專利名稱：利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法，屬于太陽(yáng)能光伏晶體硅加工廢棄物綜合利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三氯氫硅是生產(chǎn)光伏晶體硅的中間體，也是有機(jī)硅烷和烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷的合成原料，主要制備方法(I)Si和HCl反應(yīng)；(2)氫還原四氯化硅(采用含鋁化合物的催化劑)。以方法(1)應(yīng)用最多，其反應(yīng)原料Si粉采用冶金級(jí)硅粉Si彡98.5%、 Fe ^ 0. 5%,Al ^ 0. 5%,Ca ^ 0. 3%,P2O5 ( 0. 3%，粒度 80-200 目(75_180um) ；HCl 采用電解食鹽水的H2丨和Cl2丨反應(yīng)制?。籗i+3HC1丨=SiHCl3丨+H2丨的合成反應(yīng)是在流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的。在以氯化鉀和硫酸為原料復(fù)分解制取硫酸鉀的曼海姆法工藝中，反應(yīng)按方程式 2KC1+H2S04 = = K2S04+2HC1丨進(jìn)行，副產(chǎn)HCl丨通過(guò)水吸收制成鹽酸銷售，由于市場(chǎng)容量限制，HCl丨的處理成為制約硫酸鉀復(fù)合肥生產(chǎn)的主要問(wèn)題。光伏晶體硅加工廢砂漿是太陽(yáng)能光伏電池生產(chǎn)加工過(guò)程中形成的混有10-40% PEG (聚乙二醇-磨料懸浮劑)、15-30% SiC (切割磨料)、10-1 %的鐵粉(切割刀具磨損材料)、65-29% Si微粉(晶體硅切割磨屑)的四元混合物系。目前的處理技術(shù)只能回收其中的PEG和SiC微粉，而最為寶貴的Si微粉(晶體硅切割磨屑)則因?yàn)樵谔幚磉^(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)作為廢棄物處理，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和污染環(huán)境。申請(qǐng)人:從2006年開始關(guān)注太陽(yáng)能光伏電池晶體硅加工廢砂漿的處理問(wèn)題， 探索研究回收利用廢砂漿中最為寶貴的Si技術(shù)。2011年4月22日提出了申請(qǐng)?zhí)?201110101064. 7的《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》的發(fā)明專利申請(qǐng)，按照這個(gè)專利申請(qǐng)技術(shù)完成分離、回收廢砂漿中的PEG和鐵后，得到的SiC、Si 二元砂的質(zhì)量比為 SiC10-50%、粒度彡 30um ；Si90_49%、粒度彡 IOum ；Fe ( 0. 3%、其他彡 0. 7%，粒度 (50um ；綜合粒度范圍在1000-3000目之間。由于二元砂粒度過(guò)細(xì)，不能在傳統(tǒng)的流化床反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效流化，無(wú)法用傳統(tǒng)的流化床反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)制備三氯氫硅；而利用光伏晶體硅加工廢砂制備三氯氫硅作為生產(chǎn)光伏晶體硅和有機(jī)硅烷、烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷的合成原料，則是光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合利用的最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種申請(qǐng)?zhí)?01110101064. 7的《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》的補(bǔ)充完善方案，實(shí)現(xiàn)資源利用的最優(yōu)化和環(huán)境污染最小化。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的按照申請(qǐng)?zhí)?01110101064. 7《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》完成分離、回收廢砂漿中的PEG和鐵后，把由SiC、Si微粉組成的二元砂與HCl氣體混合噴人氣流床反應(yīng)器內(nèi)，按Si+3HC丨= SiHCl3丨+H2丨反應(yīng)，制備三氯氫硅，作為制備光伏晶體硅和有機(jī)硅烷、烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷的合成原料，不反應(yīng)的SiC微粉通過(guò)分離提純系統(tǒng)的除塵裝置分離回收。SiC、Si 二元砂的質(zhì)量含量 SiC5-50%、粒度< 30um ;Si95-49%、粒度;^ IOum ； Fe ^ 0. 3%、其他彡0. 7%，粒度彡50um ；綜合粒度范圍1000-3000目。參與反應(yīng)的HCl丨是硫酸鉀復(fù)合肥生產(chǎn)(IC1+H2S04 = = K2S04+2HC1丨)產(chǎn)生的 HCl氣體，該氣體通過(guò)冷凍、脫水后，HCl彡95%以上、含水量彡0. 1%。經(jīng)充分干燥的SiC、Si 二元砂按計(jì)算配比用HCl丨夾帶噴入氣流床反應(yīng)器，形成旋流，以利Si+3HC1丨=SiHCl3丨+H2丨反應(yīng)進(jìn)行和不反應(yīng)的SiC的分離沉降，反應(yīng)溫度控制在200-400°C ；反應(yīng)產(chǎn)物從氣流床上部排出，進(jìn)入分離提純系統(tǒng)，通過(guò)旋流分離出的SiC微粉從氣流床底部定期回收。氣流床反應(yīng)生成物SiHCl3丨+H2丨夾帶部分固體微粒離開氣流床反應(yīng)器，進(jìn)入分離提純系統(tǒng)，通過(guò)除塵凈化裝置分離回收其中的SiC等固體微粒；通過(guò)精餾提純裝置得到三氯氫硅精品作為制備光伏晶體硅的原料或有機(jī)硅烷和烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷的合成原料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是直接利用光伏電池晶體硅加工廢砂漿處理得到的SiC、Si 二元砂和硫酸鉀復(fù)合肥生產(chǎn)副產(chǎn)的HCl氣體反應(yīng)制取三氯氫硅，即簡(jiǎn)化了光伏電池晶體硅加工廢砂漿的處理工藝，解決了過(guò)細(xì)Si微粉制備三氯氫硅的流化問(wèn)題，充分利用了其中的Si資源，又解決了硫酸鉀復(fù)合肥生產(chǎn)副產(chǎn)的HCl氣體的處理與利用問(wèn)題，節(jié)約了傳統(tǒng)三氯氫硅生產(chǎn)工藝為制取HCl氣體配備的從電解食鹽水制備CI2、H2到反應(yīng)生成HCl的設(shè)備投資與生產(chǎn)消耗，降低了成本。實(shí)現(xiàn)了真正意義上的資源循環(huán)利用，綜合效益最好。茲結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。


附圖是利用光伏晶體硅加工廢砂生產(chǎn)三氯氫硅工藝流程中方框表示處理工序，其中1為按申請(qǐng)?zhí)?01110101064. 7《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》進(jìn)行的分離、回收廢砂漿中的PEG和鐵的工序，2為干燥工序，3 為IC1+H2S04 = = K2S04+2HC1丨反應(yīng)工序，4為HCl丨處理(冷凍、脫水、預(yù)熱)工序，5為氣流床反應(yīng)工序，6為反應(yīng)產(chǎn)物分離、提純工序。橢圓表示工序物料其中廢砂漿指光伏電池晶體硅加工廢砂漿，二元砂指分離出PEG和鐵后，含有Si、SiC的二元混合物，其余為工序產(chǎn)品，下標(biāo)橫線的是成品。
具體實(shí)施例方式以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的方法并不完全受其限制，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)其中的步驟進(jìn)行變化或省略。實(shí)施例1:如圖利用光伏晶體硅加工廢砂生產(chǎn)三氯氫硅工藝流程圖所示混有10-40% PEG (聚乙二醇)、15-30% SiC (切割磨料)、10-1 %的鐵粉(切割刀具材料)、65-四％ Si微粉(晶體硅切割磨屑)的四元混合物系——廢砂漿，在工序1按中請(qǐng)?zhí)?01110101064. 7《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》分離、回收廢砂漿中的PEG和鐵，得到含有Si、 SiC的二元砂，其質(zhì)量含量SiC15%、粒度彡30um ；Si84%、粒度彡IOum ；Fe彡0. 3%、其他(0. 7%，粒度彡50um ；綜合粒度范圍1000-3000目；經(jīng)工序2充分干燥備用。把氯化鉀KCl和濃硫酸H2SO4投入曼海姆反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行工序3的IC1+H2S04 == K2S04+2HC1丨反應(yīng)，生成硫酸鉀K2SO4,制備硫酸鉀復(fù)合肥；副產(chǎn)HCl丨經(jīng)工序4冷凍、脫水、 預(yù)熱處理，得到HCl彡95%以上、含水量彡0. 1%、溫度50 80°C的HCl氣體。經(jīng)工序2充分干燥的SiC、Si 二元砂按計(jì)算配比用HCl丨夾帶噴入氣流床反應(yīng)器， 形成旋流，以利Si+3HC1丨=SiHCl3丨+H2丨反應(yīng)進(jìn)行和不反應(yīng)的SiC的分離沉降，反應(yīng)溫度控制在200-400°C;反應(yīng)產(chǎn)物SiHCl3丨+H2丨夾帶部分固體微粒從氣流床上部排出，進(jìn)入分離提純系統(tǒng)；通過(guò)旋流分離出的不反應(yīng)的SiC微粉從氣流床底部定期排出回收，完成工序5的氣流床反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物夾帶不反應(yīng)的SiC微粉進(jìn)入工序6的分離提純系統(tǒng)，首先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器分離回收SiC等固體粉塵；然后根據(jù)Si的氯化物的不同的理化性質(zhì)，在精餾提純系統(tǒng)進(jìn)行分離提純，獲得高純度的SiHCl3和H2丨，用于制備光伏晶體硅材料。實(shí)施例2 如圖利用光伏晶體硅加工廢砂生產(chǎn)三氯氫硅工藝流程圖所示混有PEG、鐵粉、 SiC微粉、Si微粉的四元混合物系一廢砂漿，在工序1按照申請(qǐng)?zhí)?01110101064. 7《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》分離、回收其中的PEG和鐵，得到質(zhì)量比為SiC 30%、粒度彡30um ；Si 69. 4%、粒度彡IOum ；Fe彡0. 3%、其他彡0. 7%粒度彡50um ；綜合粒度范圍1000-3000目；經(jīng)工序2充分干燥備用。把氯化鉀KCl和濃硫酸H2SO4投入曼海姆反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行工序3的IC1+H2S04 == K2S04+2HC1丨反應(yīng)，生成硫酸鉀K2SO4,制備硫酸鉀復(fù)合肥；副產(chǎn)HCl丨經(jīng)過(guò)工序4冷凍、脫水、預(yù)熱處理，得到HCl彡95%以上、含水量彡0. 1%、溫度50 80°C的HCl氣體。經(jīng)工序2充分干燥的SiC、Si 二元砂按計(jì)算配比用HCl丨夾帶噴入氣流床反應(yīng)器，形成旋流，以利Si+3HC1丨=SiHCl3丨+H2丨反應(yīng)進(jìn)行和不反應(yīng)的SiC的分離沉降，由于參與反應(yīng)的Si是O-IOum粒度的微粉，反應(yīng)速度很快，控制反應(yīng)溫度200-300 ；反應(yīng)產(chǎn)物 SiHCl3丨+H2丨夾帶部分固體微粒從氣流床上部排出，進(jìn)入分離提純系統(tǒng)；通過(guò)旋流分離出的不反應(yīng)的SiC微粉從氣流床底部定期排出回收，完成工序5的氣流床反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物夾帶不反應(yīng)的SiC微粉進(jìn)入工序6的分離提純系統(tǒng)，首先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器分離回收SiC等固體粉塵；然后根據(jù)Si的氯化物的不同的理化性質(zhì)，在精餾提純系統(tǒng)進(jìn)行分離提純，獲得高純度的SiHCl3，用于制備有機(jī)硅系列產(chǎn)品有機(jī)硅烷和烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷等。
權(quán)利要求
1.利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法，其特征在于按照申請(qǐng)?zhí)?201110101064. 7《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》完成分離、回收廢砂漿中的PEG和鐵后，把由SiC、Si微粉組成的二元砂與HCl氣體混合噴人氣流床反應(yīng)器內(nèi)，按 Si+3HC丨= SiHCl3丨+H2丨反應(yīng)，制備三氯氫硅，作為制備光伏晶體硅和有機(jī)硅烷、烷基、 芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷的合成原料，不反應(yīng)的SiC微粉通過(guò)分離提純系統(tǒng)的除塵裝置分離回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法，其特征在于SiC、Si 二元砂質(zhì)量含量為 SiC5-50%、粒度；^ 30um ;Si95_49 %、粒度；^ IOum ； Fe ^ 0. 3%、其他彡0. 7%，粒度彡50um ；綜合粒度范圍1000-3000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法，其特征在于參與反應(yīng)的HCl丨是硫酸鉀復(fù)合肥生產(chǎn)OKC1+H2S04 = = K2S04+2HC1丨)產(chǎn)生的HCl氣體，該氣體通過(guò)冷凍、脫水后，HCl彡95%以上、含水量彡0. 1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法，其特征在于經(jīng)充分干燥的SiC、Si 二元砂按計(jì)算配比用HCl丨夾帶噴入氣流床反應(yīng)器，形成旋流， 以利Si+3HC1丨= SiHCl3丨+H2丨反應(yīng)進(jìn)行和不反應(yīng)的SiC的分離沉降，反應(yīng)溫度控制在 200-400C ；反應(yīng)產(chǎn)物從氣流床上部排出，進(jìn)入分離提純系統(tǒng)，通過(guò)旋流分離出的SiC微粉從氣流床底部定期回收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法，其特征在于氣流床反應(yīng)生成物SiHCl3丨+H2丨夾帶部分固體微粒離開氣流床反應(yīng)器，進(jìn)入分離提純系統(tǒng)，通過(guò)除塵凈化裝置分離回收其中的SiC等固體微粒；通過(guò)精餾提純裝置得到三氯氫硅精品作為制備光伏晶體硅的原料或有機(jī)硅烷和烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷的合成原料。
全文摘要
利用光伏晶體硅加工廢砂漿生產(chǎn)三氯氫硅方法把光伏晶體硅加工廢砂漿按申請(qǐng)?zhí)?01110101064.7《光伏電池晶體硅加工廢砂漿綜合處理新方法》分離、回收PEG和鐵，得含Si、SiC的二元砂；把氯化鉀和硫酸進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，制硫酸鉀；副產(chǎn)HCl↑經(jīng)冷凍、脫水、預(yù)熱處理，得合格HCl氣體，利用HCl氣體夾帶二元砂噴人氣流床反應(yīng)器內(nèi)，形成旋流，以利Si+3HCl↑＝SiHCl3↑+H2↑反應(yīng)進(jìn)行和不反應(yīng)的SiC的分離沉降；反應(yīng)產(chǎn)物夾帶不反應(yīng)的SiC微粉進(jìn)入分離提純系統(tǒng)，經(jīng)除塵裝置分離回收SiC微粉；根據(jù)Si氯化物的不同理化性質(zhì)，進(jìn)行分離提純，獲得高純度SiHCl3，用于制備光伏晶體硅材料和有機(jī)硅系列產(chǎn)品有機(jī)硅烷和烷基、芳基以及有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷等。
文檔編號(hào)C01B33/107GK102408114SQ201110238178
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者尹克勝, 尹晏生, 趙鳳忠, 高明利 申請(qǐng)人:尹克勝