八中根据提纯需要，加入提纯酸分别为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合提纯后，可有效降低金属杂质含量。
本实施例步骤二、步骤八中所述的通入蒸汽加热，加热温度控制到70度。
本实施例所述的分选分别为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合。
本实施例步骤三中所述的，经分选后碳化硅比例为＜11%，达到要求。
本实施例所述的按要求比例加入熔炼添加剂中的要求比例为110%；熔炼添加剂分别为氧化物和无机盐类的一种或多种组合。
本实施例步骤六中所述的将压制成块的物料投入熔炼炉中的熔炼炉为中频炉、中频电弧炉、电磁感应炉中的一种或多种组合。
本实施例步骤四、步骤九中所述的干燥是指双锥真空旋转干燥机。
本实施例所述的高纯硅取样检测硅含量为99.994%，符合要求。
实施例6：
步骤一、选取碳化硅切割晶体硅的废砂浆300公斤，粉碎至粒径＜10μm；
步骤二、取步骤一粉碎后的废砂浆300公斤，置入提纯罐内，加入600公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽加热到80度反应2-8小时后进行中和处理到ph至4.5-7.5；
步骤三、将步骤二纯化后的料浆加入去离子水500公斤搅拌均匀后经气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合分选，取样检测碳化硅残留比例为12%；
步骤四、将步骤三分选后的料浆脱水干燥到水分＜10%；
步骤五、脱水干燥后的物料进行压制成块；
步骤六、将步骤五压制成块的物料投入熔炼炉，按120%的比例加入熔炼添加剂，熔炼出硅液冷却成硅块；
步骤七、将步骤六熔炼出的硅块经粉碎到＜3mm硅粉；
步骤八、将步骤七粉碎的硅粉120公斤，置入提纯罐内，加入240公斤的去离子水，搅拌转速40—100rpm，后加入硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合，开机搅拌至均匀后通入蒸汽80度反应2-8小时后进行中和，处理到ph至6.5-7.5；
步骤九、将步骤八纯化后料浆脱水干燥到水分＜0.5%，取样检测si含量为99.997%，产品包装入库。
本实施例步骤二、步骤八中根据提纯需要，加入提纯酸分别为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸的一种或多种组合提纯后，可有效降低金属杂质含量。
本实施例步骤二、步骤八中所述的通入蒸汽加热，加热温度控制到80度。
本实施例所述的分选分别为气流分选、旋流分选、离心分选、溢流分选和沉降分选中的一种或多种组合。
本实施例步骤三中所述的，经分选后碳化硅比例为＜12%，达到要求。
本实施例所述的按要求比例加入熔炼添加剂中的要求比例为120%；熔炼添加剂分别为氧化物和无机盐类的一种或多种组合。
本实施例步骤六中所述的将压制成块的物料投入熔炼炉中的熔炼炉为中频炉、中频电弧炉、电磁感应炉中的一种或多种组合。
本实施例步骤四、步骤九中所述的干燥是指双锥真空旋转干燥机。
本实施例所述的高纯硅取样检测硅含量为99.997%，符合要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。