本發(fā)明屬于固體廢棄物處理和材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種以硅片切割廢料為原料采用隧道窯生產(chǎn)碳化硅的方法。
背景技術(shù)：
能源是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著傳統(tǒng)化石能源的日近枯竭及其所引發(fā)的環(huán)境問題，清潔能源的開發(fā)利用已引起各國的重視。太陽能作為一種資源豐富、使用方便的綠色能源具有極大的開發(fā)利用潛力；太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能最常用的方法。硅片是制造太陽能電池所必須的材料，目前硅片大多采用以聚乙二醇分散的碳化硅為切割液以鐵線鋸切割硅錠獲得。在切割過程中約40%的高純硅會以粉末的形式進入到切割液中；切割液循環(huán)使用多次后，碳化硅顆粒發(fā)生破碎及鈍化其切割能力逐漸喪失成為廢料漿；其中主要固體成分為碳化硅和硅并夾雜有少量鐵的氧化物。
目前廢料漿中的聚乙二醇經(jīng)壓濾后可回收利用；針對硅切割廢料漿中固體回收的研究，主要是利用碳化硅和硅的密度和表面電性的差異，通過離心、沉降、重液分離的重選方法或浮選、電選等方法進行分離。然而碳化硅和硅的密度相差較小，分別為3.2g/cm3和2.3g/cm3，此外廢料粒徑極小并不適宜采用重選分離；并且回收后所得產(chǎn)品互含較高，仍需后續(xù)處理方可實現(xiàn)完全分離；因此利用密度差進行分離的重選法可作為初步分離手段。由于廢料自身特殊物化性質(zhì)，使得采用浮選和電選分離時同樣存在工藝參數(shù)波動較大、產(chǎn)品互含較高等問題。綜上所述，現(xiàn)有多種分離回收方法僅可作為初步分離手段使用，所得產(chǎn)品仍需后續(xù)提純處理。
目前針對后續(xù)提純主要有高溫分離和堿洗兩種工藝。經(jīng)初步分離后的高硅物料可通過高溫處理利用碳化硅和硅的熔點差異進行分離；但該工藝僅對硅含量超過90%以上的物料才具有良好的分離效果，并且硅的回收率較低僅為45%左右。低硅物料通過高溫堿洗可去除殘留的硅，實現(xiàn)回收碳化硅的目的；采用該工藝藥劑消耗量大，并且會產(chǎn)生大量高堿度硅酸鈉廢水。
比較現(xiàn)行回收工藝可知，通過分離回收工藝處理硅片切割廢料回收碳化硅和硅存在較大缺陷；產(chǎn)品回收率較低、分離不完全且經(jīng)濟效益不高。針對現(xiàn)行分離回收工藝存在的諸多問題，本發(fā)明提出通過隧道窯碳化焙燒的方法焙燒將廢料中的硅轉(zhuǎn)化為碳化硅的新型回收工藝。由于該工藝從根本上拋棄分離回收的傳統(tǒng)思路，因此從根本上解決了回收率低、分離不完全等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種以硅片切割廢料為原料采用隧道窯生產(chǎn)碳化硅的方法。原料經(jīng)預(yù)處理后混碳、壓制成型，采用隧道窯進行焙燒，其中的硅與碳粉反應(yīng)生成碳化硅粉末。在配料過程中加入適量粘結(jié)劑可獲得塊狀碳化硅。粉末狀碳化硅在焙燒結(jié)束后，利用余熱將殘?zhí)佳趸摮蠼?jīng)堿洗獲得高品質(zhì)的碳化硅粉末。塊狀碳化硅原料可不經(jīng)預(yù)處理，所得產(chǎn)品可直接做煉鋼用脫氧劑使用。
焙燒過程中可能發(fā)生的反應(yīng)為：
si+c=sic
sio2+c=sic+co
由于焙燒過程采用埋炭工藝，因此無需氣氛保護即可保證不發(fā)生氧化。焙燒后原來在爐內(nèi)降溫至350~850℃出爐，在空氣中氧化出除多余的碳，在該溫度范圍內(nèi)碳化硅不會發(fā)生氧化反應(yīng)。冷卻后堿洗去除少量二氧化硅氧化膜后制得高品質(zhì)碳化硅粉末。
具體實施方案
實例1
壓濾后廢料經(jīng)干燥后，碳化硅含量47.4%，硅含量48.5%，其余為鐵氧化物及微量雜質(zhì)。取1kg廢料經(jīng)處理后配入活性炭粉250g，焙燒溫度1400℃，保溫30min，400℃出爐，冷卻后堿洗、干燥。
經(jīng)分析最終產(chǎn)品中碳化硅含量為99.1%，產(chǎn)品呈粉末狀，未發(fā)生燒結(jié)。
實施例2
壓濾后廢料經(jīng)干燥后，碳化硅含量50.1%，硅含量44.7%，其余為鐵氧化物及微量雜質(zhì)。取2kg廢料經(jīng)處理后，配入活性炭粉550g，焙燒溫度1600℃，保溫40min，600℃出爐，冷卻后堿洗、干燥。
經(jīng)分析最終產(chǎn)品中碳化硅含量為99.5%，產(chǎn)品呈綠色粉末狀，未發(fā)生燒結(jié)。
實施例3
壓濾后廢料經(jīng)干燥后，碳化硅含量48.2%，硅含量48.7%，其余為鐵氧化物及微量雜質(zhì)。取2kg廢料經(jīng)處理后，，配入活性炭粉500g，焙燒溫度1500℃，保溫40min，500℃出爐，冷卻后堿洗、干燥。
經(jīng)分析最終產(chǎn)品中碳化硅含量為99.4%，產(chǎn)品呈綠色粉末狀，未發(fā)生燒結(jié)。
實施例4
廢料經(jīng)干燥后測得碳化硅含量48.2%，硅含量48.7%，其余為鐵氧化物及微量雜質(zhì)。取2kg廢料，配入活性炭粉500g，加入5%粘結(jié)劑，焙燒溫度1500℃，保溫50min，隨爐冷卻。
最終所得產(chǎn)品呈黑色塊狀，經(jīng)分析產(chǎn)品中碳化硅含量為90%以上，雜質(zhì)滿足煉鋼用脫氧劑成分要求。
實施例5
廢料經(jīng)干燥后測得碳化硅含量40.2%，硅含量57.1%，其余為鐵氧化物及微量雜質(zhì)。取2kg廢料，配入活性炭粉600g，加入4%粘結(jié)劑，焙燒溫度1500℃，保溫50min，隨爐冷卻。
最終所得產(chǎn)品呈黑色塊狀，經(jīng)分析產(chǎn)品中碳化硅含量為90%以上，雜質(zhì)滿足煉鋼用脫氧劑成分要求。