[发明专利]一种利用工业废渣和废酸制备吸附材料的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及矿物资源回收利用，尤其是涉及一种利用工业废渣和废酸制备吸附材料的方 法及其装置。

背景技术

由于能源危机和传统石化能源的污染，清洁能源的开发和利用逐渐引起重视。太阳能作 为清洁能源之一，由于不受地域限制、分布广泛等众多优点，成为人们解决能源危机和环境 污染的重要途径。所以研究开发一种低成本且环保的太阳能级多晶硅的生产技术十分必要， 而冶金法提纯太阳能多晶硅提供了一种可行途径。

冶金法提纯多晶硅主要涉及的工艺有造渣、酸洗、真空感应熔炼、定向凝固、等离子吹 气等。工业硅中的杂质可分为金属杂质和非金属两种。金属杂质有Fe、Al、Ca等，可通过酸 洗和定向凝固的方法除去，由于定向凝固的成本较高，故多选用酸洗的方式；非金属杂质有 C、O、B、P等，其中B和P影响太阳能电池光电转换效率，为主要去除对象。经过研究论证， 可采用真空熔炼的方法降低P杂质含量，可通过造渣除杂的方法降低B杂质含量。

在造渣去除Si中B杂质过程时，常见的渣剂系统有CaO-SiO₂，Na₂O-SiO₂，CaO-SiO₂-CaF₂， CaO-MgO-SiO₂，CaO-BaO-SiO₂等，这些渣剂在高温(1750～1900℃之间)与冶金级工业硅发生 复杂的物理和化学反应。本申请人的罗学涛课题组(MingFang,ChenghaoLu,LiuqingHui, HuixianLai,JuanChen,JingtangLi,WenhuiMa,PengfeiXingandXuetaoLuo,Effect ofcalcium-basedslagtreatmentonhydrometallurgicalpurificationofmetallurgical gradesilicon,Industrial&EngineeringChemistryResearch,2014,53,972-979.)在 1873K温度下研究了造渣工艺造渣之前渣剂呈粉末状，造渣后渣剂结块，这些渣剂与冶炼后 的硅分离后往往形成工业废渣。

酸洗可以去除工业硅当中的金属杂质，是冶金法的造渣后续工艺环节。酸洗工艺一般可 以使工业硅的纯度达到4N(简单以Fe，Al，Ca等金属的含量总和来表示)。昆明理工大学的 马文会等在酸洗工艺进行了深入研究，通过改变酸的种类、浓度、用量、温度、反应时间及 酸洗工艺(YUZhan-liang,MAWen-hui；Removalofironandaluminumimpuritiesfrom metallurgicalgrade-siliconwithhydrometallurgicalroute,Trans.NonferrousMet. Soc.China，17(2007)s1030-s1033)去除了硅中80～90％的金属杂质元素。这些酸性液体 含有大量的金属离子，成为工业废酸。本申请人的罗学涛课题组(HuixianLai,LiuqingHuang, ChenghaoLu,MingFang,WenhuiMa,PengfeiXing,JintangLi,XuetaoLuo,Leaching behaviorofimpuritiesinCa-alloyedmetallurgicalgradesilicon,Hydrometallurgy, Volume156,2015,173-181)研究了酸洗工艺中HCl+HF混合酸对于Si-Ca合金中Ti、Mn、 V、Mg杂质的去除效果。这些酸性液体含有大量的金属离子，成为工业废酸。

造渣精炼和酸洗除杂是国内外探索低成本冶金法除硼的主要工艺。但是，在造渣过程中 会产生大量废弃的渣剂，堆放时破坏土壤酸碱度，浪费土地资源。酸洗工艺排出的废水中含 有大量重金属，如果不妥善处理会污染环境。

以Na₂O-SiO₂渣剂为例，一般认为在造渣过程中，氧化机理为反应机理，具体如下：

Na₂CO_3(s)＝Na₂O_(s)+CO_2(s)

Na₂O_(s)＝2Na⁺_(l)+O^2-_(l)