[实用新型]一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺装置

说明书

一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺装置，利用加药除杂，浓盐水回用治废，晶种防垢蒸发浓缩及分质结晶耦合工艺处理颗粒硅生产过程中产生的废气、废水与废渣及资源化利用。向由多股生产废水均质调节后的综合废水中加入石灰乳、硫酸钠、混凝剂和助凝剂等药剂，通过高密度沉淀池和气浮过滤单元。浓盐水部分回用治废，配合添加碱液作为硅渣浆洗液和工艺废气洗涤液，再经过碱洗水解、絮凝沉淀和固液分离等，渣浆废水和洗涤废水重新回到废水处理系统中。另一部分浓盐水经过晶种防垢蒸发浓缩后进入分质结晶系统，经离心脱水干燥后得到氯化钠盐，结晶母液经切片机处理后得到杂盐。本实用新型环保效果明显。

技术领域

本实用新型涉及一种三废治理和资源化利用环保技术领域，尤其是一种实现颗粒硅生产过程三废协同治理及资源化利用的工艺路线，具体地说是一种颗粒硅生产过程三废协同治理工艺装置。

背景技术

目前用来制造光伏级，电子级多晶硅，大都采用改良西门子法。其原理是在1100℃左右的高纯硅芯上，用高纯氢还原高纯三氯氢硅，产物多晶硅以化学气相沉积的方式生长于硅芯之上。待硅芯生长到一定程度，停炉、降温、置换后取棒状多晶硅。其反应转化率较低，仅为5%-20%，且以间歇方式进行生产操作。综合能耗高，达到60kWh/kg-70 kWh/kg。

鉴于此，近年来另一种多晶硅生产工艺重新得到人们的关注，即硅烷流化床法（FBR）。其工艺路线采用硅烷热分解法生产颗粒状多晶硅，主要由硅烷生产及分离、硅烷提纯、硅烷热分解、四氯化硅冷氢化、硅晶种制备、三废处理等工序组成。硅烷流化床法原理是以高纯多晶硅细颗粒作为晶种加入流化床反应器中，由反应器底部通入硅烷和氢气的混合气并在600℃-800℃进行反应，硅烷在硅晶种表面发生快速分解沉积，使晶种长成尺寸较大的颗粒硅。该工艺反应转化率较高，达到60%-70%，且能够实现连续生产。据测算，较之改良西门子法，其全成本大概下降30%，其中电耗下降70%，人工下降60%，水耗下降30%，氢气消耗下降40%。综合电耗可降至20kWh/kg以下。当然，利用硅烷流化床生产的颗粒硅有其自身缺点，如因表面积大，容易被污染，难以得到高纯度颗粒硅。已知的杂质问题就涉及产品含氢（吸附氢），含碳（器壁磨损污染）以及金属杂质含量等。但经过技术专利商不断进行工艺改进和优化，产品各项指标已达到改良西门子法致密料的标准，其工业化推进势头迅猛。

同改良西门子法一样，国内颗粒硅生产企业因规模和成本原因并未完全实现物料的全闭路循环，因此生产过程中会产生一定量的废气、废水和废渣待处理。废气主要产生于硅烷生产及分离，四氯化硅冷氢化，硅烷提纯等工段。废渣主要有工艺生产中所产生的硅渣浆，是不可避免的副产物，对环境危害大。其主要成分有高沸物，氯硅烷单体、硅粉和催化剂等。废水主要产生于对废气、废渣的处理工段，如氯硅烷废气洗涤废水，硅烷废气洗涤废水，硅渣浆水解中和处理后产生的渣浆废水等。尾气洗涤废水是多晶硅生产废水主要组成部分，一般占生产废水总量90%以上。厂区内还有少量检测分析废水，酸碱废水等。生产工艺废气主要含有氯硅烷，硅烷、SiCl₄、HCl、H₂、N₂等。由于硅烷、氯硅烷和SiCl₄易水解，常采用碱液洗涤。如石灰乳和氢氧化钠溶液，浓度一般选用5%-15%。废气碱洗和硅渣浆水解反应涉及到的化学反应主要有：

SiHCl₃+H₂O→SiO₂+HCl+H₂；HCl+NaOH→NaCl+H₂O；HCl+Ca(OH)₂→CaCl₂+H₂O