專利名稱：一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法。具應(yīng)用領(lǐng)域主要是光伏行業(yè)晶硅切割廢砂漿、電子行業(yè)晶硅切割廢砂漿的資源化綜合利用。
背景技術(shù)：
硅片是發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。隨著全球范圍內(nèi)太陽能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，硅片需求量和加工量集聚增長。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國硅片產(chǎn)能自2008年起已穩(wěn)居全球首位，2010年國內(nèi)硅片總產(chǎn)能近14GW，已占全球總產(chǎn)能50%以上。線切割是目前國際上硅片生產(chǎn)的通行方式。線切割加工的過程有賴于晶硅切割液 (又稱切削液、懸浮液)、碳化硅微粉(又稱磨料、切割砂)的配合使用，同時會伴生大量的晶硅切割廢砂漿。根據(jù)國內(nèi)硅片企業(yè)的平均工藝水平，IMW硅片約需耗用12噸晶體硅；每切割1噸晶體硅約需要使用3. 0噸碳化硅微粉和3. 2噸晶硅切割液，并在切割過程中產(chǎn)生約7. 6 7. 9噸切割廢砂漿。根據(jù)2010年國內(nèi)硅片產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預(yù)期2012年，國內(nèi)硅片企業(yè)年需碳化硅微粉約115. 2力噸、晶硅切割液約122. 88力噸，年產(chǎn)生切割廢砂漿總量約300力噸。切割廢砂漿的主要成分為切割液組份、碳化硅、硅粉以及金屬雜質(zhì)。眾所周知，晶硅切割切割環(huán)節(jié)有約50%的晶硅被切割成硅粉而進入到廢砂漿中，Si組份在廢砂漿中占比達到6 13% (w/w)；由于缺乏有效的回收和綜合利用技術(shù)，每年上萬t晶硅材料被白白損失掉。國內(nèi)多大數(shù)企業(yè)在晶硅切割廢砂漿資源化回收過程中所得到的硅粉料中Si單質(zhì)含量也僅僅在65%-85%之間。若能將上述低含量硅粉(多數(shù)為硅粉與碳化硅混合物)加以再利用，不僅僅可以發(fā)揮資源價值，同時也可以削減工業(yè)固廢物的產(chǎn)生量，具有巨大的社會和環(huán)境效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將從廢砂漿中回收的硅粉加以綜合利用，以其來制備獲得較高附加值的烷基鹵代硅烷的方法。木發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將廢砂漿通過機械分離器進行固液分離，機械分離器的操作溫度室溫或50 80°C ；通過機械分離器得到固態(tài)漿料和懸浮液；通過控制分離精度和分離級數(shù)，以使得廢砂漿中所含固態(tài)物的90 99% (w/w)進入到固態(tài)漿料，所含液態(tài)物的70-99% (w/w)進入到懸浮液(用于回收切割液組份)；將固態(tài)漿料進行水洗、酸洗、二次水洗，經(jīng)烘干后，得到混合干砂料；(2)將混合干漿料通過旋流器分離，得到硅粉混合物和碳化硅微粉混合物；碳化硅微粉混合物用于回收碳化硅組份；硅粉混合物中硅粉含量為65 90% (w/w)；(3)將硅粉混合物與Cu粉催化劑混合；按重量比每100份硅粉混合物，Cu粉催化劑0. 5-5份；將上述混合物在惰性氣氛中升溫到250 300°C;通入一氯烷烴氣體；反應(yīng)2 5小時；冷卻后將所收集到油狀液體進行精餾，獲得烷基鹵代硅烷。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于所述廢砂漿包括光伏行業(yè)中晶硅切割的廢砂漿和電子行業(yè)中晶硅切割的廢砂漿。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于所述烷基鹵代硅烷包括二甲基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷中的一種或兩種混合物。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于步驟(1)中所述的機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、壓濾機、精密過濾器中的一種或幾種組合。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于步驟(1)中所述進行廢砂漿的固液分離時，廢砂漿包括未添加或已添加稀釋劑。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于步驟(1)中所述控制分離精度和分離級數(shù)，分離精度為0. 5 2 μ m，分離級數(shù)為2-5級。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟(1)中所述酸洗所用的酸為無機酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在50°c 120°C ；所述水洗時用清水，水洗溫度為常溫或在50°C 120°C，在水洗后再經(jīng)機械分離得到濕料；所述在烘干時所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥法；烘干溫度為50°C 200°C ；烘干壓力包括常壓或真空。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟O)中所述通過旋流器分離時，旋流器分離方式包括氣流分級或水力分級。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟(3)中所述惰性氣氛是使用惰性氣體保護，惰性氣體可以是氮氣、氬氣。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟(3)中所述一氯烷烴氣體包括一氯甲烷、一氯乙烷中的一種或兩種混合物。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點在于(1)從廢砂漿體系中通過簡單物理分離后所得硅粉混合物即可滿足反應(yīng)原料的要求；硅粉混合物中的硅粉含量在65%以上時，通過本工藝可以順利制備烷基鹵代硅烷。(2)在硅粉混合物中所存在的碳化硅組份對制備工藝無影響，在后續(xù)組份收集和精餾過程中以殘渣形態(tài)存在。(3)本發(fā)明工藝硅粉轉(zhuǎn)化利用率大于87% (相對硅粉混合物)；相對廢砂漿而言， 硅粉綜合利用率大于81%。


附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例1 取一批來源于江西賽維LDK太陽能高科技股份有限公司所產(chǎn)生的廢砂漿，經(jīng)檢測廢砂漿組份物情況如下切割液組份42.0%、碳化硅組份39.0%、硅組份10.0%、水份 5. 0%、金屬類組份1. 8 %、色素及交聯(lián)高分子物質(zhì)2. 2%。將10噸上述廢砂漿中加入10噸水以稀釋體系粘度；輸送到板框壓濾機進行壓濾分離，壓濾分離溫度為60°C ；兩級壓濾后；將壓濾液輸送到精密過程器進行精密分離，控制分離精度為Iym;收集固態(tài)漿料5982Kg和懸浮液14018Kg ；其中懸浮液用于回收切割液組份。經(jīng)檢測計算，固態(tài)漿料中固態(tài)物總量為498^(g(其中含碳化硅組份3830Kg、硅粉組份98Ig，金屬組份17!3Kg，合計占廢砂漿中所含固態(tài)物的98. 13% )；懸浮液中液態(tài)物 1392 (合計占廢砂漿中所含液態(tài)物的93. 32% )0將固態(tài)漿料用清水漂洗、進入離心分離機，去除大部分液體后，加入40%硫酸在 60°C下攪拌Ih后，進入離心分離機，去除大部分液體后，再用清水漂洗至中性，經(jīng)機械分離后，于110°C下采用流化床常壓干燥證，收集到經(jīng)過混合干砂料4803Kg。經(jīng)檢測，其中含碳化硅組份38MKg、硅粉組份979Kg。將上述混合干漿料通過旋流器進行氣流分級，收集得到硅粉混合物IllOKg和碳化硅微粉混合物3693Kg(用于回收碳化硅組份)；碳化硅微粉混合物用于回收碳化硅組份； 經(jīng)檢測，硅粉混合物中含硅粉組份930Kg、碳化硅組份ISOKg ；硅粉含量為83. 78%。將上述硅粉混合物與12KgCu粉催化劑混合；在氮氣保護的情況下，升溫到260°C ； 通入一氯甲烷氣體，反應(yīng)3小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物和底物降溫冷卻；收集油狀液體進行精餾， 獲得二甲基二氯硅烷3738Kg。經(jīng)GC分析，產(chǎn)物純度為99. 10%。 經(jīng)計算，硅粉轉(zhuǎn)化率為87. 25% (相對硅粉混合物)；相對廢砂漿而言，硅粉綜合利用率為81. 14%。實例2 采用與實施例1中同樣來源和組成的硅粉混合物，取其中IOOKg上述硅粉混合與 4KgCu粉催化劑混合；在氬氣保護的情況下，升溫到270°C ；通入一氯甲烷氣體，反應(yīng)3小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物和底物降溫冷卻；收集油狀液體進行精餾，獲得二甲基二氯硅烷339Kg。經(jīng) GC分析，產(chǎn)物純度為99. 03%。經(jīng)計算，硅粉轉(zhuǎn)化率為87. 86% (相對硅粉混合物)；相對廢砂漿而言，硅粉綜合利用率為81. 71%。實例3 采用與實施例1中同樣來源和組成的硅粉混合物，取其中IOOKg上述硅粉混合與 2KgCu粉催化劑混合；在氮氣保護的情況下，升溫到260°C ；通入一氯乙烷氣體，反應(yīng)3小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物和底物降溫冷卻；收集油狀液體進行精餾，獲得二乙基二氯硅烷409Kg。經(jīng) GC分析，產(chǎn)物純度為99. 18%。經(jīng)計算，硅粉轉(zhuǎn)化率為87. 11 % (相對硅粉混合物)；相對廢砂漿而言，硅粉綜合利用率為81. 01%。實例4 采用與實施例1中同樣來源和組成的硅粉混合物，取其中IOOKg上述硅粉混合與 4KgCu粉催化劑混合；在氬氣保護的情況下，升溫到270°C ；通入一氯乙烷氣體，反應(yīng)3小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物和底物降溫冷卻；收集油狀液體進行精餾，獲得二乙基二氯硅烷410Kg。經(jīng) GC分析，產(chǎn)物純度為99. 13%。
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經(jīng)計算，硅粉轉(zhuǎn)化率為87. 21 % (相對硅粉混合物)；相對廢砂漿而言，硅粉綜合利用率為81. 10%。
權(quán)利要求
1.一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將廢砂漿通過機械分離器進行固液分離，機械分離器的操作溫度室溫或50 80°C ；通過機械分離器得到固態(tài)漿料和懸浮液；通過控制分離精度和分離級數(shù)，以使得廢砂漿中所含固態(tài)物的90 99% (w/w)進入到固態(tài)漿料，所含液態(tài)物的70-99% (w/w)進入到懸浮液(用于回收切割液組份)；將固態(tài)漿料進行水洗、酸洗、二次水洗，經(jīng)烘干后，得到混合干砂料；(2)將混合干漿料通過旋流器分離，得到硅粉混合物和碳化硅微粉混合物；碳化硅微粉混合物用于回收碳化硅組份；硅粉混合物中硅粉含量為65 90% (w/w)；(3)將硅粉混合物與Cu粉催化劑混合；按重量比每100份硅粉混合物，Cu粉催化劑 0. 5-5份；將上述混合物在惰性氣氛中升溫到250 300°C;通入一氯烷烴氣體；反應(yīng)2 5 小時；冷卻后將所收集到油狀液體進行精餾，獲得烷基商代硅烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于所述廢砂漿包括光伏行業(yè)中晶硅切割的廢砂漿和電子行業(yè)中晶硅切割的廢砂漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于所述烷基鹵代硅烷包括二甲基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷中的一種或兩種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于步驟(1)中所述的機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、壓濾機、精密過濾器中的一種或幾種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于步驟(1)中所述進行廢砂漿的固液分離時，廢砂漿包括未添加或已添加稀釋劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特征在于步驟(1)中所述控制分離精度和分離級數(shù)，分離精度為0. 5 2 μ m，分離級數(shù)為 2-5 級。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟(1)中所述酸洗所用的酸為無機酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物； 所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在50°C 120°C ；所述水洗時用清水，水洗溫度為常溫或在50°C 120°C，在水洗后再經(jīng)機械分離得到濕料；所述在烘干時所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥法；烘干溫度為50°C 200°C ；烘干壓力包括常壓或真空。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟O)中所述通過旋流器分離時，旋流器分離方式包括氣流分級或水力分級。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟(3)中所述惰性氣氛是使用惰性氣體保護，惰性氣體可以是氮氣、氬氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法，其特性在于步驟(3)中所述一氯烷烴氣體包括一氯甲烷、一氯乙烷中的一種或兩種混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用廢砂漿中回收的硅粉制備烷基鹵代硅烷的方法。該方法將廢砂漿分離得到固態(tài)漿料，洗滌烘干后得到混合干砂料，旋流分離后得到硅粉混合物(其中硅粉含量65～90％)。在Cu粉催化劑作用，通入一氯烷烴氣體，于250～300℃反應(yīng)2～5小時，收集油狀液體精餾后得到烷基鹵代硅烷。本工藝從廢砂漿體系中通過簡單物理分離后所得硅粉混合物即可滿足反應(yīng)原料的要求；硅粉混合物中所存在的碳化硅組份對制備工藝無影響。本發(fā)明工藝硅粉轉(zhuǎn)化利用率大于87％(相對硅粉混合物)；相對廢砂漿而言，硅粉綜合利用率大于81％。
文檔編號C07F7/16GK102391302SQ20111029442
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者劉來寶 申請人:江蘇佳宇資源利用股份有限公司