專利名稱：硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏領(lǐng)域的硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中的硅與碳化硅的粉體分離 技術(shù)，特別是采用界面張力的差異，分離硅與碳化硅的方法。
背景技術(shù)：
各種硅片，包括多晶硅與單晶硅太陽能電池片、微電子產(chǎn)業(yè)使用的硅晶圓，普遍采用鋼 絲線鋸配合碳化硅磨料漿切割生產(chǎn)，以下將簡稱砂漿。硅片厚度一般為0.22 mm，目前還有 進(jìn)一步減薄的發(fā)展趨勢，線鋸縫寬度一般為0. 18-0. 30 mm，這意味著約20-60%的高純硅料 成為鋸屑進(jìn)入料漿。其提取回收等于開辟一種新的規(guī)模可觀的高純硅原料來源。
將硅粉與碳化硅粉分離開來是從硅片線鋸砂漿中提取回收硅粉的關(guān)鍵，也是主要難點(diǎn)。 從生產(chǎn)中排放的廢砂漿中提取回收高純硅雖然效益巨大，但全球努力至今未果，國際上迄今 為止未見有任何線鋸硅屑回收生產(chǎn)活動(dòng)或技術(shù)成果的報(bào)道。過去的幾十年中，國內(nèi)外曾出現(xiàn) 有若干相關(guān)技術(shù)專利，以下對它們作扼要介紹和評述。
2004年和2005年美國先后授權(quán)并發(fā)布了 Billiet等申報(bào)的兩項(xiàng)硅線鋸屑回收利用技術(shù)專 利，分別是"來自硅屑的光伏電池Photovoltaic cells from silicon kerf， 美國專利 US6780665, 2004. 08. 24"和"來自硅屑的MEMS器件MEMS and MEMS components from silicon kerf，美國專利US6838047， 2005.01.04"，十分引人注目。它們各分為線鋸屑回收技術(shù)與 硅屑微粉壓制與燒結(jié)成型制作器件技術(shù)兩部份。兩項(xiàng)專利的前部份都提出采用泡沫浮選技術(shù) 分離硅與碳化硅粉，以對硅表面有高選擇性的有機(jī)表面活性劑作為捕收劑來收集提取硅粉。 兩項(xiàng)專利都未指出具體的表面活性劑成分。由于硅與碳化硅的理化性質(zhì)相近，且均為微粉， 要找到這種表面活性劑有較大困難，而且一般泡沬浮選的分離能力有限，目前這種方法實(shí)際 還未見有工業(yè)應(yīng)用的消息報(bào)道。
國內(nèi)金柏林申報(bào)的2008年1月開始公示的"CN101113029單晶硅切割廢液的回收處理方 法"的發(fā)明專利，該發(fā)明對切割廢液，即本發(fā)明所稱砂漿中碳化硅和聚乙二醇的回收提出了 看來合理可行的技術(shù)，但對硅粉屑的回收技術(shù)則看來不合理通過清洗得到碳化硅粉和硅粉 的混合物后，以氫氟酸、硝酸混合酸液溶解掉其中硅粉，然后通過蒸發(fā)一冷凝得到氟硅酸溶 液，發(fā)明人稱"將其烘干后可加工成單晶硅"。該過程十分復(fù)雜、就回收碳化硅而言或許有效， 對硅而言則實(shí)際在走回頭路，將潛在的高純硅粉變成了與體系中所有能溶于上述混合酸的雜 質(zhì)共溶的溶液。因此這一技術(shù)實(shí)際并不能實(shí)現(xiàn)或有助于高純硅的回收。西安交通大學(xué)楊建鋒申報(bào)的2008年2月開始公示的"CN101130237 —種從切割廢砂漿中 回收硅粉和碳化硅粉的方法"的發(fā)明專利，該專利宣稱采用氣流浮選技術(shù)和液相重力浮選技 術(shù)分離碳化硅粉和硅粉，最終可得到純度大于98Wwt的硅粉。這樣的純度離高純硅冋收的要 求還有很大距離。其液相重力浮選所需要的三溴甲垸等試劑十分昂貴且具毒性；多晶硅線鋸 過程中產(chǎn)生的硅粉屑多為微米到亞微米級，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，其液相重力浮選將十分困難。因 此這一技術(shù)即使作為高純硅提取中間步驟也并不理想。
總體而言，目前國內(nèi)外都還沒有從硅晶線鋸磨料漿回收高純硅的生產(chǎn)應(yīng)用報(bào)道；相關(guān)技 術(shù)專利數(shù)量也很少，分析表明它們確都不能提供可以生產(chǎn)實(shí)施的高純硅回收技術(shù)，甚至基本 上不能為之提供借鑒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案有下列-
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按 重量配比為砂漿100-1000份處理劑100-1000份；將砂漿與處理劑攪拌均勻，沉降分為三 層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比1-15%
的反應(yīng)劑，0. 1-5%的表面改性劑，其余為溶劑；其中反應(yīng)劑為鹽酸、氫氟酸、硫酸和檸檬酸
中至少一種或數(shù)種，表面改性劑為十二垸基磺酸鈉、十二烷基磺酸胺、十六烷基三甲基溴化 銨中至少一種或數(shù)種；溶劑為乙醇、甲醇、水中至少一種或數(shù)種。
發(fā)明原理
本發(fā)明的處理劑與砂漿作用后使碳化硅及硅粉粒表面與溶劑間表面張力產(chǎn)生足夠大的差 別，使硅粉和碳化硅粉在該處理劑中分別浮起與下沉，然后分別收集。處理劑同時(shí)可降低砂 漿的粘度，使其砂漿流動(dòng)性更好。
發(fā)明效果
分離硅粉與碳化硅粉體。用本發(fā)明技術(shù)可從硅片線鋸砂漿中提取出純硅粉，其中碳化硅
夾雜含量低于X射線衍射儀檢測極限(<0. l%wt)。剩余砂漿中硅含量低于10%。分為三層是
本發(fā)明的特色，上層的硅粉和下層的碳化硅之間的中間為液體層；便于分界，分別收集，收
集的效果良好。如果只分為雙層，缺少屮間層，收集效果會(huì)不理想。本發(fā)明的處理劑的組合 能比較好的保證分離為三層。具體實(shí)施例 實(shí)施例1:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿100-1000份處理劑
100 1000份；將砂漿與處理劑攪拌均勻，沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化 硅；中間為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比1-15% 的反應(yīng)劑，0. 1-5%的表面改性劑，其余為溶劑；其中反應(yīng)劑為鹽酸、氫氟酸、硫酸和擰檬酸 中至少一種或數(shù)種，表面改性劑為十二垸基磺酸鈉、十二垸基磺酸胺、十六垸基三甲基溴化 鈸中至少一種或數(shù)種；溶劑為乙醇、甲醇、水中至少一種或數(shù)種。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。
實(shí)施例2:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿1000份處理劑100份； 將砂漿與處理劑攪拌均勻，S然沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比97%的 溶劑，3%的反應(yīng)劑，2%的表面改性劑；其中溶劑為97%的乙醇，反應(yīng)劑為3%的鹽酸，表面改 性劑為1%的十二烷基磺酸鈉和1%的十二垸基磺酸胺。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從卜'層收集碳化硅的沉淀物。
實(shí)施例3:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿200份處理劑800份； 將砂漿與處理劑攪拌均勻，離心沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比94%的 溶劑，3%的反應(yīng)劑，3%的表面改性劑；其中溶劑為94%的甲醇，反應(yīng)劑為1%的鹽酸和2%的氫 氟酸，表面改性劑為1%的十二垸基磺酸鈉和2%的十二烷基磺酸胺。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。實(shí)施例4:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿100份處理劑1000份; 將砂漿與處理劑攪拌均勻，離心沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比94%的 溶劑，1%的反應(yīng)劑，5%的表面改性劑；其中溶劑為90%的水和4%的甲醇，反應(yīng)劑為1%的氫氟 酸，表面改性劑為2%的十二垸基磺酸鈉和1%的十二垸基磺酸胺和2%的十六烷基三甲基溴化 銨。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。 實(shí)施例5:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿500份處理劑600份； 將砂漿與處理劑攪拌均勻，自然沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比95%的 溶劑，1%的反應(yīng)劑，4%的表面改性劑；其中溶劑為95%的水，反應(yīng)劑為1%的檸檬酸，表面改 性劑為4%的十六烷基三甲基溴化銨。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。
實(shí)施例6:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿800份處理劑200份； 將砂槳與處理劑攪拌均勻，離心沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比84. 9% 的溶劑，15%的反應(yīng)劑，0. 1%的表面改性劑;其中溶劑為84.9%的乙醇，反應(yīng)劑為5%的鹽酸和 3%的氫氟酸和2%的硫酸和5%的檸檬酸，表面改性劑為0. 1%的十二烷基磺酸鈉。
6從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。 實(shí)施例7:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿400份處理劑800份; 將砂漿與處理劑攪拌均勻，自然沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比96%的 溶劑，2%的反應(yīng)劑，2%的表面改性劑；其中溶劑為96%的水，反應(yīng)劑為2%的硫酸，表面改性 劑為2%的十二垸基磺酸胺。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。
實(shí)施例8:
硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其中
向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿700份處理劑300份； 將砂漿與處理劑攪拌均勻，離心沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間 為液體層；
處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比92%的 溶劑，2%的反應(yīng)劑，5%的表面改性劑；其中溶劑為88%的水和4%的乙醇，反應(yīng)劑為2%的氫氟 酸，表面改性劑為3%的十二烷基磺酸鈉和2%的十二烷基磺酸胺。
從表面刮取上層的硅粉浮起物；從下層收集碳化硅的沉淀物。
實(shí)驗(yàn)效果-
本發(fā)明的實(shí)施例4的效果最佳收集的硅粉中殘存的碳化硅少于0.3%體積百分比，砂 漿中剩余的硅少于3%體積百分比。
本發(fā)明的其他實(shí)施例的效果也不錯(cuò)都基本上能達(dá)到收集的硅粉中殘存的碳化硅少于
0.5%體積百分比，砂漿中剩余的硅少于10%體積百分比的效果。
權(quán)利要求
1、硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其特征在于向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿100-1000份處理劑100-1000份；將砂漿與處理劑攪拌均勻，沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間為液體層。
2、 如權(quán)利要求1所述的硅粉與碳化硅粉的界面張力分離方法，其特征在于處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，混合比例為重量百分比1-15%的反應(yīng)劑，0. 1-5% 的表面改性劑，其余為溶劑；其中反應(yīng)劑為鹽酸、氫氟酸、硫酸和檸檬酸中至少一種或數(shù)種， 表面改性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸胺、十六烷基三甲基溴化銨中至少一種或數(shù)種； 溶劑為乙醇、甲醇、水中至少一種或數(shù)種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏領(lǐng)域的硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中的硅與碳化硅的粉體分離技術(shù)，特別是采用界面張力的差異，分離硅與碳化硅的方法。該分離方法步驟如下向從硅片線鋸工藝產(chǎn)生的砂漿中加入處理劑，按重量配比為砂漿100-1000份處理劑100-1000份；將砂漿與處理劑攪拌均勻，沉降分為三層，分別收集上層的硅粉和下層的碳化硅；中間為液體層。處理劑包括溶劑和反應(yīng)劑和表面改性劑按比例混合而成，其中反應(yīng)劑為鹽酸、氫氟酸、硫酸和檸檬酸，表面改性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸胺、十六烷基三甲基溴化銨；溶劑為乙醇、甲醇、水。用該方法可從硅片線鋸砂漿中提取出純硅粉，其中碳化硅夾雜含量低于0.1％wt。
文檔編號B24B55/12GK101623852SQ20091011499
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者浪 周, 周潘兵, 尹傳強(qiáng), 亮 明, 熊裕華, 顏頡頏, 黃美玲 申請人:浪 周