一種多晶硅切割廢料處理方法
【專利摘要】一種多晶硅切割廢料處理方法，涉及資源化的綜合利用。本發(fā)明以多晶硅切割廢料為主要原料，對其進行堿溶液浸出和過濾，直接得到氫氣、硅酸鈉溶液、碳化硅與鐵的混合物，具體步驟為：在20?95℃的溫度范圍內(nèi)，使用濃度為5?15%氫氧化鈉(或氫氧化鉀)溶液對切割廢料進行浸出，浸出結(jié)束后進行過濾，將濾液和浸出后廢料進行分離，堿浸過程中廢料中的Si與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣，濾液可用于制備水玻璃，或作為進一步制備白炭黑的原料；堿浸后廢料的主要成分為Fe和SiC，對鐵進行酸浸分離后可得到純的碳化硅。本發(fā)明提供了一種低成本資源化利用多晶硅切割廢料的技術(shù)，可最大程度地回收多晶硅切割廢料中的有價元素，實現(xiàn)變廢為寶。
【專利說明】
一種多晶硅切割廢料處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種資源化利用多晶硅切割廢料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能產(chǎn)業(yè)和半導體產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，晶體硅作為重要的光電材料、半導體材料，全球?qū)w硅的需求量越來越多，在這些產(chǎn)業(yè)中需要將其切割成符合要求的硅片，但是在切割過程中，大約50%左右的晶體硅以硅粉的形式損失掉成為廢料漿，這些廢漿料大量堆積，容易引起一定的安全和環(huán)境問題，對土壤、空氣和水資源造成污染。
[0003]多晶硅廢料的主要成分為硅、碳化硅和鐵氧化物。由于硅和碳化硅的理化性質(zhì)相近，并且廢料的粒徑非常細，高度分離硅和碳化硅的難度較高。目前以多晶硅切割廢料為原料，對其中的硅和碳化硅進行分離提純的方法，包括泡沫浮選法、離心分離法、重液分離技術(shù)、高溫過濾法和化學分離法等，但是這些方法成本過高，工藝復(fù)雜，而且有些方法仍處于研究階段，其分離和提純過程仍有待進一步的改善。
[0004]氫氣是一種重要的工業(yè)氣體，但是目前由于制備方法的限制，如電解水、裂解天然氣，裂解氨氣等，使得其價格較高。碳化硅作為一種常用的高溫耐火材料，具有很好的熱穩(wěn)定性、耐磨性和抗蠕變性等性能，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、生物等領(lǐng)域。水玻璃的用途也非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟的各個部門。例如化工系統(tǒng)被用來制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、五水偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀硅酸鈉、硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類產(chǎn)品，是硅化合物的基本原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種多晶硅切割廢料的處理方法，以多晶硅切割廢料為原料，通過堿浸出得到硅酸鈉溶液浸出液，可直接制備氫氣和水玻璃，也可以與酸反應(yīng)以制備白炭黑，堿浸出后的廢料經(jīng)過酸浸可得到純的碳化硅，不僅可以減少廢料對于環(huán)境的污染問題，而且可以充分回收利用資源，低成本制備工業(yè)價值較高的氫氣、水玻璃和碳化硅。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
以多晶硅切割廢料為主要原料，對其進行堿溶液浸出和過濾，可直接得到氫氣、硅酸鈉溶液、碳化硅與鐵的混合物。
[0007]多晶硅切割廢料處理方法具體步驟是:
(1)配置一定濃度的堿溶液，并使溶液溫度穩(wěn)定在20-950C;
(2)在攪拌的條件下，把多晶硅切割廢料加入堿溶液中；
(3)對過程中產(chǎn)生的氫氣進行收集，反應(yīng)結(jié)束后，對反應(yīng)物進行過濾分離，得到硅酸鈉溶液浸出液；
(4)步驟(3)中過濾得到的廢料進行酸浸，得到純的碳化硅。所述堿溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或者兩者混合溶液，其濃度為5-15%。
[0008]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:
本發(fā)明直接利用多晶硅切割廢料，無需廢料的預(yù)處理以及高溫反應(yīng)。直接使用氫氧化鈉溶液在較低的溫度下進行堿浸出，使得廢料中的二氧化硅和硅與氫氧化鈉生成硅酸鈉，可用于制備水玻璃和白炭黑的原料，同時硅與氫氧化鈉的反應(yīng)可用于制備氫氣。未反應(yīng)的碳化硅可通過酸浸除鐵進行分離提純。本發(fā)明提供了一種低成本資源化利用多晶硅切割廢料的技術(shù)，可最大程度地回收多晶硅切割廢料中的有價元素，實現(xiàn)變廢為寶。
【附圖說明】
[0009]圖1為實施例1過濾后廢料XRD衍射圖像。
[0010]圖2為實施例2過濾后廢料XRD衍射圖像。
[0011 ]圖3為實施例3過濾后廢料XRD衍射圖像。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0014]實施例1
取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質(zhì)量分數(shù)為5%的氫氧化鈉溶液，并用水浴鍋加熱到75°C。在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產(chǎn)生的氫氣進行收集，反應(yīng)1min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應(yīng)物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥，并進行XRD分析。結(jié)果如圖1所示，根據(jù)圖1可知浸出后剩余的物質(zhì)主要為SiC，廢料中的鐵由于含量太低在XRD圖中的衍射峰無法顯示。
[0015]實施例2
取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質(zhì)量分數(shù)為5%的氫氧化鉀溶液，并用水浴鍋加熱到95°C。在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產(chǎn)生的氫氣進行收集，反應(yīng)20min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應(yīng)物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥，并進行XRD分析。結(jié)果如圖2所示，根據(jù)圖2可知浸出后剩余的物質(zhì)主要為SiC0
[0016]實施例3
取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質(zhì)量分數(shù)為15%的氫氧化鈉溶液，并用水浴鍋加熱到65°C。在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產(chǎn)生的氫氣進行收集，反應(yīng)1min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應(yīng)物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥，并進行XRD分析。結(jié)果如圖3所示，根據(jù)圖3可知浸出后剩余的物質(zhì)主要為SiC0
[0017]實施例4 取7.9g固體氫氧化鈉用去離子水配置成質(zhì)量分數(shù)為5%的氫氧化鈉溶液，并用水浴鍋加熱到25°C ο在攪拌的條件下，取4g硅切割廢料加入氫氧化鈉溶液中，對過程中產(chǎn)生的氫氣進行收集，反應(yīng)1min后，得到硅酸鈉溶液浸出液，取出反應(yīng)物進行抽濾。將抽濾后的剩余固體廢料進行干燥。
【主權(quán)項】
1.一種多晶硅切割廢料處理方法，其特征在于，以多晶硅切割廢料為主要原料，對其進行堿溶液浸出和過濾，直接得到氫氣、硅酸鈉溶液、碳化硅與鐵的混合物。2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅切割廢料處理方法，其特征在于，具體步驟是: 1)配置一定濃度的堿溶液，并使溶液溫度穩(wěn)定在20-950C; 2))在攪拌的條件下，把多晶硅切割廢料加入堿溶液中； 3)對過程中產(chǎn)生的氫氣進行收集，反應(yīng)結(jié)束后，對反應(yīng)物進行過濾分離，得到硅酸鈉溶液浸出液； 4)將步驟3)中過濾得到的廢料進行酸浸，得到純的碳化硅。3.如權(quán)利要求1所述的多晶硅切割廢料處理方法，其特征在于，所述堿溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或者兩者混合溶液，其濃度為5-15%。
【文檔編號】C01B3/06GK105858602SQ201610219288
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】張國華, 侯勇, 吳躍東
【申請人】北京科技大學