一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法技术

本发明专利技术属于光伏固废循环回收领域，具体涉及一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，包括：1)将金刚线切割粉进行清洗、干燥处理，获得初步净化的干燥粉末；2)将净化后的粉末与镁粉、氯化钠按质量比1：(0、0.01～0.05)：0.25～0.5混合，同时添加适量粘结剂进行研磨混合，并将研磨后的粉末压制成坯体；3)将压制坯体掩埋入切割粉中并通入惰性气体，在惰性气体气氛下对掩埋入切割粉中的坯体进行高温烧结，得到陶瓷片；4)用盐酸与氢氟酸配置成的酸洗液对烧结陶瓷片进行酸洗并干燥，制得高纯硅片；本发明专利技术开发了一种节能环保的废料回收再利用方法，可实现光伏废料循环利用，经本方法处理后的金刚线切割粉氧含量可降至1‑3％，硅回收率高于85％，纯度可达90‑96％。

【技术实现步骤摘要】
一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法
本专利技术属于光伏固废循环回收领域，具体涉及一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法。
技术介绍
近年来，光伏产业的快速发展带动了晶硅太阳能电池产量不断攀升。太阳能级硅片作为晶硅电池的基底材料，其需求也逐年增长。太阳能级硅片的生产需要将高纯单晶硅锭进行金刚线切割，因切缝宽度与硅片宽度相当，约有40％的晶硅被切成硅微粉与切割介质混合形成了光伏固废。我国每年产生的光伏固废约几十万吨，且以年20％的速度递增，造成巨大的经济损失和严重的环境污染。虽然金刚线切割粉的主要成分是高纯硅，但由于高速切割及絮凝剂等的共同作用下切割粉表面存在约10％的氧化层，微纳颗粒表面富集约3％的杂质，平均粒径(D50)约500nm。因此，金刚线切割粉的回收再利用已成为一项光伏领域难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，包括：1)将金刚线切割粉进行清洗、干燥处理，获得初步净化的干燥粉末；2)将初步净化后的粉末与镁粉、氯化钠按质量比1：(0、0.01～0.05)：0.25～0.5混合，同时添加适量粘结液进行研磨混合，并将研磨后的粉末压制成坯体；3)将压制坯体掩埋入切割粉中并通入惰性气体，在惰性气体气氛下对掩埋入切割粉中的坯体进行高温烧结，得到陶瓷片；其中惰性气体可选用氩气、氦气等。4)用盐酸与氢氟酸配置成的酸洗液对烧结陶瓷片进行酸洗并干燥，制得高纯硅片。进一步的，所述切割粉的纯度为82-88％，粒径范围为100nm-1μm，氧含量为6-10％。进一步的，步骤2)中粘结剂选用无水乙醇，无水乙醇添加量为总质量的1-5％。进一步的，步骤2)中坯体的压制工艺具体为将研磨后的粉末装入模具中进行压制成型，压制压力为14-15kN，压制时间为30-40s。进一步的，步骤3)中高温烧结工艺为惰性气体气氛下对掩埋入切割粉中的坯体进行加热升温，升温至700℃后保温3h，接着进一步升温至1200-1400℃保温3h，再以10℃/min的速度降温至1000℃，最后冷却至室温，得到陶瓷片。进一步的，加热升温速率为5-10℃/min。进一步的，步骤4)中的酸洗工艺为用盐酸与氢氟酸配置成的酸洗液在60-80℃下酸洗9-10h。进一步的，所述酸洗液由2MHCl+1MHF组成。进一步的，制得的高纯硅片纯度在90-96％，氧含量为1-3％，硅回收率高于85％。本专利技术提供两种工艺路线1)金刚线切割粉中添加镁粉与氯化钠；2)金刚线切割粉中添加氯化钠。在1)金刚线切割粉中添加镁粉与氯化钠的工艺路线下，利用金刚线切割粉存在的表面氧化层进行固相烧结，通过添加氯化钠助熔剂和微量镁添加剂在烧结过程中进行同步镁热反应，改变微纳硅颗粒表面杂质的分凝行为及进行硅颗粒表面粗化，利用酸浸进行镁热产物消除与杂质去除，实现金刚线切割粉回收及纯化。其中切割粉陶瓷在烧结过程中的氧主要以SiO气体的方式逃逸，能够有效除氧；镁热反应发生在700℃左右，NaCl在反应过程中作助溶剂，镁热反应过程中会生成硅化镁和氧化镁等产物，其中镁蒸汽还会与切割粉中残留的絮凝剂AlCl3反应生成镁铝尖晶石相，通过后续酸浸步骤可有效除去烧结产物中的硅化镁、氧化镁及镁铝尖晶石相等产物。同时在烧结过程中可激发VSL生长机制(即一个金属催化剂粒子充当能量支持源，从气相中吸收气体充当反应物，进而发生反应)；Ni，Fe等杂质在切割粉颗粒界面的熔融反应区域中发生富集，生成了硅纳米柱，顶端为杂质富集区；烧结后酸浸可有效除去硅纳米柱顶端富集的Ni，Fe等杂质，进而有效提升制得硅片的纯度。在2)金刚线切割粉中添加氯化钠的工艺路线下，通过高温烧结切割粉陶瓷在烧结过程中的氧以SiO气体的方式逃逸，能够有效除氧；同时在烧结过程中可激发VSL生长机制(即一个金属催化剂粒子充当能量支持源，从气相中吸收气体充当反应物，进而发生反应)；Ni，Fe等杂质在切割粉颗粒界面的熔融反应区域中发生富集，生成了硅纳米柱，顶端为杂质富集区；烧结后酸浸可有效除去硅纳米柱顶端富集的Ni，Fe等杂质，进而有效提升制得硅片的纯度。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：本专利技术利用金刚线切割粉的固有特性，开发了一种节能环保的废料回收再利用方法，可实现光伏废料循环利用，经本方法处理后的金刚线切割粉氧含量可降至1-3％，硅回收率高于85％，纯度可达90-95％。另，其中提纯金刚线切割粉所用的氯化钠来源广泛且价格低廉，有效降低了金刚线切割废料的提纯成本，适宜进一步推广应用。附图说明图1为实施例1烧结所得陶瓷片；图2为实施例1烧结所得陶瓷片放大30倍电镜图；图3为实施例1烧结所得陶瓷片放大4500倍电镜图；图4为实施例4烧结所得陶瓷片；图5为实施例4烧结所得陶瓷片放大30倍电镜图；图6为实施例4烧结所得陶瓷片放大5000倍电镜图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例11)金刚线预处理：将纯度约为85％，氧含量为6-10％的金刚线切割粉进行清洗、压滤及真空干燥，获得初步净化的干燥粉末。2)粉末坯体制备：将金刚线切割粉与镁粉、氯化钠按质量比1：0.0125：0.25混合，同时添加占总质量1-5％的无水乙醇进行研磨混合，将混合粉末置于不锈钢模具中进行成型，压力为14-15kN，时间为30-40s，压制成坯体。3)镁热固相烧结：将坯体进行切割粉填埋后置于石墨坩埚中，往炉体中通入氩气并使炉内温度以5℃/min升高至700℃，保温3h，再以5℃/min升温至1200℃，保温3h，再以10℃/min的速度降温至1000℃，最后以5℃/min冷却至室温，得到陶瓷片。4)陶瓷酸洗浸出：将制备的切割陶瓷片使用2MHCl+1MHF在60-80℃下酸洗9-10h，进行真空干燥后获得提纯后的高纯硅片。酸洗后，结合氧氮分析仪、GDMS等的检测结果可知，通过该工艺可将切割粉氧含量降至2％，硅片纯度97％，硅回收率92％。实施例21)金刚线预处理：将纯度约为85％，氧含量为6-10％的金刚线切割粉进行清洗、压滤及真空干燥，获得初步净化的干燥粉末。2)粉末坯体制备：将金刚线切割粉与镁粉、氯化钠按质量比1：0.025：0.25混合，同时添加占总质量1-5％的无水乙醇进行研磨混合，将混合粉末置于不锈钢模具中进行成型，压力为14-15kN，时间为30-40s，压制成坯体。3)镁热固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，其特征在于，包括：/n1)将金刚线切割粉进行清洗、干燥处理，获得初步净化的干燥粉末；/n2)将初步净化后的粉末与镁粉、氯化钠按质量比1：(0、0.01～0.05)：0.25～0.5混合，同时添加适量粘结液进行研磨混合，并将研磨后的粉末压制成坯体；/n3)将压制坯体掩埋入切割粉中并通入惰性气体，在惰性气体气氛下对掩埋入切割粉中的坯体进行高温烧结，得到陶瓷片；/n4)用盐酸与氢氟酸配置成的酸洗液对烧结陶瓷片进行酸洗并干燥，制得高纯硅片。/n

【技术特征摘要】
1.一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，其特征在于，包括：
1)将金刚线切割粉进行清洗、干燥处理，获得初步净化的干燥粉末；
2)将初步净化后的粉末与镁粉、氯化钠按质量比1：(0、0.01～0.05)：0.25～0.5混合，同时添加适量粘结液进行研磨混合，并将研磨后的粉末压制成坯体；
3)将压制坯体掩埋入切割粉中并通入惰性气体，在惰性气体气氛下对掩埋入切割粉中的坯体进行高温烧结，得到陶瓷片；
4)用盐酸与氢氟酸配置成的酸洗液对烧结陶瓷片进行酸洗并干燥，制得高纯硅片。


2.根据权利要求1所述的一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，其特征在于，所述切割粉的纯度为80-85％，粒径范围为100nm-1μm，氧含量为6-10％。


3.根据权利要求1所述的一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，其特征在于，步骤2)中粘结剂选用无水乙醇，无水乙醇添加量为总质量的1-5％。


4.根据权利要求1所述的一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法，其特征在于，步骤2)中坯体的压制工艺具体为将研磨后的粉末装入模具中进行压...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄柳青，罗学涛，彭昊，王时超，胡浩渊，魏明星，何儒斌，郭琳，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35