具体实施方式

本发明涉及一种用于纯化废料中包含的硅微粒的处理方法，所述废料在无磨料的情况下用金刚石线切割锭产生(图1)。如前所述，该废物中的硅处于非常细的粉末(表面至少部分氧化的硅微粒)的形式，并与液体添加剂、金属污染物和有机或无机物混合。这种废物主要含有液体物质；硅(构成大部分固体物质)的重量百分比为2％至5％。

本发明的处理方法包括步骤a)，该步骤是提供由锯切废料产生的污染浆料，该污染浆料由硅微粒、有机物和金属污染物在含水混合物中形成。通常，硅微粒具有约10nm至5微米的尺寸分布，通常集中于1微米。

在本发明的其余部分中，我们将使用术语“浆料”来限定包含在水溶液中混合的大于40％(重量百分比)的固体物质(主要由硅微粒组成)的物质。与本发明中的浆料相关的所有比例以重量百分比给出。

有利地，在步骤a)中，污染浆料包含约50％的固体物质和50％的液体物质。术语“约”在此是指重量百分比的值处于+/-10％(绝对值：即约50％的重量百分比可以在40％至60％之间变化)，或甚至处于+/-5％(绝对值)。可通过选自过滤(例如真空过滤)或切向过滤、沉降、离心或旋流分离的已知固/液分离方法从切割废料(基本上由液体物质组成，硅的重量百分比为2％至5％)获得污染浆料。因此，得到的污染浆料具有超过40％的固体物质(重量百分比)。

然后，本发明的处理方法包括步骤b)，在该步骤b)期间将稀过氧化氢溶液(H₂O₂)加入到污染浆料中，从而形成第一混合物。“稀溶液”是指由过氧化氢和水组成的溶液。稀过氧化氢溶液可以具有1％至35％的过氧化氢的质量浓度，其余百分比是水。注意，没有加入其它酸性或碱性产物来形成第一混合物。因此，第一混合物由污染浆料、过氧化氢和水组成。

第一混合物中稀溶液和污染浆料的各自比例取决于H₂O₂浓度。例如，对于35％的H₂O₂浓度，相对于一体积的污染浆料，第一混合物优选包括一体积的稀H₂O₂溶液；对于10％的H₂O₂浓度，相对于一体积的污染浆料，第一混合物优选包括三体积的稀溶液。

步骤b)还包括搅拌该第一混合物，以使稀H₂O₂溶液在硅微粒1和其它有机物3或金属污染物4的中间的分布均匀。

由污染浆料产生的硅微粒1在其表面上主要包括一层氧化硅2；此外，它们全部或部分地被由有机物3的长链形成的层“覆盖”(图2a)。通过有机物3的氧化反应，过氧化氢将诱导长有机链3分裂，这促使其与硅微粒1的表面上分离。结果，经有机层3结合至硅微粒1的金属污染物4也将分离(图2b)。注意，该氧化反应还产生气态形式的二氧化碳(CO₂)。

有利地，第一混合物包括约5％至10％的固体物质和其余百分比的液体物质(以重量百分比计)：该液体稠度促使硅微粒1和其它有机物3或金属污染物4在第一混合物中悬浮。注意，术语“约”如前所述定义。

当低浓度H₂O₂的溶液与污染浆料混合时，直接实现第一混合物的这种稠度。在溶液具有较高H₂O₂浓度(例如10％至35％)的情况下，加入的稀H₂O₂溶液的体积不足以达到第一混合物中5％至10％的固体物质；加入纯水以获得第一混合物的所需稠度。“纯水”是指去离子水或超纯水，其分别具有几百kΩ.cm的电阻率和大于18.2MΩ.cm的电阻率。

然后，搅拌第一混合物使得可以使第一混合物中悬浮的硅微粒1和其它有机物3或金属污染物4的分布均匀；搅拌还可以提高使有机链3分裂的氧化反应的效率。

步骤b)可在20℃至95℃的温度下进行10分钟至5小时。

在步骤b)结束时，第一含水混合物包括均匀悬浮液中的颗粒，包括硅微粒1、主要为断裂链形式的有机物3和金属污染物4。

然后，本发明的处理方法包括步骤c)，对第一混合物进行固/液分离，以便一方面获得第一纯化浆料，另一方面获得载有有机物和金属污染物的第一液体。第一纯化浆料由至少40％的固体物质组成(图2c)。第一液体可作为液体流出物进行排放和处理。

由于有机链分裂，有机层的碎片与硅微粒分离(步骤b))，并且在步骤c)中，由于它们的尺寸减小和/或它们溶解于水，它们与液体部分(第一液体)一起排放，因此与固体材料(第一纯化浆料)分离。

申请人已经能够观察到，在用于固/液分离的步骤c)之后，至少90％的最初存在于污染浆料中的有机物被排放到第一液体中。在该步骤c)之后，最初以约1％至3％(重量百分比)存在于污染浆料中的金属污染物(全部加在一起)也大大降低，这特别是由于它们与有机物的初始结合。

步骤c)的固/液分离技术可以选自沉降、离心、旋流分离、过滤或其他合适的已知技术。

有利地，该处理方法包括漂洗步骤c′)，在该步骤中，将纯水加入到第一纯化浆液中以形成第二混合物(图1)。对于一体积的第一浆料，第二混合物优选包括至少十体积的水。提供搅拌以使第二混合物均匀。

然后，步骤c′)包括对第二混合物进行固/液分离，以一方面获得第二纯化浆料，另一方面获得含有残余有机物和金属污染物的第二液体。第二纯化浆料由至少40％的固体物质组成。像第一液体一样，第二液体可以作为液体流出物进行排放和处理。

与第一浆料相比，将该第二纯化浆料另外漂洗一次。因此，其具有更高的纯度水平：在该步骤c′)之后，至少95％的最初存在于污染浆料中的有机物得以除去。在该步骤c′)之后，金属污染物的水平也得到改善。

有利地，步骤c′)重复一至五次，以实现最佳的纯度水平(典型地，与初始的污染浆料相比，有机物和金属污染物减少了至少一百倍)，同时保持合理的成本(由步骤c′)的重复产生)。

本发明的处理方法有利地包括步骤d)，在该步骤中，在惰性气氛下干燥纯化浆料(第一浆料或第二浆料)，以获得纯化的硅微粒。

优选地，干燥在真空下于50℃至80℃的温度下加以搅拌进行。例如，可以使用装配有机械搅拌器的过滤干燥器类型的设备。

在上述处理方法结束时，实现了非常好的硅微粒的纯化水平(有机和金属)，典型地：

·小于0.3％(按重量计)的碳；

·小于100ppm(按重量计)的金属污染物(总计)。

并且，该方法不使用现有技术的方法中使用的高污染产品，如碱和浓酸。

然而，硅微粒在其表面上保留氧化物层。

根据一个变型，本发明的处理方法包括步骤c″)，其用于去除硅微粒上存在的全部或部分氧化物。步骤c″)可以在步骤c)之后或在步骤c′)之后进行(图1)。

该步骤首先包括提供第一纯化浆料11(或第二纯化浆料12)，其保持为滤饼10的形式(图3a)。滤饼10可以特别地在压滤机下过滤之后获得(“压滤滤饼”)：因此，第一纯化浆料11(或第二纯化浆料12)保持挤压在两个多孔膜20之间，呈现滤饼10的形式。

然后，步骤c″)包括使0.1％至1％(重量百分比)的稀氢氟酸(HF)溶液30循环通过滤饼10(图3b)。因此，HF溶液30将全部沿着其在两个膜20之间的路径与滤饼10的硅微粒接触，并侵蚀围绕硅微粒的氧化物层。例如，对于一体积的滤饼10，将循环两体积的0.5％HF溶液30。对于较低的HF浓度，将使用较大量的溶液体积30通过滤饼10。

然后，步骤c″)包括使纯水40循环通过滤饼10，从而能够漂洗所述滤饼10并除去氢氟酸(图3c)。实际上，纯水40将通过采用与HF溶液30基本相同的路径和间隙而循环通过滤饼10，从而确保所述滤饼10的有效漂洗。例如，对于一体积的滤饼，将十体积的纯水40循环通过滤饼10。在水出口膜处的pH测量可以检查漂洗的有效性：pH值为7是完全漂洗的目标。

步骤c″)结束于获得第三纯化浆料13(图3d)，其由超过40％的固体物质组成。第三纯化浆料13由硅微粒形成，该硅微粒基本上没有其表面氧化物层。

根据该变型，该处理方法有利地包括干燥步骤d)，在该步骤过程中，第三纯化浆料在惰性气氛下干燥，以防止在纯化的硅微粒上形成氧化物层。

该步骤之后还进行调质(conditioning)，以便将干燥的硅粉末保持在惰性、非氧化气氛中。

在根据该变型的处理方法结束时，获得具有低氧化硅含量的纯化的硅微粒；其可以具有以下特征：

·小于1％(重量)的氧，

·小于0.3％(按重量计)的碳，

·小于50ppm(按重量计)的金属污染物(总计)；注意，去除氧化物的步骤c″)可以降低金属污染物的水平，因为金属污染物经常结合到覆盖硅微粒的表面氧化物层中；因此，去除该层有利于金属颗粒的去除。

这些特性使得硅粉末与大多数应用、特别是光伏行业相容。

本发明的处理方法能够回收利用在锯切废料中以微粒形式包含的超过95％的硅。

当然，本发明不限于所描述的实施方式，并且在不脱离本发明的由权利要求限定的范围的情况下，可以添加变型。