本發(fā)明涉及硅粉提純技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉的方法。

背景技術(shù)：

晶硅片切割刃料是粒度通常介于5～15μm的較細(xì)小的碳化硅固體微粉顆粒，質(zhì)地堅(jiān)硬且具有鋒利的棱角，用作切割太陽能晶硅片電池片的刃料，將單晶硅和多晶硅切割成片。在切割過程中，硅屑不斷被切下并混入切割刃料中，并且隨著硅屑的積累，對硅片的切割質(zhì)量造成影響。目前主要采用在線回收的方式，將切下的硅屑從切割刃料中分離開。分離通常采用離心分離的方式將硅屑由切割刃料中分離開并形成硅屑料廢棄物。該硅屑料廢棄物粒度通常介于2～100μm之間，粒度范圍寬，且粒度小于10μm的細(xì)顆粒占比超過一半以上。由于顆粒細(xì)小，造成其反應(yīng)活性較高，極易與空氣中的氧氣接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并放出熱量，而放出的熱量反過來又促進(jìn)更多的硅屑放生放熱反應(yīng)，使得離心分離后的硅屑廢棄物變成燒結(jié)硅廢料。該燒結(jié)硅廢料作為固體廢棄物如果不進(jìn)行處理，將對土壤、水資源和大氣造成危害，污染環(huán)境。硅作為一種附加值高的金屬材料和半導(dǎo)體材料，目前對該廢棄物的處理主要集中在對其中富含的硅粉的處理。該燒結(jié)硅廢料中的成分包括未反應(yīng)的硅、反應(yīng)后生成的二氧化硅、離心混入的碳化硅微粉、以及線材磨損引入的金屬雜質(zhì)。然而在燒結(jié)過程中，細(xì)小的硅屑微粉顆粒作為熔體將碳化硅微粉、大顆粒硅微粉、金屬雜質(zhì)等均熔為一體，形成所謂的包裹，燒結(jié)包裹的存在對硅的提純造成障礙。如何采取措施對該燒結(jié)硅廢料中的硅進(jìn)行進(jìn)一步提純處理，成為目前亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種從燒結(jié)硅廢料提純硅粉的方法，解決燒結(jié)包裹的熔體影響硅提純的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

設(shè)計(jì)一種從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉的方法，其特征在于，包括下列步驟：

（1）將待處理的燒結(jié)硅廢料分別經(jīng)由顎式破碎機(jī)和對輥破碎機(jī)進(jìn)行粗碎和細(xì)碎兩級破碎；然后再使用球磨機(jī)在抽真空的條件下進(jìn)行真空粉磨處理，得到粒度小于100μm的粉體物料；

（2）將步驟（1）所得的物料與水按1:5～20的質(zhì)量比在反應(yīng)釜中進(jìn)行混合并攪拌，形成料漿；

（3）向步驟（2）所得的料漿內(nèi)加入分散劑和抗氧化劑，同時(shí)對料漿進(jìn)行超聲振蕩處理，并繼續(xù)攪拌使其混合分散均勻；

（4）再向步驟（3）所得料漿中加入硫酸和硝酸，所加硫酸和硝酸的質(zhì)量比為1:1～2，添加的硫酸和硝酸的總量為燒結(jié)硅廢料質(zhì)量的5%～10%；

（5）將步驟（4）所得料漿進(jìn)行抽真空過濾；

（6）將步驟（5）所得的物料在高頻振動篩中進(jìn)行篩松處理。

優(yōu)選的，在所述步驟（1）中，顎式破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度為250MPa～300MPa；對輥破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度為200MPa～250MPa。

優(yōu)選的，在所述步驟（1）中，球磨機(jī)在真空度為10000～50000Pa的條件下進(jìn)行真空粉磨處理。

優(yōu)選的，在所述步驟（2）中所用的水為去離子水，其電導(dǎo)率≤1μs/cm；所述反應(yīng)釜為不銹鋼反應(yīng)釜。

優(yōu)選的，所述步驟（3）中的分散劑為六偏磷酸鈉、亞甲基二萘磺酸鈉、馬來酸酐中的至少一種，其添加總量為燒結(jié)硅廢料質(zhì)量的0.1%～0.2%；抗氧化劑為乙二胺四乙酸二鈉、次亞磷酸鈉、草酰胺中的至少一種，其添加量為燒結(jié)硅廢料質(zhì)量的0.05%～0.1%。

優(yōu)選的，所用分散劑為六偏磷酸鈉、亞甲基二萘磺酸鈉和馬來酸酐的混合物，六偏磷酸鈉：亞甲基二萘磺酸鈉：馬來酸酐的質(zhì)量比為1～10：1～5：1；所用抗氧化劑為乙二胺四乙酸二鈉、次亞磷酸鈉、草酰胺的混合物，乙二胺四乙酸二鈉：次亞磷酸鈉：草酰胺的質(zhì)量比為的1～5：1～3：1。

優(yōu)選的，所述步驟（4）中，加入的硫酸的質(zhì)量百分比濃度為95%～100%，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為65%～70%。

優(yōu)選的，所述步驟（5）中對料漿進(jìn)行抽真空過濾采用連續(xù)式三級過濾的方式：

第一級過濾階段為：僅抽真空，將料漿中的濾液濾除，然后進(jìn)入第二級過濾；

第二級過濾階段為：在抽真空的同時(shí)進(jìn)行噴淋水洗滌，將第一級過濾所得的物料進(jìn)一步進(jìn)行洗滌，并調(diào)節(jié)其pH值至6.5～7.5之間，然后進(jìn)入第三極過濾階段；

第三極過濾階段為：停止噴淋水洗滌僅保持抽真空，使所得的物料固含量達(dá)到90%以上。

優(yōu)選的，所述步驟（5）中采用履帶式濾布真空過濾機(jī)進(jìn)行所述抽真空過濾過程，抽真空過濾的真空度為1×10^-3～1×10^-4Pa；第二過濾階段所用噴淋水的噴淋壓力為50000～100000Pa。

優(yōu)選的，在所述步驟（6）中，高頻振動篩的振動頻率為3000～5000次/分鐘；篩網(wǎng)目數(shù)為100～300目。

在上述技術(shù)方案中，步驟（1）先采用兩級逐級破碎的方式，即先用顎式破碎機(jī)的巨大剪切擠壓力將大塊燒結(jié)包裹硅廢料破碎成中塊和小塊，再通過對輥破碎機(jī)破碎成小塊。然后將小塊的燒結(jié)硅廢料粉磨成細(xì)顆粒，并且采用抽真空負(fù)壓粉磨的方式，保證粉磨在常溫下進(jìn)行，避免粉磨的細(xì)小硅粉顆粒受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保證粉磨的硅物料的原有物化特性不變。步驟（2）使粉磨所得物料分散在液相中，并在步驟（3）添加的分散劑的作用下，更加均勻地分散在液相中?？寡趸瘎┑募尤肟梢砸种萍?xì)小的硅粉顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)，在加入分散劑的同時(shí)在反應(yīng)釜中進(jìn)行超聲分散，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步打散包裹著的細(xì)小顆粒，加快顆粒的分散速度的作用。

步驟（4）加入硫酸和硝酸，使其與燒結(jié)硅廢料中的金屬雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)氧化反應(yīng)，并進(jìn)一步通過步驟（5）真空過濾來實(shí)現(xiàn)濾去濾液、洗滌去除可溶殘余物、調(diào)節(jié)pH值以及提高其固含量的作用。步驟（6）將通過高頻振動篩步驟（5）處理后的硅微粉篩松散，避免其發(fā)生團(tuán)聚板結(jié)。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

1.本發(fā)明可解決燒結(jié)包裹的存在對硅粉提純影響的技術(shù)問題，方便快捷地將燒結(jié)硅廢料進(jìn)行提純處理，可將該燒結(jié)硅廢料中的硅質(zhì)量百分含量由20%～30%提高到70%～90%，并且所得硅粉分散性好，不易團(tuán)聚，同時(shí)避免燒結(jié)硅廢料的存在污染環(huán)境。

2.本發(fā)明提供了從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉的方法及工藝，對包裹燒結(jié)的硅廢料進(jìn)行硅提純處理，適用于硅粉提純技術(shù)領(lǐng)域，避免燒結(jié)硅廢料污染環(huán)境，提純所得的硅粉不易于團(tuán)聚，分散性好；且該方法操作性強(qiáng)，便捷高效，非常適用于工業(yè)化推廣應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但以下實(shí)施例只是用來詳細(xì)說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。以下實(shí)施例中所涉及的生產(chǎn)設(shè)備或檢測設(shè)備，如無特別說明，則均為常規(guī)設(shè)備，所涉及的原料試劑，如無特別說明則均為市售產(chǎn)品。

實(shí)施例1：從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉的方法，包括如下步驟：

（1）將待處理的燒結(jié)硅廢料分別經(jīng)由顎式破碎機(jī)和對輥破碎機(jī)進(jìn)行粗碎和細(xì)碎兩級破碎；然后再使用球磨機(jī)在抽真空的條件下進(jìn)行真空粉磨處理，得到粒度小于100μm的粉體物料；其中，顎式破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度為300MPa；對輥破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度為250MPa。球磨機(jī)在真空度為50000Pa的條件下進(jìn)行真空粉磨處理，球磨機(jī)抽真空的位置位于球磨機(jī)研磨桶的端部中心位置。

（2）將步驟（1）所得的物料與電導(dǎo)率≤1μs/cm的去離子水按1: 20質(zhì)量比在反應(yīng)釜中進(jìn)行混合并攪拌，形成料漿。

（3）向步驟（2）所得的料漿內(nèi)加入分散劑六偏磷酸鈉和抗氧化劑乙二胺四乙酸二鈉，其添加量分別為燒結(jié)硅廢料質(zhì)量的0.2%和0.1%，同時(shí)開啟反應(yīng)釜釜壁安裝的超聲波發(fā)生器，對料漿進(jìn)行超聲振蕩處理，并繼續(xù)攪拌使其混合分散均勻。

（4）再向步驟（3）所得料漿中加入硫酸和硝酸，所加硫酸和硝酸的質(zhì)量比為1:1～2，添加的硫酸和硝酸的總量為燒結(jié)硅廢料質(zhì)量的10%；其中硫酸的質(zhì)量百分比濃度為98%，硝酸的質(zhì)量百分比濃度為67%。

（5）采用履帶式濾布真空過濾機(jī)將步驟（4）所得料漿進(jìn)行抽真空過濾，抽真空過濾在真空度為1×10^-4Pa的條件下進(jìn)行；并且所述抽真空過濾采用連續(xù)式三級過濾的方式：

第一級過濾階段為：僅抽真空，將料漿中的濾液濾除，然后進(jìn)入第二級過濾；

第二級過濾階段為：在抽真空的同時(shí)進(jìn)行噴淋水洗滌，噴淋水的噴淋壓力為100000Pa，將第一級過濾所得的物料進(jìn)一步進(jìn)行洗滌，并調(diào)節(jié)其pH值至6.5～7.5之間，然后進(jìn)入第三極過濾階段；

第三極過濾階段為：停止噴淋水洗滌僅保持抽真空，使所得的物料固含量達(dá)到90%以上。

在步驟（5）中抽真空過濾的同時(shí)進(jìn)行噴淋，能夠?qū)崿F(xiàn)洗滌去除可溶殘余物并調(diào)節(jié)物料pH值，可減少生產(chǎn)中化學(xué)調(diào)節(jié)劑的使用量，能夠進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

（6）將步驟（5）所得的物料在在振動頻率為5000次/分鐘、篩網(wǎng)目數(shù)為300目的高頻振動篩中進(jìn)行篩松處理。

實(shí)施例2：按與實(shí)施例1相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（1）顎式破碎機(jī)和對輥破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度分別為280MPa和230MPa，球磨機(jī)在真空度為20000Pa的條件下進(jìn)行真空粉磨處理。步驟（2）中物料與水的質(zhì)量比為1:10，步驟（3）中所用分散劑和抗氧化劑分別為亞甲基二萘磺酸鈉和次亞磷酸鈉，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.15%和0.08%，步驟（5）中抽真空過濾的真空度為0.5×10^-4Pa；第二過濾階段所用噴淋水的的噴淋壓力為80000Pa。步驟（6）中的高頻振動篩的振動頻率為4000次/分鐘、篩網(wǎng)目數(shù)為200目。

實(shí)施例3：按與實(shí)施例2相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為馬來酸酐和草酰胺，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.12%和0.07%。

實(shí)施例4：按與實(shí)施例1相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為六偏磷酸鈉和次亞磷酸鈉，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.13%和0.09%。

實(shí)施例5：按與實(shí)施例1相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為六偏磷酸鈉和草酰胺，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.12%和0.08%。

實(shí)施例6：按與實(shí)施例2相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為亞甲基二萘磺酸鈉和乙二胺四乙酸二鈉，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.14%和0.09%。

實(shí)施例7：按與實(shí)施例2相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為亞甲基二萘磺酸鈉和草酰胺，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.11%和0.06%。

實(shí)施例8：按與實(shí)施例2相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為馬來酸酐和乙二胺四乙酸二鈉，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.13%和0.08%。

實(shí)施例9：按與實(shí)施例2相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑和抗氧化劑分別為馬來酸酐和次亞磷酸鈉，其添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.12%和0.09%。

實(shí)施例10：按與實(shí)施例2相同的方法從燒結(jié)硅廢料中提純硅粉，不同之處在于，步驟（3）所用的分散劑為六偏磷酸鈉、亞甲基二萘磺酸鈉、馬來酸酐的混合物，三者的質(zhì)量比為8：5：1；抗氧化劑為乙二胺四乙酸二鈉、次亞磷酸鈉、草酰胺的混合物，三者的質(zhì)量比為3：2：1，混合物分散劑與混合物抗氧化劑的添加量分別為硅廢料質(zhì)量的0.2%和0.07%。

經(jīng)過本發(fā)明中的方法從燒結(jié)硅廢料中進(jìn)行硅粉提純，可解決燒結(jié)包裹的存在對硅粉提純影響的技術(shù)問題，方便快捷地將燒結(jié)硅廢料進(jìn)行提純處理，可將該燒結(jié)硅廢料中的硅質(zhì)量百分含量由20%～30%提高到70%～90%，其固含量達(dá)到90%以上，并且所得硅粉分散性好，不易團(tuán)聚，同時(shí)避免燒結(jié)硅廢料的存在污染環(huán)境，而且本發(fā)明操作性強(qiáng)，非常適用于工業(yè)化推廣應(yīng)用。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對燒結(jié)硅廢料的有效回收利用，可將難以處理的燒結(jié)包裹硅廢料其進(jìn)行提純處理，處理前后的物料具體相關(guān)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)如下表1所示。

上面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)的說明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，還可以對上述實(shí)施例中的各個具體參數(shù)進(jìn)行變更，形成多個具體的實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。