[发明专利]废弃层硅料的回收处理方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种硅料回收、除杂质的方法，特别涉及一种光伏半导体领域中的废弃层硅料的回收处理方法。

背景技术

多晶硅铸锭通常采用石英坩埚来盛装熔融硅液，石英坩埚的主要化学成分为二氧化硅。熔融状态中的硅会与直接接触的石英坩埚发生化学反应，生成一氧化硅，一氧化硅具有挥发性，会与多晶铸锭炉内的石墨部件发生反应，生成碳化硅和一氧化碳。另外，石英坩埚中的杂质，如铁、铝、硼等也会以单质或是氧化物的形式进入硅熔体，形成新的杂质。目前，通常会在石英坩埚内壁喷涂一层氮化硅涂层，用以防止石英坩埚中的杂质进入硅熔体，但是并不能完全避免一氧化碳等气体进入熔体。除此之外，多晶硅铸锭炉中的热场石墨材料，在高温下会与硅蒸汽发生反应，释放出一氧化碳气体。因此，硅熔体表面与这些挥发性气体接触，反应最剧烈，另外，碳的分凝系数非常小，经过定向凝固后，碳都集中在铸锭顶部，所以硅锭顶部在挥发性气体以及分凝的碳的共同作用下，会形成很多孔洞和SiC晶体，甚至石墨，而部分氮化硅经过高温烧结会与硅熔体形成一体，所以硅锭孔洞内也会含有很多氮化硅、碳化硅等杂质。

多晶硅420～500Kg的硅锭经过开方将其开成25块晶砖，上部8-10cm为废弃层硅料，由上可知此硅料表面有大量空洞，还含有较多的碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铁、有机胶等杂质。硅料中的有机胶杂质主要来源于硅锭的开方，由于硅锭在开方前先要通过有机胶固定在托板上，等固化后再安装在开方机内进行开方。开方完成后，仍有一部分胶粘附在硅锭的边角上，因此在硅锭开方后得到的废弃层硅料表面有许多这样的杂质。

现有技术已有采用喷砂、泡沫浮选、离心分离、高温熔融过滤等方法来去除硅料中的碳化硅、氮化硅或石墨等杂质，但这些方法运行成本高，不易于进行批量生产，且由于处理得到的硅料除杂不够彻底，一般难以直接作为多晶硅铸锭的原材料再次利用，故造成了极大的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种废弃层硅料的回收处理方法，采用该方法不仅可以除去常温常压下难以除去的碳化硅、氮化硅等杂质，还可以除去石墨、有机胶等杂质，回收处理后的废弃层硅料还可以作为多晶硅铸锭的原材料进行再利用。

技术方案：一种废弃层硅料的回收处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将含有杂质的废弃层硅料破碎成小块放入容器中，加入碱液超声碱洗；

b)待反应完全后，纯水漂洗硅料至PH约为7；

c)再向硅料中加入酸液，控制温度、压力、和反应时间；

d)待反应完全后，将硅料投入已配制好的混酸溶液中浸泡；

e)最后使用纯水将硅料进行多次超声漂洗，至漂洗后溶液的PH值为7，烘干。

所述的废弃层硅料破碎成粒度1～3厘米的小硅块。

所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的任意一种。

所述碱液质量百分比浓度为25％～30％，碱洗温度为20～70℃，碱洗时间为5～60分钟。

酸液为氢氟酸、盐酸、硝酸、浓硫酸的任意一种。

在所述酸液中反应的温度控制在100～300℃之间，压力控制在0.1～5MPa之间，时间控制在0.5～5小时之间。

所述混酸为浓硫酸与氢氟酸、盐酸、硝酸中其中一种的混合。

所述的各种酸的重量百分比浓度为：氢氟酸为35％～55％，硝酸为68％～98％，盐酸为30％～38％，浓硫酸为90％以上。

所述混酸中可以加入过氧化氢。

所述过氧化氢的用量比例按硅料的1～3％的重量比例添加，过氧化氢的重量百分比浓度为30％。

废弃层硅料中的杂质为碳化硅、氮化硅、石墨、氧化铁、有机胶中的任意一种或是几种的混合。

所述的容器为耐高温、耐高压、耐腐蚀的容器。

所述的各种酸的重量百分比浓度为：氢氟酸为35％～55％，硝酸为68％～98％，盐酸为30％～38％，浓硫酸为90％以上。

所述的上述方法中，所有化学反应产生的气体通入尾气处理装置进行处理后排放，产生的废液也经特殊处理后排放。

本发明的工作原理如下：

(1)向硅料中加入碱液超声碱洗，其化学反应方程式如下：

SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H2O

SiO₂+2KOH→K₂SiO₃+H2O

(2)硅料在含有浓硫酸的混酸溶液中浸泡，其化学反应方程式如下：