阅读说明：本技术 一种硅粉的回收方法及其制备的硅锭 (Recovery method of silicon powder and silicon ingot prepared by same ) 是由 王贯勇 高志国 于 2018-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种硅粉的回收方法及其制备的硅锭,涉及二次资源再利用技术领域,用于回收硅粉,实现资源的二次利用。该硅粉的回收方法包括准备原料；利用碳棒对原料进行加热至熔融状态形成硅液,熔炼的温度为A,1450℃≤A≤1850℃；取出所述碳棒,再次加入与碳棒同等体积的原料；在硅液内至少加入一次造渣剂,造渣剂用于将硅液中的杂质吸附在硅液表面,造渣剂占硅液的重量百分百为H1,0.2％≤H1≤0.3％；扒除吸附到所述硅液表面的杂质；将硅液与沉淀在硅液底部的沉淀渣分离；将所述硅液冷凝形成硅锭。本发明实现了硅粉到硅锭的转化,避免了粉状硅进入废料浆,进而一方面保护了环境,另一方面资源得到了二次利用,也为下一步的提纯工作做出来相应的准备。(The embodiment of the invention provides a silicon powder recovery method and a silicon ingot prepared by the same, relates to the technical field of secondary resource recycling, and is used for recovering silicon powder and realizing secondary utilization of resources. The recovery method of the silicon powder comprises the steps of preparing a raw material; heating the raw materials to a molten state by using a carbon rod to form silicon liquid, wherein the smelting temperature is A, and A is more than or equal to 1450 ℃ and less than or equal to 1850 ℃; taking out the carbon rod, and adding the raw material with the same volume as the carbon rod again; adding a slagging agent into the silicon liquid at least once, wherein the slagging agent is used for adsorbing impurities in the silicon liquid on the surface of the silicon liquid, and the slagging agent accounts for H1 in percentage by weight of the silicon liquid, and H1 is more than or equal to 0.2% and less than or equal to 0.3%; removing impurities adsorbed to the surface of the silicon liquid; separating the silicon liquid from the precipitation slag precipitated at the bottom of the silicon liquid; and condensing the silicon liquid to form silicon ingots. The invention realizes the conversion from silicon powder to silicon ingot, avoids the powdery silicon from entering the waste slurry, thereby protecting the environment on the one hand, and making corresponding preparation for the next purification on the other hand, the resources are recycled.)

一种硅粉的回收方法及其制备的硅锭

技术领域

本发明涉及二次资源再利用技术领域，尤其涉及一种硅粉的回收方法及其制备的硅锭。

背景技术

无论是单晶硅还是多晶硅、半导体硅还是太阳能用晶体硅，在流入下一步的使用之前都必须经过切割，而现有切割技术中，线切割是最佳的选择，该方法具有精度高、成品率高、效率高、损耗小等优点。

线切割的原理是：通过一根高速运动的金钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对硅棒进行摩擦，从达到切割效果。

其中硅的含量在88％至92％，表明废砂浆具有非常高的回收价值。

因此，如何将切割砂浆中的高纯硅粉回收再利用，是业内当前面临的主要技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种硅粉的回收方法及其制备的硅锭，用于回收硅粉，实现资源的二次利用。

本发明实施例提供一种硅粉的回收方法，硅粉的回收方法包括：

准备原料；

利用碳棒对所述原料进行加热至熔融状态形成硅液，其中，熔炼的温度为A，1450℃≤A≤1850℃；

取出所述碳棒，再次加入与所述碳棒同等体积的所述原料；

在所述硅液内至少加入一次造渣剂，所述造渣剂用于将所述硅液中的杂质吸附到所述硅液表面，其中，所述造渣剂占所述硅液的重量百分百为H1，0.2％≤H1≤0.3％；

扒除吸附在所述硅液表面的杂质；

将所述硅液与沉淀在所述硅液底部的沉淀渣分离；

将所述硅液冷凝形成硅锭。

可选的，所述准备原料包括：

收集硅粉；

在所述硅粉中加入添加剂，所述添加剂用于降低所述硅粉中所述杂质的熔点，其中，所述添加剂占所述硅粉的重量百分百为H2，4％≤H2≤5％；

将加入所述添加剂的硅粉进行挤压，生成硅粒；

烘干所述硅粒，其中，所述烘干温度为B，B≤200℃。

可选的，所述添加剂包括至少一种钙化物，所述钙化物用于降低所述硅粉中所述杂质的熔点。

可选的，所述钙化物为氟化钙。

可选的，所述添加剂包括粘结剂，其中，所述粘结剂占所述添加剂的重量百分百为H3，3％≤H3≤5％。

本发明另一方面提供一种硅锭，所述硅锭适用于上述前一方面所述的硅粉的回收方法制备。

可选的，所述硅锭的回收率为C，其中，55％≤C≤80％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式的有益效果如下：

本实施例中，通过对原料加热形成硅液，再通过造渣剂将硅液中的杂质吸附到硅液表面进而对其进行扒除，提高了硅液的纯度，进一步的，将硅液与沉淀渣进行分离，对硅液进行冷凝得到硅锭。实现了粉状硅到块状硅的转化，避免了粉状硅进入废料浆，进而一方面保护了环境，另一方面资源得到了二次利用，也为下一步的提纯工作做出来相应的准备。并且，本实施例对硅粉的回收是物理性回收，因此不会造成二次环境污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的硅粉的回收方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的硅粉的回收方法的另一种流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。

在详细的介绍本发明之前，对本技术方案的技术脉络进行简单介绍：

目前，晶体硅的切割技术主要有砂浆SiC切割和金刚线切割，无论述砂浆SiC切割或者是金刚线切割，由于切割丝的直径和所需硅片的厚度相差不大，所以两种切割方式都会使40％至50％的晶体硅切磨成粉进入废料浆中，一方面造成资源的浪费，另一方面造成环境的污染。

为了解决上述问题，发明人研发出如下技术方案，可实现将粉状硅重新形成硅锭，方便进一步的提纯使用，从而避免了砂浆进入废料浆中对环境造成污染以及资源的浪费。

本实施例提供一种硅粉的回收方法，如图1所示，其为本发明实施例所提供的硅粉的回收方法的一种流程示意图，硅粉的回收方法包括：

S101、准备原料。

本实施例中，砂浆经过压滤机之后，滤去水分，形成粉状多晶硅，粉状多晶硅需要经过一系列处理将粉状多晶硅制备成颗粒状的多晶硅。一方面，由于粉状多晶硅的重量轻，在后续的工艺中的损失较大，回收率低，相反的颗粒状的多晶硅的重量较大，在高温炉中不会漂浮在硅液表面，利于回收；另一方面，粉状的多晶硅的含水量较大，在后续工艺中的能耗较高，不利于节约成本，而颗粒状的多晶硅由于含水量较小，在高温炉内不会产生多余的能量消耗，因此可有效的节约成本。

虽然将粉状多晶硅变成颗粒状多晶硅增加了工艺步骤，但是在将粉状多晶硅制备成颗粒状多晶硅的成本与能耗，远低于直接将粉状多晶硅作为原料损失的成本与能耗，因此，本实施例优选的原料为颗粒状硅，颗粒状硅可包括颗粒状多晶硅或者颗粒状单晶硅，亦或者前二者的结合，本实施例中并不对颗粒状硅的具体成本进行特别限定，可依据具体产品而定。

S102、利用碳棒对原料进行加热至熔融状态形成硅液，其中，熔炼的温度为A，1450℃≤A≤1850℃。

本实施例中，可利用干打坩埚来收集原料，干打坩埚其材质为SiO₂，可避免对原料的污染，进而保证原料的纯度。

本实施例中可将碳棒放入干打坩埚内，将碳棒的热量传递给原料，使得颗粒状硅融化成硅液。

高温状态下，原料中的杂质在经过处理后可漂浮在硅液的表面，进而容易从硅液中分离除去，利于多晶硅的回收。

需要补充的是，温度越高，能耗随之增多，但是温度较低，则原料加热不充分，部分原料不能被熔化，因此会降低回收率，本实施例在兼顾能耗和回收率之后，可将熔炼温度设置在1450℃到1850℃之间。

S103、取出碳棒，再次加入与碳棒同等体积的原料。

需要补充的是，本实施例中利于中频感应炉对原料进行加热，由于硅液是半导体，当加热温度达到800℃后，硅液可通过磁感应而自发加热，并且电磁感应会使硅液上下翻滚，起到搅拌的作用，进而可将沉积在底部的原料搅拌至上方，得到足够的热量，形成可回收的硅液。

因此，为了进一步的节省能耗，需将与碳棒同等体积的原料加入干打坩埚中。一方面由于通过磁感应加热，另一方面由于加入的原料的体积较小，因此不会影响硅液的整体温度。

利用碳棒产生的中频直流电，对硅液进行加热，加热效率较高，达到节能的目的；并且加热的温度较高，能够达到原料的融化温度；当碳棒取出之后，硅液通过磁感应持续加热，热量均匀分布于硅液中，硅液的质量得到了保障，进一步的可提高回收效率。

S104、在硅液内至少加入一次造渣剂，造渣剂用于硅液中的杂质吸附到硅液表面，造渣剂占硅液的重量百分百为H1，0.2％≤H1≤0.3％；

由于硅液中含有杂质，不利于硅液的回收，此时需要对硅液中的杂质进行清除，提高硅液的纯度。

本实施例中，可在硅液中添加造渣剂，示例性的，造渣剂可为碳化物，利于将硅液中的杂质吸附到硅液的表面，利于对其进行清除。

造渣剂的含量较大时，虽然利于生成杂质吸附到硅液的表面，但是在后续杂质从硅液分离的过程中，难免会流失一定量的硅液，降低回收效率。造渣剂的含量较小时，不利于杂质的清除，影响硅液的纯度。因此，本实施例兼顾上述考虑之后，将造渣剂的重量百分比设置在0.2％至0.3％之间。

S105、扒除吸附在硅液表面的杂质。

造渣剂会将硅液中的杂质漂浮在硅液表面，此时，为了不影响硅液的纯度，可对漂浮在硅液表面的杂质进行去除。

若造渣剂加入的次数较多，生成的杂质的量也会随之增加，每次扒除杂质的过程中也会损失部分硅液。因此，本实施例可根据每次的硅液的表面温度以及杂质的量来判断是否多次添加造渣剂，本实施并不对造渣剂的添加次数进行特别限定，可根据每次的原料而定。

S106、将硅液与沉淀在硅液底部的沉淀渣分离。

虽然利用造渣剂可使得部分杂质吸附到硅液的表面，但是还是会有部分杂质的密度与硅液的相似，不容易吸附到硅液的表面。由于沉淀渣与硅液的冷却温度不同，因此可通过降温的方式将硅液与沉淀渣分离。本实施例兼顾硅液与沉淀渣分离的难易程度以及硅液的回收效率之后，可在扒除至少一次杂质之后将硅液与沉淀渣分离。

S107、将硅液冷凝形成硅锭。

本实施例中，通过对原料加热形成硅液，再通过造渣剂将硅液中的杂质吸附到硅液表面进而对其进行扒除，提高了硅液的纯度，进一步的，将硅液与沉淀渣进行分离，对硅液进行冷凝得到硅锭。实现了粉状硅到块状硅的转化，避免了粉状硅进入废料浆，进而一方面保护了环境，另一方面资源得到了二次利用，也为下一步的提纯工作做出来相应的准备。

并且，本实施例对硅粉的回收是物理性回收，因此不会造成二次环境污染。

进一步的，对本实施例中的原料进行简要说明：

如图2所示，其为本发明实施例所提供的硅粉的回收方法的另一种流程示意图，S101、准备原料包括：

S1011、收集硅粉。本实施例中的硅粉在800到1000目左右，硅粉的粒度很小，不利于直接熔炼，因此需要对其进行处理。

需要指出的是，本实施例中的原料并不是在切削过程中产生的废砂浆，本实施例需要对废砂浆进行多次处理，才能得到适于熔炼的原料。

将废砂浆经过压滤机之后，得到粉末状的硅，也就是本实施例中涉及到的硅粉。硅粉可理解为简单脱水之后的砂浆，由于粉状硅的含水量还是偏高，在加热到熔融过程中的能耗相对较高，因此还需要进一步处理，具体的：

S1012、在硅粉中加入添加剂，添加剂占硅粉的重量百分百为5％。并且，添加剂用于降低硅粉中杂质的熔点，这样在后续加热过程中，可降低能耗，进而降低成本。

另外，由于硅粉中杂质的熔点较低，在加热到一定温度后，杂质从固态变为熔融态，其流动性得到了提升，进而提升了在对原料进行熔炼过程中的流程性。

若添加剂的量太大，虽然杂质的流动性较好，但是会增大下一步工艺的能耗，因此本实施例中将添加剂的重量百分比设置在5％左右，在保证杂质具有一定流动性的前提下，尽可能的降低能耗。

另外，在硅粉中加入添加剂，使得硅粉比较均匀，为后续造粒做准备；由于在熔炼过程中加入添加剂，添加剂会随着热气而飘散，会浪费一部分的添加剂，因此在硅粉中之间加入添加剂，而避免在后续熔炼过程中加入添加剂，可节约成本。

进一步的，在一种实施方式中，该添加剂包括至少一种钙化物，钙化物用于降低硅粉中杂质的熔点。

本实施例中，降低硅粉中杂质的熔点一方面可在后续熔炼过程中降低能耗，另一方面在熔炼过程中可提高杂质的流动性，进而提高整个原料的流动性。

由于硅粉含水量越大，则被氧化的可能性越大，因此尽可能的使其脱失水分，保持硅粉的纯净度。本实施例中，钙化物可将硅粉中多余的水分吸收，因此可有效的保持硅粉的纯净度。

依然进一步的，本实施例钙化物可为氟化钙。在考虑成本之后，本实施例优选钙化物为氟化钙。

进一步的，在另一种实施方式中，添加剂还可包括粘结剂，粘结剂占添加剂的重量百分百为3％至5％。

由于粉状硅的重量小，在熔融状态下，不容易沉到坩埚中，会随着热气而飘走，损失原材料，进而降低回收率，因此本实施例中，通过粘结剂将硅粉进行粘合，形成直径较大的硅粒。

本实施例中，可根据原料的多少而确定粘结剂的量，示例性的可占添加剂的重量百分百在3％至5％之间。

S1013、将加入添加剂的硅粉进行挤压，生成硅粒。

结合上述实施方式可知，在对原料进行加热形成熔融状态之前，需要对硅粉进行处理，形成重量较大的颗粒状的硅，本实施例中硅粒即可理解为颗粒状的硅。

由于颗粒状的硅，即硅粒的重量较大，在熔融状态下，容易沉到干打坩埚中，避免原料的损失，进而提高了回收率。

S1014、烘干硅粒，其中，烘干温度为B，B≤200℃。

在得到硅粒之后，一方面为了避免硅粒中的单晶硅遇水被氧化，需要进一步的将硅粒中的水分排除；另一方面，多余的水分也会增大加热的能耗，因此本实施例中可对硅粒进行烘干。烘干温度低于200℃，较低的温度即可将硅粒当中的水分排除，并且温度低能耗小，节约成本。

本实施例还提供一种硅锭，该硅锭适用于上述实施例的硅粉的回收方法制备出。

本实施例中，通过对原料加热形成硅液，再通过造渣剂将硅液中的杂质吸附到硅液表面进而对其进行扒除，提高了硅液的纯度，进一步的，将硅液与沉淀渣进行分离，对硅液进而冷凝得到硅锭。实现了粉状硅到块状硅的转化，避免了粉状硅进入废料浆，进而一方面保护了环境，另一方面资源得到了二次利用，也为下一步的提纯工作做出来相应的准备。

并且，本实施例对硅粉的回收是物理性回收，因此不会造成二次环境污染。

在一种实施方式中，利于上述方法，1吨原料可得到550公斤至800公斤的硅锭，其回收率在55％至80％之间。

根据上述方法制备的硅锭，其能耗低，回收率高，利于工业生产。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到至少两个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。