專(zhuān)利名稱(chēng)：分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池片切割產(chǎn)生的粉末中硅與碳化硅的泡沫浮選分離技術(shù)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池片普遍采用鋼絲線(xiàn)鋸配合碳化硅磨料漿切割生產(chǎn)，線(xiàn)鋸絲徑一般為
O.18mm，產(chǎn)生的鋸縫寬度一般為O. 20 O. 30mm，而當(dāng)前太陽(yáng)能電池硅片的厚度為O. 18
O.22_，這意味在硅片線(xiàn)切割過(guò)程中超過(guò)50%的硅料成為鋸屑進(jìn)入料漿。目前有進(jìn)一步減薄線(xiàn)鋸的發(fā)展趨勢(shì)，但無(wú)論如何發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)中硅料大約50%成為鋸屑進(jìn)入料漿，因此提取回收等于開(kāi)辟一種新的規(guī)?？捎^的高純硅原料來(lái)源。為了能降低太陽(yáng)能電池成本，國(guó)內(nèi)外對(duì)廢線(xiàn)鋸砂漿的回收利用已做了一些研究， 以下相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利對(duì)硅與碳化硅的分離進(jìn)行了報(bào)道I、專(zhuān)利CN 101491888報(bào)道了泡沫浮選方法分離砂漿中的硅與碳化硅，其中采用乙醇、甲醇、水、柴油、煤油等為溶劑，烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、油酸、松油醇等為表面改性劑。由于硅和碳化硅的物化性質(zhì)相近，找到合適的表面活性劑有很大困難，該專(zhuān)利報(bào)道的表面活性劑的分離效果一般。2、專(zhuān)利CN 101113029報(bào)道一種單晶硅切割廢液的處理回收方法。(I)將該廢液用稀鹽酸處理，并攪拌混合成易流動(dòng)的混合料；(2)混合料加熱進(jìn)行固液分離，水和聚乙二醇一起蒸出，冷凝，脫水，回收得聚乙二醇，分離得的固體為碳化硅和硅的粗固體混合物；(3) 將該粗固體混合物用水進(jìn)行二次清洗后，得到碳化硅和硅的二次清洗固體混合物；(4)接著用HN03+HF組成的混合酸液處理，得到硅和碳化硅。第四步中用酸洗會(huì)將硅粉溶解，得到氟硅酸溶液，不能得到高純度硅。而且該過(guò)程復(fù)雜，對(duì)于回收碳化硅有效，但是對(duì)于回收硅此方法不合適。3、專(zhuān)利CN 100528488報(bào)道一種從單晶硅切割或磨削加工硅晶片產(chǎn)生的廢砂漿中提取高純度硅粉和碳化硅粉的工藝方法，通過(guò)有機(jī)溶劑去除廢料中的懸浮劑和粘結(jié)劑，對(duì)固態(tài)砂料進(jìn)行氣體浮選，得到一定純度的硅，再進(jìn)一步對(duì)該硅粉進(jìn)行液體浮選和重力分選， 最后酸洗獲得高純度的硅粉。該過(guò)程中液體重力浮選所需要的三溴甲烷等試劑十分昂貴而且具有毒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種毒性低、成本低、簡(jiǎn)便快速的硅與碳化硅的泡沫浮選分離方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，包括以下步驟I)、以太陽(yáng)能電池片切割產(chǎn)生的粉末作為原料，向原料中加入酸，直至所得反應(yīng)液的PH值為I 3 ;過(guò)濾后烘干，得酸處理后原料；
該原料由硅、碳化硅和金屬氧化物組成(雜質(zhì)的含量微乎其微，忽略不計(jì))。硅的含量一般為19 % 32 %、碳化硅的含量一般為40 % 48 %，金屬氧化物的含量一般為 26% 36%，上述％為重量％ ；2)、將捕收劑、起泡劑和酸處理后原料加水配成水溶液，將水溶液放入浮選機(jī)的浮選槽中進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選，收集溢出的泡沫，浮選槽中留有固液混合物；捕收劑與酸處理后原料的重量比為5 10%，起泡劑與酸處理后原料的重量比為I 3 % ；3)、待步驟2)收集所得的泡沫自然消泡變成液體后重新進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選；收集溢出的泡沫重復(fù)上述消泡后浮選(即自然消泡變成液體后再進(jìn)行浮選)3 5次，最終所得的泡沫抽濾后烘干，得到硅；4)、將步驟2)所得的留在浮選槽中的固液混合物進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選；將所得的再次留在浮選槽中的固液混合物重復(fù)上述浮選3 5次，將最終所得的留在浮選槽中的固液混合物過(guò)濾后烘干，得碳化硅。作為本發(fā)明的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法的改進(jìn)步驟2)、3)和4) 中的浮選均為轉(zhuǎn)速為1600 2000r/min，鼓泡流量為80 180m3/h。作為本發(fā)明的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法的進(jìn)一步改進(jìn)捕收劑為酯類(lèi)非離子型捕收劑，例如為O-異丙基-N-乙基硫逐氨基甲酸酯、黃原酸酯或植物油。作為本發(fā)明的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法的進(jìn)一步改進(jìn)起泡劑為十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。作為本發(fā)明的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法的進(jìn)一步改進(jìn)步驟2) 的水溶液中，酸處理后原料的重量濃度為20 35%。作為本發(fā)明的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法的進(jìn)一步改進(jìn)步驟I) 中的酸為質(zhì)量濃度為5 15%的強(qiáng)酸溶液；強(qiáng)酸例如為硫酸、鹽酸等。本發(fā)明的發(fā)明過(guò)程簡(jiǎn)述如下原料(太陽(yáng)能電池片切割產(chǎn)生的粉末)先經(jīng)酸處理， 過(guò)濾烘干，再與捕收劑和起泡劑配成一定濃度的水溶液，攪拌均勻進(jìn)行浮選，泡沫不斷從浮選槽溢出，直至不能溢出為止，浮選出來(lái)的泡沫自然消泡后繼續(xù)浮選若干次(較佳為4次， 即總共5次)，最后得到高純度的硅；將下層物繼續(xù)浮選若干次(較佳為4次)，最后得到高純度的碳化硅。本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明提供了一種毒性低、成本低、簡(jiǎn)便快速的分離方法。(2)本發(fā)明獲得的硅和碳化硅純度高，可以返回使用，作為生產(chǎn)原料，適用于工業(yè)
化生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明使用的泡沫浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；左圖為泡沫浮選機(jī)的右視圖，右圖為泡沫浮選機(jī)的主視圖。I為轉(zhuǎn)速控制器,2為攪拌裝置,3為浮選槽,4為托盤(pán),5為電動(dòng)機(jī),6為開(kāi)關(guān)，7為流量計(jì)。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例中所用的浮選機(jī)如圖I所示，該浮選機(jī)為常規(guī)市購(gòu)產(chǎn)品，例如可采用武漢恒樂(lè)生產(chǎn)的XFD浮選機(jī)。以下％均為重量％。實(shí)施例I、一種分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，包括以下步驟I)、以太陽(yáng)能電池片切割產(chǎn)生的粉末作為原料，該原料事先經(jīng)檢測(cè)，其由24%的單質(zhì)硅、40%的碳化硅和36%的金屬氧化物組成。注根據(jù)《林炳熹，楊紅等.工業(yè)硅中單質(zhì)硅的揮發(fā)與測(cè)定.冶金分析，2008， 28(7) 62-64中的測(cè)定硅單質(zhì)的方法》測(cè)得硅含量，根據(jù)《SN/T0256-93出口碳化硅分析方法-碳化硅含量的測(cè)定》測(cè)得碳化硅含量，根據(jù)強(qiáng)酸處理后減少的重量得到金屬氧化物含量。利用天平秤取320g原料，向原料中緩慢加入鹽酸溶液(質(zhì)量濃度15% )，并隨時(shí)測(cè)定PH值，直至反應(yīng)液呈現(xiàn)酸性(即pH小于7)，然后再過(guò)量滴加鹽酸溶液(約IOmL)，即， 從而調(diào)節(jié)pH值為2。此時(shí)認(rèn)為原料中的金屬氧化物被反應(yīng)完。將上述反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，將所得的固體烘干，得到205g酸處理后原料(即娃與碳化娃混合固體)。2)、選用植物油(例如為常規(guī)的花生油)作為捕收劑，選用十二烷基硫酸鈉作為起泡劑；將12g捕收劑、2. 5g起泡劑和205g酸處理后原料加O. 8L水?dāng)噭蚝笈涑伤芤?(即，酸處理后原料在水溶液中的重量濃度為20. 1% )，將水溶液放入浮選機(jī)的浮選槽(浮選槽被固定于浮選機(jī)上)中進(jìn)行浮選，接通電源開(kāi)始浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出關(guān)閉電源停止浮選，設(shè)置浮選機(jī)的轉(zhuǎn)速為1800r/min,鼓泡流量為100m3/h。收集溢出的泡沫，浮選槽中留有固液混合物。該兩者分別進(jìn)行以下處理。3)、步驟2)收集所得的泡沫待其自然消泡后，重新進(jìn)行浮選，具體如下倒入第二個(gè)浮選槽內(nèi)，接通電源開(kāi)始浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出關(guān)閉電源停止浮選，設(shè)置浮選機(jī)的轉(zhuǎn)速為1800r/min，鼓泡流量為100m3/h。將所收集的泡沫重復(fù)上述自然消泡后的浮選3次(浮選的工藝條件同上)，最終浮選所得的泡沫抽濾后，得固體；所得的固體于80°C烘干至恒重，得66. 2g到硅(即收率為 86.2%)，純度為92. 2 %。該純度依據(jù)《林炳熹，楊紅等.工業(yè)硅中單質(zhì)硅的揮發(fā)與測(cè)定.冶金分析，2008，28 (7) 62-64中的測(cè)定硅單質(zhì)的方法》進(jìn)行檢測(cè)。此步驟中，浮選過(guò)程中殘留在浮選槽內(nèi)的微量的殘留物作廢棄處理。4)、將步驟2)所得的留在浮選槽中的固液混合物倒入第二個(gè)浮選槽進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選；設(shè)置浮選機(jī)的轉(zhuǎn)速為1800r/min，鼓泡流量為100m3/h。將所得的再次留在浮選槽中的固液混合物重復(fù)上述浮選3次(浮選的工藝條件同上)，將最終所得的留在浮選槽中的固液混合物抽濾后，得固體；該固體于80°C烘干至恒重，得108. 6g碳化硅(即收率為84. 8% )，純度為90. 3%。該純度依據(jù)《SN/T0256-93出口碳化硅分析方法-碳化硅含量的測(cè)定》進(jìn)行檢測(cè)。改變實(shí)施例I中的捕收劑的種類(lèi)及其用量、起泡劑的種類(lèi)及其用量、水溶液中原料的重量濃度、浮選機(jī)的轉(zhuǎn)速和鼓泡流量(步驟2)、步驟3)和步驟4)中的浮選機(jī)的轉(zhuǎn)速和鼓泡流量均一致)；其余步驟同實(shí)施例1，分別得到實(shí)施例2 實(shí)施例19。實(shí)施例2 7的原料成分同實(shí)施例I。實(shí)施例8 13的原料成分具體如下硅32%，碳化硅42%，金屬氧化物26%。實(shí)施例14 19的原料成分具體如下娃19 %，碳化硅48 %，金屬氧化物33 %。所得的硅和碳化硅的純度及收率如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，其特征是包括以下步驟1)、以太陽(yáng)能電池片切割產(chǎn)生的粉末作為原料，向原料中加入酸，直至所得反應(yīng)液的PH 值為I 3 ;過(guò)濾后烘干，得酸處理后原料；2)、將捕收劑、起泡劑和酸處理后原料加水配成水溶液，將所述水溶液放入浮選機(jī)的浮選槽中進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選，收集溢出的泡沫，浮選槽中留有固液混合物；所述捕收劑與酸處理后原料的重量比為5 10%，所述起泡劑與酸處理后原料的重量比為I 3% ;3)、待步驟2)收集所得的泡沫自然消泡變成液體后重新進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選；收集溢出的泡沫重復(fù)上述消泡后浮選3 5次，最終所得的泡沫抽濾后烘干，得到娃；4)、將步驟2)所得的留在浮選槽中的固液混合物重新進(jìn)行浮選，直至沒(méi)有泡沫溢出停止浮選；將所得的再次留在浮選槽中的固液混合物重復(fù)上述浮選3 5次，將最終所得的留在浮選槽中的固液混合物過(guò)濾后烘干，得碳化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，其特征是所述步驟2)、3)和4)中的浮選均為轉(zhuǎn)速為1600 2000r/min，鼓泡流量為80 180mVh0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，其特征是所述捕收劑為酯類(lèi)非離子型捕收劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，其特征是所述酯類(lèi)非離子型捕收劑為O-異丙基-N-乙基硫逐氨基甲酸酯、黃原酸酯或植物油。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，其特征是: 所述起泡劑為十~■燒基硫酸納或十~■燒基苯橫酸納。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，其特征是所述步驟2)的水溶液中，酸處理后原料的重量濃度為20 35%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分離硅粉體與碳化硅粉體的泡沫浮選方法，包括以下步驟1)、以太陽(yáng)能電池片切割產(chǎn)生的粉末作為原料，加酸處理后，得酸處理后原料；2)、將捕收劑、起泡劑和酸處理后原料加水配成水溶液，水溶液放入浮選槽中進(jìn)行浮選，收集溢出的泡沫，浮選槽中留有固液混合物；3)、待步驟2)收集所得的泡沫自然消泡變成液體后重新進(jìn)行浮選，最終所得的泡沫抽濾后烘干，得到硅；4)、將步驟2)所得的留在浮選槽中的固液混合物重新進(jìn)行浮選，最終所得的留在浮選槽中的固液混合物過(guò)濾后烘干，得碳化硅。
文檔編號(hào)B03D101/04GK102600988SQ20121006002
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者錢(qián)超, 陳新志, 黃佳民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)