專利名稱：一種多晶硅廢水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種廢水處理裝置，具體涉及一種多晶硅廢水處理裝置，屬于廢水回收利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅單質(zhì)作為重要的光電材料、半導(dǎo)體材料，其戰(zhàn)略資源的地位日益明顯，其全球需求量亦不斷增大。在光電、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，需要將單質(zhì)硅體切割成符合要求的硅片，目前多晶硅主要是采用多線切割技術(shù)，在切割過程中約50%的硅料混進(jìn)由聚乙二醇(PEG)切削液和碳化硅粉(SiC)磨料組成的切削液中，使得切削液中微粉的組成、粒徑、硬度均不滿足標(biāo)準(zhǔn)，造成切削性能下降，不能重復(fù)利用，因此在切割過程中需要不斷地排出舊切削液，并不斷補(bǔ)充新切削液，這樣就產(chǎn)生了大量的切割廢液。切削廢液為黑色粘稠狀懸浮液，主要組分及含量為:聚乙二醇(PEG)，40% 50%;碳化硅(SiC)，23% 33%;硅(Si)，20% 24%;鐵屑(Fe) ,2.5% 3.0%。其中，PEG的原料是石油中提煉出來的，再聚合而成，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易分解，極易溶于水，生物耗氧量低，在自然界中不易降解，其C0D(化學(xué)需氧量)值大大超過廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，如不經(jīng)過特殊處理，流入自然環(huán)境將會(huì)造成巨大污染。SiC和Si都是重要的工業(yè)原料，均屬于不可再生資源。生產(chǎn)SiC原料過程中要消耗巨大能源，國家現(xiàn)已對(duì)此新工業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行限制。其中的Si為切磨下來的高純硅粉，若直接排放會(huì)造成環(huán)境污染和硅材料的浪費(fèi)。目前對(duì)于這種廢水的處理，有兩種思路:一種是處理達(dá)標(biāo)后排放。常用方法有微生物法、高級(jí)氧化法等,對(duì)于這種重要含PEG的廢水，微生物法工藝復(fù)雜，處理效率低,處理效果差，幾乎不可能達(dá)標(biāo)；高級(jí)氧化法處理效果較好，但運(yùn)行費(fèi)用較高，工藝控制復(fù)雜；其它的常用污水處理方法也很難適用；另一種思路是將廢液分級(jí)回收處理，因?yàn)閺U水中的PEG、SiC和Si都是重要的工業(yè)原料，其中聚乙二醇(PEG)市場價(jià)12元每公斤，SiC市場價(jià)24元每公斤，Si市場價(jià)140元每公斤。因`此，分級(jí)回收和利用硅切割廢液對(duì)于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義，國外已經(jīng)有相對(duì)較為成熟的處理回收技術(shù)，國內(nèi)這方面技術(shù)還不成熟，大多處于研究階段。國內(nèi)現(xiàn)有的處理回收技術(shù)，如:一種光伏廢水零排放工藝(CN 102557291A)，系統(tǒng)流程過長、工藝復(fù)雜、投資過大，難以實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際應(yīng)用；一種處理含聚乙二醇廢水的方法(CN 1023722388A)，采用絮凝沉淀、Fendon氧化技術(shù)，處理后廢水需再進(jìn)入廢水處理廠處理，要使用費(fèi)用較高，且并不適合多晶硅廢水的處理；從硅片切割加工副產(chǎn)品中回收碳化硅的方法(CNlO 1244823A)，該專利裝置采用離心固液分離，只回收廢液中的碳化硅，聚乙二醇、和回收價(jià)值更高的硅并未涉及；現(xiàn)有的回收技術(shù)主要問題在于:①固液分離效果不佳，往往需要經(jīng)過多級(jí)分離，如:離心分離、斜板沉淀、過濾、壓濾等，分離出的PEG液體含部分輕質(zhì)的雜質(zhì)，需要經(jīng)過進(jìn)一步的提純才能回用SiC和Si分離過程復(fù)雜且效果欠佳，需要使用多種化學(xué)藥劑或經(jīng)過多種物理過程，缺少一種簡單有效的分離裝置。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是高效的處理回用技術(shù)，能徹底解決固液分離效果不佳問題，為此，提供了一種多晶硅廢水處理裝置。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:一種多晶硅廢水處理裝置，包括:陶瓷膜系統(tǒng)；其中，所述陶瓷膜系統(tǒng)，包括料液箱、供料泵、循環(huán)泵、陶瓷膜、透過液箱以及多個(gè)連接管道，其中，料液箱的上開口通過連接管道與循環(huán)泵相連接，料液箱的下端與供料泵相連接，且供料泵又通過連接管道與所述循環(huán)泵與料液箱的上開口之間的連接管道相連接，且循環(huán)泵又通過連接管道與陶瓷膜相連接，陶瓷膜又通過連接管道與所述透過液箱的上開口相連接，且在連接管道上還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥門和/或儀器儀表。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述陶瓷膜的形狀為管式多段彎曲中空結(jié)構(gòu)，膜孔小于I μ m0 進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述陶瓷膜由由二氧化鈦和二氧化鋯料制成。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，通過管道還連接有液體分離器，包括:分離腔體和與其相連接的流體儲(chǔ)箱、流量供給泵，其中，所述流量供給泵設(shè)于分離腔體和所述流體儲(chǔ)箱之間。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述分離腔體的液體進(jìn)口開于所述分離腔體的下方位置處。進(jìn)一步地,優(yōu)選的是,所述液體為純水或氯化1丐或者氯化鈉溶液。本實(shí)用新型采取了上述方案以后，具有以下優(yōu)越性:① 原廢液不經(jīng)任何處理，直接加壓分離，不需添加任何化學(xué)品，分離出的PEG純度達(dá)99.7%,過程簡單可靠，一次便可完成PEG分離和經(jīng)提純過程，PEG回收率達(dá)92% ；②創(chuàng)新性的SiC和Si流體分離器技術(shù)，不僅操作簡單，且有良好的分離效果，Si回收率最高可達(dá)85%，SiC回收率90%以上。因?yàn)榉蛛x界面的SiC和Si混合物可在下次分離中繼續(xù)分離，理論上分離次數(shù)越多，分離率越高。③本實(shí)用新型將需處理的廢液變廢為寶，不僅實(shí)現(xiàn)了污染物的“零”排放，同時(shí)又有很高的經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述，以使得本實(shí)用新型的上述優(yōu)點(diǎn)更加明確。其中，


圖1是配合本實(shí)用新型的多晶硅廢水處理裝置的流程示意圖；圖2是本實(shí)用新型多晶硅廢水處理裝置的陶瓷膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型多晶硅廢水處理裝置的流體分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0026]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對(duì)本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本實(shí)用新型中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。如
圖1所示，所述多晶硅廢水處理裝置，依下述步驟進(jìn)行:(I)將多晶硅廢液經(jīng)過增壓后進(jìn)入為陶瓷膜系統(tǒng)，在0.20MPa-0.55MPa壓力下進(jìn)行固液分離，分離出聚乙二醇液體儲(chǔ)存以備回用生產(chǎn)，分理處出的固液混合物進(jìn)入步驟
(2)；(2)將陶瓷膜系統(tǒng)分離出的固液混合物用純水沖洗干凈，得到包括:SiC、S1、Fe和雜質(zhì)的固體混合物，將此固體混合物加入鹽酸中進(jìn)行攪拌和清洗，分離出固體SiC、固體Si和雜質(zhì)的混合顆粒物；(3)將所述固體SiC和Si混合顆粒物加入流體分離器，控制流體分離器流速，使SiC和Si分層，并分別收集分層的SiC和Si，部分處于混合狀態(tài)的固體SiC、固體Si和雜質(zhì)則不分離。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，步驟(3)以后，還包括:對(duì)分離后的Si熔鑄提純，以得到太陽能級(jí)多晶硅；和/或；對(duì)分離后的SiC干燥后并進(jìn)行微粉分級(jí)分離，按粒徑大小選擇回用。進(jìn)一步地，優(yōu)·選的是，步驟(2)中，所述鹽酸的溫度30°C -45°C，濃度10%_30%，并且，步驟(2)中還要進(jìn)行攪拌30-90分鐘。進(jìn)一步地,優(yōu)選的是,步驟(3)中，所述流體分離器流速為40m/h_60 m/h。其中，在一個(gè)比較具體的實(shí)施例中，依據(jù)下面的步驟進(jìn)行操作:第一步:將廢液經(jīng)過增壓后進(jìn)入為陶瓷膜系統(tǒng)，在0.20MPa-0.55MPa壓力下進(jìn)行固液分離，陶瓷膜系統(tǒng)為微孔過濾技術(shù)，有效過濾孔徑小于I μ m,在壓力驅(qū)動(dòng)下，廢液中的PEG液體通過微孔，而廢液中的固體顆粒則無法通過，分離過程在常溫下進(jìn)行，也不需要添加任何化學(xué)藥劑，整個(gè)過程不發(fā)生任何相變，分離出的PEG液體純度達(dá)99.7%，完全達(dá)到切割生產(chǎn)要求，可直接儲(chǔ)存以備回用生產(chǎn)，PEG回收率大于92% ；第二步:將陶瓷膜系統(tǒng)分離出的濃縮泥漿用純水沖洗干凈，得到SiC、S1、Fe和極少量雜質(zhì)的固體，將此固體物加入溫度30°C -45°C，濃度10%-30%的鹽酸中攪拌清洗30-90分鐘，F(xiàn)e和少量的雜質(zhì)與鹽酸反應(yīng)，溶解于鹽酸中而被除去，經(jīng)過酸洗后，用純水沖洗干凈，所得固體顆粒為SiC和Si ；第三步:將上步中得到的混合顆粒物加入流體分離器，控制流體分離器流速為40m/h-60 m/h，其中流體分離器中所用液體為純水或氯化鈣、氯化鈉溶液，由于SiC和Si密度不同(SiC 3.2g/cm3, Si 2.4g/cm3),當(dāng)流體分離器中的液體由下向上以一定的流速流動(dòng)時(shí)，混合顆粒物整體處于懸浮狀態(tài)，密度小Si懸浮于上層，密度大的SiC懸浮于下層，這時(shí)停止流體流動(dòng)，懸浮的混合顆粒便分層沉降下來，可完成分離，分別收集SiC、Si，流體分離器分離層中間有少量SiC和Si的混合物，這部分混合物可另外收集，待下次混合物分離時(shí)再分離，這樣可以保證收集到的SiC和Si純度，同時(shí)多次分離后，分離率將提高；[0039]第四步:將收集的Si溶鑄提純，可得到太陽能級(jí)多晶娃，Si回收率最聞可達(dá)85% ；第五步:將SiC干燥后進(jìn)行微粉分級(jí)分離，按粒徑大小選擇回用，回收率90%以上。其中，如圖2和3所示，本實(shí)施例還公開了一種多晶硅廢水處理裝置，其中，本實(shí)施例的實(shí)用新型點(diǎn)主要在于陶瓷膜系統(tǒng)和流體分離器，因此，主要在圖2和圖3中示例了其結(jié)構(gòu)，其他的部件可以采用現(xiàn)有的部件，在此不進(jìn)行詳細(xì)說明，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所能夠知曉的。如圖2所示，所述陶瓷膜系統(tǒng)，包括料液箱11、供料泵12、循環(huán)泵13、陶瓷膜14、透過液箱15以及多個(gè)連接管道，其中，在連接管道上還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥門和/或儀器儀表。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述陶瓷膜的形狀為管式多段彎曲中空結(jié)構(gòu)，膜孔小于
Iμ m0進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述陶瓷膜由由二氧化鈦和二氧化鋯料制成。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，通過管道還連接有液體分離器，包括:分離腔體31和與其相連接的流體儲(chǔ)箱33、流量供給泵32，其中，所述流量供給泵設(shè)于分離腔體和所述流體儲(chǔ)箱之間。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述分離腔體的液體進(jìn)口開于所述分離腔體的下方位置處，其中，小密度分離物34在上方，大密度分離物35在下方，在最下方會(huì)存在未分離完全的混合物。進(jìn)一步地，優(yōu)選的是，所述液體為純水或氯化鈣或者氯化鈉溶液，更具體地說，所述流體分離器中，所用液體由下至上進(jìn)入分離器，通過調(diào)節(jié)流體分離器內(nèi)液體流速，是待分離混合物處于懸浮狀態(tài)，且流體分離器所用液體為純水或一定濃度的氯化鈣、氯化鈉溶液。
·[0048]
以下結(jié)合附圖敘述兩個(gè)實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)敘述。實(shí)施例1、處理裝置之一，依以下述步驟進(jìn)行:第一步:將收集的廢液經(jīng)過進(jìn)料泵供給陶瓷膜系統(tǒng)，開啟循環(huán)泵，通過調(diào)節(jié)進(jìn)料泵后閥門、循環(huán)泵后閥門和濃縮液回流閥，控制陶瓷膜系統(tǒng)進(jìn)口壓力為0.55MPa，陶瓷膜系統(tǒng)出口壓力為0.40MPa,陶瓷膜系統(tǒng)填裝膜過濾孔徑為0.14 μ m，在壓力驅(qū)動(dòng)下，廢液中的PEG液體通過陶瓷膜微孔，廢液中的固體顆粒無法通過，將透過的PEG液體收集儲(chǔ)存，在無PEG液體透出后，收集濃縮料衆(zhòng);第二步:將陶瓷膜系統(tǒng)分離出的濃縮料漿用純水沖洗干凈，得到SiC、S1、Fe和極少量雜質(zhì)的固體，將此固體物加入溫度30°C，濃度10%的鹽酸中攪拌清洗90分鐘，除去Fe和少量的雜質(zhì)，經(jīng)過酸洗后，用純水沖洗干凈，所得固體顆粒為SiC和Si ；第三步:將上步中得到的混合顆粒物加入流體分離器，控制流體分離器流速為60m/h，其中流體分離器中所用液體為純水，當(dāng)混合顆粒物全部處于懸浮狀態(tài)時(shí)，快速停止流體分離器進(jìn)水，使混合物快速沉降下來，分別收集上層的Si和下層的SiC ；第四步:將收集的Si熔鑄提純，可得到太陽能級(jí)多晶硅；第五步:將SiC干燥后進(jìn)行微粉分級(jí)分離，按粒徑大小選擇回用；實(shí)施例2、處理裝置之二，依以下述步驟進(jìn)行:第一步:將收集的廢液經(jīng)過進(jìn)料泵供給陶瓷膜系統(tǒng)，開啟循環(huán)泵，通過調(diào)節(jié)進(jìn)料泵后閥門、循環(huán)泵后閥門和濃縮液回流閥，控制陶瓷膜系統(tǒng)進(jìn)口壓力為0.35MPa，陶瓷膜系統(tǒng)出口壓力為0.2MPa，陶瓷膜系統(tǒng)填裝膜過濾孔徑為0.3 μ m，在壓力驅(qū)動(dòng)下，廢液中的PEG液體通過陶瓷膜微孔，廢液中的固體顆粒無法通過，將透過的PEG液體收集儲(chǔ)存，在無PEG液體透出后，收集濃縮料漿；第二步:將陶瓷膜系統(tǒng)分離出的濃縮料漿用純水沖洗干凈，得到SiC、S1、Fe和極少量雜質(zhì)的固體，將此固體物加入溫度40°C，濃度20%的鹽酸中攪拌清洗60分鐘，除去Fe和少量的雜質(zhì)，經(jīng)過酸洗后，用純水沖洗干凈，所得固體顆粒為SiC和Si ；第三步:將上步中得到的混合顆粒物加入流體分離器，控制流體分離器流速為50m/h，其中流體分離器中所用液體為20%氯化鈉溶液，當(dāng)混合顆粒物全部處于懸浮狀態(tài)時(shí)，快速停止流體分離器進(jìn)水，使混合物快速沉降下來，分別收集上層的Si和下層的SiC ；第四步:將收集的Si熔鑄提純，可得到太陽能級(jí)多晶硅；第五步:將SiC干燥后進(jìn)行微粉分級(jí)分離，按粒徑大小選擇回用；實(shí)施例3、處理裝置之三，依以下述步驟進(jìn)行:第一步:將收集的廢液經(jīng)過進(jìn)料泵供給陶瓷膜系統(tǒng)，開啟循環(huán)泵，通過調(diào)節(jié)進(jìn)料泵后閥門、循環(huán)泵后閥門和濃縮液回流閥，控制陶瓷膜系統(tǒng)進(jìn)口壓力為0.25MPa，陶瓷膜系統(tǒng)出口壓力為0.1MPa,陶瓷膜系統(tǒng)填裝膜過濾孔徑為0.8 μ m，在壓力驅(qū)動(dòng)下，廢液中的PEG液體通過陶瓷膜微孔，廢液中的固體顆粒無法通過，將透過的PEG液體收集儲(chǔ)存，在無PEG液體透出后，收集濃縮料漿；第二步:將陶瓷膜系統(tǒng)分離出的濃縮料漿用純水沖洗干凈，得到SiC、S1、Fe和極少量雜質(zhì)的固體，將此固體物加入溫度45°C，濃度30%的鹽酸中攪拌清洗30分鐘，除去Fe和少量的雜質(zhì)，經(jīng)過酸洗后，用純水沖洗干凈，所得固體顆粒為SiC和Si ；第三步:將上步中得到的混合顆粒物加入流體分離器，控制流體分離器流速為40m/h，其中流體分離器中所用液體為30%氯化鈣溶液，當(dāng)混合顆粒物全部處于懸浮狀態(tài)時(shí)，快速停止流體分離器進(jìn)水，使混合物快速沉降下來，分別收集上層的Si和下層的SiC ；第四步:將收集的Si熔鑄提純，可得到太陽能級(jí)多晶硅；第五步:將SiC干燥后進(jìn)行微粉分級(jí)分離，按粒徑大小選擇回用；本實(shí)用新型有以下優(yōu)越性:陶瓷膜固液分離技術(shù)，原廢液不經(jīng)任何處理，直接加壓分離，不需添加任何化學(xué)品，分離出的PEG純度達(dá)99.7%，過程簡單可靠，一次便可完成PEG分離和經(jīng)提純過程，PEG回收率達(dá)92% ；②創(chuàng)新性的SiC和Si流體分離器技術(shù)，不僅操作簡單，且有良好的分離效果，Si回收率最高可達(dá)85%，SiC回收率90%以上。因?yàn)榉蛛x界面的SiC和Si混合物可在下次分離中繼續(xù)分離，理論上分離次數(shù)越多，分離率越高。
③本實(shí)用新型將需處理的廢液變廢為寶，不僅實(shí)現(xiàn)了污染物的“零”排放，同時(shí)又有很聞的經(jīng)濟(jì)效益:
權(quán)利要求1.一種多晶硅廢水處理裝置，其特征在于，包括:陶瓷膜系統(tǒng)； 其中，所述陶瓷膜系統(tǒng)，包括料液箱、供料泵、循環(huán)泵、陶瓷膜、透過液箱以及多個(gè)連接管道，其中，料液箱的上開口通過連接管道與循環(huán)泵相連接，料液箱的下端與供料泵相連接，且供料泵又通過連接管道與所述循環(huán)泵與料液箱的上開口之間的連接管道相連接，且循環(huán)泵又通過連接管道與陶瓷膜相連接，陶瓷膜又通過連接管道與所述透過液箱的上開口相連接，且在連接管道上還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥門和/或儀器儀表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅廢水處理裝置，其特征在于，所述陶瓷膜的形狀為管式多段彎曲中空結(jié)構(gòu)，膜孔小于 μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅廢水處理裝置，其特征在于，通過管道還連接有液體分離器，包括: 分離腔體和與其相連接的流體儲(chǔ)箱、流量供給泵，其中，所述流量供給泵設(shè)于分離腔體和所述流體儲(chǔ)箱之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅廢水處理裝置，其特征在于，所述分離腔體的液體進(jìn)口開于所述分離腔體的下方位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅廢水處理裝置，其特征在于，所述液體為純水或氯化I丐或者氯化鈉溶液?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多晶硅廢水處理裝置，裝置包括陶瓷膜系統(tǒng)；其中，所述陶瓷膜系統(tǒng)，包括料液箱、供料泵、循環(huán)泵、陶瓷膜、透過液箱以及多個(gè)連接管道，其中，在連接管道上還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥門和/或儀器儀表。通過管道還連接有液體分離器，包括分離腔體和與其相連接的流體儲(chǔ)箱、流量供給泵，其中，所述流量供給泵設(shè)于分離腔體和所述流體儲(chǔ)箱之間。其中，該裝置能夠?qū)⒃械奈廴疚锾幚磙D(zhuǎn)換為工業(yè)資源回收利用，變廢為寶，有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C08L71/08GK203128312SQ20122074406
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者劉少鋒, 范小青, 許增團(tuán), 李小鋼, 李軍, 李建軍, 武紅艷, 張鈺彩, 李濤, 周鵬飛, 劉戰(zhàn)虎 申請(qǐng)人:陜西華浩科技有限公司