專利名稱：利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用晶硅切割廢砂漿經旋流分離所得硅粉來制備白炭黑的方法。 其應用領域主要是晶硅切割廢砂漿資源化回收產業(yè)的環(huán)境保護和資源綜合利用，在削減污染物的同時實現(xiàn)硅粉資源的高附加值綜合利用。
背景技術：
硅片是發(fā)展太陽能產業(yè)的重要基礎。隨著全球范圍內太陽能產業(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)，中國硅片產能自2008年起已穩(wěn)居全球首位，2010年國內硅片總產能近14GW，已占全球總產能50%以上。線切割是目前國際上硅片生產的通行方式。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)國內硅片企業(yè)的平均工藝水平，IMW硅片約需耗用12噸晶體硅， 在切割過程中產生約7. 6 7. 9噸切割廢砂漿。在硅片生產的線切割過程中，硅棒切割加工硅片的同時會產生大量硅粉(切割縫隙)，一并進入到切割砂漿；切割廢砂漿中硅組份 (Si+Si02)的含量會達到8%-10%。根據(jù)2010年國內硅片產業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預期2012年， 國內硅片企業(yè)年產生切割廢砂漿總量會達到200萬噸，其中硅組份的資源量將達到16 20 萬噸。一般的，上述16-20萬噸的硅組份仍會有超過10萬噸以上是以硅粉形態(tài)存在的。眾所周知，硅片生產環(huán)節(jié)有超過50%的晶硅被切割成硅粉進入漿料，由于缺乏有效的回收和綜合利用技術，每年有如此大量的晶硅材料被白白的損失掉。在切割廢砂漿的資源化回收工藝中，傳統(tǒng)的工藝方案中，硅粉與碳化硅混合在一起，隨著碳化硅的精制過程，大量的硅粉資源被通過化學洗滌的方式將硅組份轉化成水溶性物質而進入廢水。在最近兩年發(fā)展起來的晶硅切割廢砂漿資源化回收新技術中，旋流器裝置已開始被廣泛使用，基于旋流分離的工藝方案，可以將晶硅切割廢砂漿壓濾后的固態(tài)物(主要含碳化硅、硅、金屬和少量切割液組份)分質為輕質相和重質相，提升重質相中碳化硅含量的同時，使得廢砂漿體系中絕大多數(shù)的硅粉進入到輕質相中。在較為理想的旋流分離狀態(tài)下， 大于總量95%以上的碳化硅微粉會進入到重質相中，而在輕質相中會富集超過90%總量的硅粉組份、部分5微米以下粒徑的碳化硅和金屬組份；通常情況下，這些進入到輕質相中的硅粉組份是直接作為固體廢棄物，未能實現(xiàn)其應用的資源化價值，同時帶來一定的環(huán)境急 ^^ ο單晶硅、多晶硅都是通過高能耗、高成本得到。若能針對切割廢砂漿資源化回收過程中的旋流分離所得到硅粉組份，將其中包含的硅粉資源加以綜合利用，使其體現(xiàn)應有的循環(huán)經濟價值，無疑具有極其巨大的經濟、社會和環(huán)境效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用晶硅切割液資源化回收過程中旋流分離所得到的硅粉組份來制備白炭黑的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)晶硅切割廢砂漿壓濾后的固態(tài)物中，加入1-5倍重量的純水后，通過旋流分級獲得輕質相和重質相；(2)將輕質相經濃縮后得到濃縮漿料，濃縮漿料再通過磁選分離器去除金屬組份， 直到金屬組份相對濃縮漿料中固體物總量的占比降至0.5%以下(w/w)；(3)濃縮漿料經稀釋后，加入0.2-2%的活化硅酸作為助濾劑(w/w)，經壓濾后得到固態(tài)含量在90%以上的凝膠物料；上述凝膠物料經噴霧干燥、粉碎而得到D5tl ^ 10微米的顆粒物；(4)將上述顆粒物料在純水中重新攪拌分散，加入一定量的硅酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液作為催化劑，在100-140°C、壓力I-IOatm下，反應2- 后獲得溶膠液，再經精密過濾，收集濾出液；(5)在上述濾出液中加入一定量的乙醇，加酸調節(jié)到pH值彡7，收集凝膠狀沉淀； 利用醇的水溶液進行溶劑交換；再加入正硅酸乙酯的醇溶液進行浸泡；經干燥、分級得到白炭黑。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于廢砂漿包括光伏行業(yè)的晶硅切割廢砂漿和電子行業(yè)的晶硅切割廢砂漿。本發(fā)明所述一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于步驟(4)所述硅酸鈉溶液的添加量(折算為硅酸鈉)為顆粒物料中固體量的2-15% (w/ w)；所述氫氧化鈉溶液的添加量(折算為氫氧化鈉)為混合漿料中固體量的0.5-5% (w/
W) O本發(fā)明所述一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于步驟(5)所述乙醇的添加量為濾出液總量的0. 05-0. 5% (w/w)。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例1 取120Kg晶硅切割廢砂漿經壓濾分離后的固態(tài)物，經檢測其中硅粉含量為 20. IKg ；將其與150Kg純水一起攪勻后，通過旋流分離器進行旋流分離得到重質相170Kg和輕質相l(xiāng)OOKg。經檢測，輕質相的固體物含量22. Ig，具體成分硅粉含量84. 6%、碳化硅含量10.4%、PEG含量2.5%，鐵粉含量2. 5% (w/w) 0計算可知，壓濾固態(tài)物中93. 53%的硅粉在經旋流分離后已經進入到輕質相中(w/w)。上述輕質相通過陶瓷膜過濾器進行濃縮，過濾精密為0. 25微米，獲得濃縮漿料 32. 2kg和水相清液67. Skgo濃縮漿料利用12000高斯的磁棒進行磁選分離，磁選凈化后檢測其中金屬組份含量為0. 42% (相對濃縮漿料中固體總量)。在濃縮漿料中加入60kg純水進行稀釋，再加入0. 5%重量比的活性硅酸[W(SiO2) =3%,pH = 3]作為助濾劑，通過壓濾機濃縮得到固含量為93%的凝膠物料。該凝膠物料經噴霧干燥、粉碎后得到顆粒物料，檢測其D5tl為5. 7微米。在良好攪拌的情況下，將上述顆粒物料與250kg純水混合，加熱至125°C、加壓2. 5MPa，一并加入4. 5%硅酸鈉溶液IOOkg和4%氫氧化鈉溶液20kg，繼續(xù)反應5h，經檢測硅粉轉化率達86% ；通過精密過濾器進行過濾濃縮，收集濾出液得到355kg硅溶膠。在上述獲得的硅溶膠液中加入0.5kg乙醇攪拌，加酸調節(jié)pH值到6. 8，獲得二氧化硅凝膠狀沉淀；用醇/水溶液進行溶劑交換；加入正硅酸乙酯的醇溶液浸泡上述經溶劑交換所得的凝膠狀沉淀。經浸泡的凝膠狀沉淀在70°C恒溫干燥12h，100°C恒溫干燥池，得到成品白炭黑34. 5kg。經檢測，其質量指標如下
權利要求
1.一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)晶硅切割廢砂漿壓濾后的固態(tài)物中，加入1-5倍重量的純水后，通過旋流分級獲得輕質相和重質相；(2)將輕質相經濃縮后得到濃縮漿料，濃縮漿料再通過磁選分離器去除金屬組份，直到金屬組份相對濃縮漿料中固體物總量的占比降至0.5%以下(w/w)；(3)濃縮漿料經稀釋后，加入0.2-2%的活化硅酸作為助濾劑(w/w)，經壓濾后得到固態(tài)含量在90%以上的凝膠物料；上述凝膠物料經噴霧干燥、粉碎而得到D50 ( 10微米的顆粒物；(4)將上述顆粒物料在純水中重新攪拌分散，加入一定量的硅酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液作為催化劑，在100-140°C、壓力I-IOatm下，反應2- 后獲得溶膠液，再經精密過濾，收集濾出液；(5)在上述濾出液中加入一定量的乙醇，加酸調節(jié)到？11值<7，收集凝膠狀沉淀；利用醇的水溶液進行溶劑交換；再加入正硅酸乙酯的醇溶液進行浸泡；經干燥、分級得到白炭mT^ O
2.根據(jù)權利要求1所述一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于廢砂漿包括光伏行業(yè)的晶硅切割廢砂漿和電子行業(yè)的晶硅切割廢砂漿。
3.根據(jù)權利要求1所述一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法， 其特征在于步驟(4)所述硅酸鈉溶液的添加量(折算為硅酸鈉)為顆粒物料中固體量的2-15% (w/w)；所述氫氧化鈉溶液的添加量(折算為氫氧化鈉)為混合漿料中固體量的 0. 5-5% (w/w) ο
4.根據(jù)權利要求1所述一種利用廢砂漿旋流分離所得硅粉組份制備白炭黑的方法，其特征在于步驟(5)所述乙醇的添加量為濾出液總量的0. 05-0. 5% (w/w)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用晶硅切割液資源化回收過程中旋流分離所得到的硅粉組份來制備白炭黑的方法。該方法包括旋流分級、去除金屬組份、利用活化硅酸作為助濾劑進行壓濾、溶膠轉化、凝膠制備和干燥等幾個步驟。該方法可應用于晶硅切割廢砂漿資源化回收產業(yè)，將旋流分離所得到硅粉組份加以綜合利用，使其體現(xiàn)應有的循環(huán)經濟價值，具有重要的經濟和環(huán)境價值。
文檔編號C01B33/12GK102491352SQ20111041618
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者馮國棟, 劉來寶 申請人:江蘇佳宇資源利用股份有限公司