應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于多晶硅提純領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，使用過后的氮化硅涂層主要含有氮化硅、二氧化硅和少量雜質(zhì)元素，首先利用離心機(jī)分離，去除大部分密度較小二氧化硅部分，再利用硝酸和氫氟酸的混合液可以將剩余的二氧化硅和少量雜質(zhì)元素溶解，但幾乎不與氮化硅反應(yīng)，再經(jīng)過蒸干和清洗后，經(jīng)過干燥即可提純出滿足坩堝噴涂使用要求的高純氮化硅粉體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于（1）回收工藝簡單可行，氮化硅粉體回收率高，可以達(dá)到50～70%；（2）按照使用過后的氮化硅涂層計算，回收可利用的氮化硅粉體價值為800～1500元/kg；（3）回收得到的氮化硅粉體中α氮化硅質(zhì)量含量92%以上，N元素質(zhì)量含量38%以上。
【專利說明】應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅提純領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國已成為世界能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國，但人均能源消費(fèi)水平還很低。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)增長，針對目前的能源緊張狀況，世界各國都在進(jìn)行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促進(jìn)可再生能源的開發(fā)和應(yīng)用，減少對進(jìn)口石油的依賴，加強(qiáng)能源安全。
[0003]作為可再生能源的重要發(fā)展方向之一的太陽能光伏發(fā)電近年來發(fā)展迅猛，其所占比重越來越大。根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國力爭使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1.8GW (百萬千瓦)，到2050年將達(dá)到600GW。預(yù)計到2050年，中國可再生能源的電力裝機(jī)將占全國電力裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到5%。預(yù)計2030年之前，中國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上。
[0004]太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于對多晶硅原料的提純。多晶硅原料的提純工藝目前主要依賴以下幾種工藝:西門子法、硅烷法、氣體流化床法和冶金法。目前，冶金法以成本低、污染少和能耗低的優(yōu)點(diǎn)正越來越多的被利用。
[0005]冶金法生產(chǎn)多晶硅過程中，會使用坩堝作為硅熔體的承載容器，使用到的坩堝有石英坩堝、石墨坩堝或者 氮化硅坩堝等，為了防止坩堝中的雜質(zhì)擴(kuò)散到硅熔體中引起二次污染，所以要在坩堝的內(nèi)表面需要噴涂一層高純氮化硅(Si3N4)涂層，由于高溫熔煉后氮化硅涂層會部分貼附在硅錠表面，部分會有脫落，且氮化硅涂層中也會伴有大量雜質(zhì)成分，無法再重復(fù)利用，只能作為廢料來處理。作為涂層用的高純氮化硅粉成本在1000~2000元/kg,占坩堝總成本的1/4~1/3，如果能將氮化硅涂層回收再利用就可以節(jié)省很大的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，將使用過的氮化硅涂層回收，經(jīng)過物理法和化學(xué)法的有效結(jié)合，使其達(dá)到重新利用的標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]本發(fā)明所述的一種應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，包括以下步驟:
[0008](I)將坩堝內(nèi)表面和硅錠外表面的氮化硅涂層剝落回收，利用研磨機(jī)研磨成粉體；
[0009](2)將粉體置于離心機(jī)中進(jìn)行初步分離，分離后去除占總體積20~25%的頂部部分；
[0010](3)將剩余部分浸泡到氫氟酸和硝酸的混合酸中，再經(jīng)水浴加熱蒸干，殘留物經(jīng)去離子水沖洗后采用壓濾機(jī)分離固液兩相，將固相放置烘干箱內(nèi)烘干即可；[0011](4)將烘干后的固相抽樣用ICP-MS進(jìn)行成分檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的可以重復(fù)回收利用，不達(dá)標(biāo)的重復(fù)步驟(3)，直至達(dá)標(biāo)。
[0012]其中，優(yōu)選的方案如下:
[0013]步驟(1)中的粉體粒度為20~200目。
[0014]步驟(2)中離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000~2000rpm，F(xiàn)r為10000~20000，離心分離時間為10~30min。分離因素Fr是指物料在離心力場中所受的離心力，與物料在重力場中所受到的重力之比值。常速離心機(jī)Fr ( 3500 (一般為600~1200)，這種離心機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，直徑較大。高速離心機(jī)Fr=3500~50000，這種離心機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，一般轉(zhuǎn)鼓直徑較小，而長度較長。Fr越大分尚能力越強(qiáng)。
[0015]步驟(3)中剩余部分浸泡到氫氟酸和硝酸的混合酸中，浸泡時間為10~20h，剩余部分與混合酸的配比為0.5~Ikg:1~5L，其中，混合酸中氫氟酸與硝酸的體積比為1:1，其中，氫氟酸的質(zhì)量濃度為25~49%，硝酸的質(zhì)量濃度為35~70%。
[0016]步驟(3)中水浴加熱的溫度為70~90°C。
[0017]步驟(3)中的殘留物經(jīng)去離子水沖洗2~3遍。
[0018]步驟(3)中烘干箱的烘干溫度為80~150°C。
[0019]本發(fā)明中，使用過后的氮化硅涂層主要含有氮化硅、二氧化硅和少量雜質(zhì)元素，首先利用離心機(jī)分離，去除大部分密度較小二氧化硅部分，再利用硝酸和氫氟酸的混合液可以將剩余的二氧化硅和少量雜質(zhì)元素溶解，但幾乎不與氮化硅反應(yīng)，再經(jīng)過蒸干和清洗后，經(jīng)過干燥即可提純出滿足坩堝`噴涂使用要求的高純氮化硅粉體，實現(xiàn)氮化硅涂層的可再生利用，節(jié)省工藝成本。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)回收工藝簡單可行，氮化硅粉體回收率高，可以達(dá)到50~70% ; (2)按照使用過后的氮化硅涂層計算，回收可利用的氮化硅粉體價值為800~1500元/kg ; (3)回收得到的氮化娃粉體中α氮化娃質(zhì)量含量92%以上,N元素質(zhì)量含量38%以上。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0022]實施例1:
[0023]按照以下步驟回收利用氮化硅涂層:
[0024](I)將坩堝內(nèi)表面和硅錠外表面的氮化硅涂層剝落回收，利用研磨機(jī)研磨成粉體，粉體粒度為80目；
[0025](2)將粉體置于離心機(jī)中進(jìn)行初步分離，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000rpm，F(xiàn)r為10000，離心分離時間為25min，分離后去除占總體積25%的頂部部分；
[0026](3)將剩余部分浸泡到氫氟酸和硝酸的混合酸中，浸泡時間為10h，剩余部分與混合酸的配比為Ikg:5L，其中，混合酸中氫氟酸與硝酸的體積比為1:1，氫氟酸的質(zhì)量濃度為25%，硝酸的質(zhì)量濃度為35%。再經(jīng)70°C水浴加熱蒸干，殘留物經(jīng)去離子水沖洗2遍后采用壓濾機(jī)分離固液兩相，將固相放置烘干箱內(nèi)烘干即可，其中烘干溫度為100°C ；
[0027](4)將烘干后的固相抽樣用ICP-MS進(jìn)行成分檢測，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)步驟(3)—次達(dá)標(biāo)。
[0028](5)最終測得回收處理的氮化娃粉體中α氮化娃質(zhì)量含量為92%, N元素質(zhì)量含量為38%。
[0029]實施例2:
[0030]按照以下步驟回收利用氮化硅涂層:
[0031](I)將坩堝內(nèi)表面和硅錠外表面的氮化硅涂層剝落回收，利用研磨機(jī)研磨成粉體，粉體粒度為150目；
[0032](2)將粉體置于離心機(jī)中進(jìn)行初步分離，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm，F(xiàn)r為20000，離心分離時間為20min，分離后去除占總體積20%的頂部部分； [0033](3)將剩余部分浸泡到氫氟酸和硝酸的混合酸中，浸泡時間為20h，剩余部分與混合酸的配比為Ikg:2L，其中，混合酸中氫氟酸與硝酸的體積比為1:1，氫氟酸的質(zhì)量濃度為35%，硝酸的質(zhì)量濃度為60%。再經(jīng)90°C水浴加熱蒸干，殘留物經(jīng)去離子水沖洗3遍后采用壓濾機(jī)分離固液兩相，將固相放置烘干箱內(nèi)烘干即可，其中烘干溫度為120°C ；
[0034](4)將烘干后的固相抽樣用ICP-MS進(jìn)行成分檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
[0035](5)最終測得回收處理的氮化娃粉體中α氮化娃質(zhì)量含量為95%, N元素質(zhì)量含量為40%。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將坩堝內(nèi)表面和硅錠外表面的氮化硅涂層剝落回收，利用研磨機(jī)研磨成粉體； (2)將粉體置于離心機(jī)中進(jìn)行初步分離，分離后去除占總體積20~25%的頂部部分； (3)將剩余部分浸泡到氫氟酸和硝酸的混合酸中，再經(jīng)水浴加熱蒸干，殘留物經(jīng)去離子水沖洗后采用壓濾機(jī)分離固液兩相，將固相放置烘干箱內(nèi)烘干即可； (4)將烘干后的固相抽樣用ICP-MS進(jìn)行成分檢測，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的可以重復(fù)回收利用，不達(dá)標(biāo)的重復(fù)步驟(3)，直至達(dá)標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(1)中的粉體粒度為20~200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(2)中離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000~2000rpm，F(xiàn)r為10000~20000，離心分離時間為10~30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(3)中的剩余部分與混合酸的配比為0.5~Ikg:1~5L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于混合酸中氫氟酸與硝酸的體積比為1:1，其中，氫氟酸的質(zhì)量濃度為25~49%，硝酸的質(zhì)量濃度為35~70%。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(3)中剩余部分與混合酸的浸泡時間為10~20h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(3)中水浴加熱的溫度為70~90°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(3)中的殘留物經(jīng)去離子水沖洗2~3遍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多晶硅提純的氮化硅涂層回收方法，其特征在于步驟(3)中烘干箱的烘干溫度為80~150°C。
【文檔編號】C01B33/037GK103771358SQ201310705292
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】張磊, 侯振海, 譚毅, 胡志剛, 姜大川, 劉瑤 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司