專利名稱：太陽能多晶硅尾氣回收液相二氧化硅提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能多晶硅生產(chǎn)過程中尾氣回收液相二氧化硅提純方法，尤其
涉及一種多晶硅生產(chǎn)中副產(chǎn)物回收液相二氧化硅的提純方法。
背景技術(shù)：
多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列物理化學(xué)提純后達(dá)到一定純度的電子材 料，是硅產(chǎn)業(yè)中一個(gè)極為重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主 要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料，隨著我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)近年來的超常規(guī)發(fā) 展，生產(chǎn)多晶硅實(shí)際上是一個(gè)提純過程，現(xiàn)有的提純和制備技術(shù)主要有改良西門子法，硅 烷熱分解法，流化床法等，且世界上70%以上的多晶硅均采用改良西門子法，此法是將金屬 硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，再用氫氣進(jìn)行一次性還原，這個(gè)過程中約有25%的三氯氫硅轉(zhuǎn)化為多 晶硅，其余大量進(jìn)入尾氣，形成副產(chǎn)品主要是四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅和氯化氫。在 這個(gè)過程中，如果回收工藝不成熟，上述有害物質(zhì)極有可能外溢，存在重大的安全和污染隱 患。 一般國(guó)外利用多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的副產(chǎn)物生產(chǎn)氣相白炭黑，從根本上解決環(huán)境污染問 題，實(shí)現(xiàn)多晶硅節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)，是解決多晶硅副產(chǎn)物利用的途徑之一。但其投資成本 高，回收反應(yīng)條件苛刻，而國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)多晶硅的公司也有采用常溫常壓下直接吸收尾氣 副產(chǎn)物得到液相二氧化硅，該技術(shù)投資成本低，但回收產(chǎn)品利用價(jià)值低。二氧化硅作為一種 重要的無機(jī)粉體化工材料，是國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)急需的、必不可少的原材料，廣泛 用于橡膠、涂料、輪胎、電子封裝材料等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)西門子法生產(chǎn)多晶硅時(shí)所產(chǎn)生的尾氣回 收液相二氧化硅沒有利用，而是直接將其填埋，這樣不僅浪費(fèi)了能源和原材料，還會(huì)對(duì)環(huán)境 造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述對(duì)能源和原材料浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境造成污染的問題，從節(jié)約能源 和環(huán)保的角度考慮，對(duì)尾氣進(jìn)行回收液相二氧化硅提純?cè)倮?，提供一種多晶硅生產(chǎn)中副 產(chǎn)物回收液相二氧化硅的提純方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的太陽能多晶硅尾氣回收液相二氧化硅提純方法， 其特征在于該方法步驟如下 a)將回收液相二氧化硅首先進(jìn)行加熱減量的排除，在100 ll(TC溫度的烘箱中， 烘2 4h，取出放入干燥器中冷卻，待冷卻完全后，再烘0. 5 lh，于干燥器中冷卻后，如此 反復(fù)2 3次直至恒重； b)再次進(jìn)行灼燒減量的排除，將上述a步干燥得到的二氧化硅，放入加熱爐中，按 照10 20°C /min的升溫速度加熱無壓加熱爐溫度到900 1200°C ，開始灼燒，恒溫30 50min，取出置于干燥器中冷卻稱量，直至質(zhì)量恒定； c)酸堿處理，取在900 120(TC灼燒冷卻后的二氧化硅洗滌、過濾、干燥處理，按 二氧化硅固相體積占10 % 40%的比例加入0. Olmol/L 0. 5mol/L濃度的鹽酸，并在常
3溫 IO(TC下加熱處理10 20min，最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在100 40(TC干燥 箱中干燥30 50min，冷卻后，在干燥二氧化硅中，按二氧化硅固相體積占10% 40%的比 例加入O. Olmol/L 0. 5mol/L濃度的氫氧化鈉，并在常溫 IO(TC下加熱處理10 20min， 最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在900 120(TC加熱爐中灼燒30 50min，冷卻；
d)球磨處理，將c步冷卻后的二氧化硅，按二氧化硅球體=0. 5 1. 5 : 1 3 的體積比放入陶瓷制造的高性能球磨罐內(nèi)球磨24 48h，球磨完畢后制得二氧化硅的質(zhì)量 指標(biāo)二氧化硅質(zhì)量百分含量99. 5 99. 99 % ，平均粒徑1 100nm，比表面積100 200m7 g， ra值3 6，得到合格的二氧化硅產(chǎn)品。
本發(fā)明樣品加熱減量排除方法 稱取約1. 000 10. OOOg的試樣，放入已烘至恒重的稱量瓶中，再將稱量瓶放入已 調(diào)好100 ll(TC溫度的烘箱中，烘2 4h，取出稱量瓶放入干燥器中冷卻，待冷卻完全后 稱重，再烘0. 5 lh，于干燥器中冷卻后并稱重，如此反復(fù)2 3次直至樣品恒重，計(jì)算加熱 本發(fā)明樣品灼燒減量的排除方法 將上述干燥樣品，放入已灼燒至恒重的瓷坩堝中，將坩堝放入加熱爐中，按照
10 20°C /min的升溫速度加熱無壓加熱爐溫度到900 1200°C ，開始灼燒，恒溫30
50min，取出坩堝置于干燥器中冷卻、稱重，直至質(zhì)量恒定。灼燒減量按下式計(jì)算
m + m (1 — x %) — w，八"
x = ^——^~^——^x100 m (1 — x。％) 式中Xl :干燥樣品的灼燒減量，％
m:試樣質(zhì)量，g
m?？折釄遒|(zhì)量，g m2 :灼燒后(IOO(TC )試樣和坩堝的質(zhì)量，g X。試樣的加熱減量，％ 本發(fā)明樣品的酸堿提純?cè)囼?yàn)方法 稱取在900 1200。C灼燒冷卻后的二氧化硅1. 000 10. OOOg，放入100 500mL 燒杯中，按二氧化硅固相體積占10 % 40%的比例加入0. Olmol/L 0. 5mol/L濃度的鹽 酸，并在常溫 IO(TC下加熱處理10 20min，最后用二次水洗凈過濾干燥后，在100 40(TC干燥箱中干燥30 50min，冷卻后稱重。然后在干燥樣品中按二氧化硅固相體積占 10% 40%的比例加入0. Olmol/L 0. 5mol/L濃度的氫氧化鈉，并在常溫 IO(TC下加熱 處理10 20min，最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在900 120(TC加熱爐中灼燒30 50min，冷卻后產(chǎn)品，按樣品球體=0. 5 1. 5 : 1 3的體積比放入陶瓷制造的高性 能球磨罐內(nèi)球磨24 48h，球磨完畢后制得二氧化硅的質(zhì)量指標(biāo)二氧化硅質(zhì)量百分含量 99. 5 99. 99%，平均粒徑1 100nm，比表面積100 200m7g， PH值3 6。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的太陽能多晶硅尾氣回收液相二氧化硅提純方法，該 方法的優(yōu)點(diǎn)是充分利用液相二氧化硅，生產(chǎn)高純度的二氧化硅應(yīng)用于高分子復(fù)合材料、橡 膠、塑料、涂料、油漆、密封膠、電子封裝、陶瓷等諸多行業(yè)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。減少了對(duì)原材 料浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境的污染。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1 本發(fā)明樣品加熱減量的排除方法 稱取約1. 000g的試樣，放入已烘至恒重的稱量瓶中，再將稱量瓶放入已調(diào)好溫度 ll(TC的烘箱中，烘2h，取出稱量瓶放入干燥器中冷卻，待冷卻完全后稱重，再烘0. 5h，于干 燥器中冷卻后并稱重，如此反復(fù)2次直至樣品恒重，計(jì)算加熱減量。
本發(fā)明樣品灼燒減量的排除方法 將上述干燥樣品，放入已灼燒至恒重的瓷坩堝中，將坩堝放入加熱爐中，按照 l(TC /min的升溫速度加熱無壓加熱爐溫度到90(TC，開始灼燒，恒溫30min，取出坩堝置于 干燥器中冷卻、稱重，直至質(zhì)量恒定。灼燒減量按下式計(jì)算x = ^-^——^-100
附(l _ x。％) 式中Xl :干燥樣品的灼燒減量，％
m :試樣質(zhì)量，g
m。空坩堝質(zhì)量，g m2 :灼燒后(IOO(TC )試樣和坩堝的質(zhì)量，g X。試樣的加熱減量，％ 本發(fā)明樣品的酸堿提純?cè)囼?yàn)方法 稱取在90(TC灼燒冷卻后的二氧化硅1. OOOg，放入lOOmL燒杯中，按二氧化硅固相 體積占10%的比例加入0. 01mol/L 0. 5mol/L濃度的鹽酸，并在常溫下加熱處理10min， 最后用二次水洗凈過濾干燥后，在10(TC干燥箱中干燥30min，冷卻后稱重。然后在干燥 樣品中按二氧化硅固相體積占10%的比例加入0. 01mol/L 0. 5mol/L濃度的氫氧化鈉 300mL，并在常溫下加熱處理10min，最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在90(TC加熱爐中灼 燒30min，冷卻后產(chǎn)品，按二氧化硅球體=1 : 1.5的體積比例放入陶瓷制造的高性能球 磨罐內(nèi)球磨24h，球磨完畢后制得二氧化硅的質(zhì)量指標(biāo)二氧化硅質(zhì)量百分含量99. 90%， 平均粒徑50nm，比表面積110m7g， PH值4. 5。
實(shí)施例2
樣品加熱減量除去方法 稱取約10. 000克的試樣，放入已烘至恒重的稱量瓶中，再將稱量瓶放入已調(diào)好溫 度11(TC的烘箱中，烘4h，取出稱量瓶放入干燥器中冷卻，待冷卻完全后稱重，再烘lh，于干 燥器中冷卻后并稱重，如此3次反復(fù)直至樣品恒重，計(jì)算加熱減量。
樣品灼燒減量的除去方法 將上述干燥樣品，放入已灼燒至恒重的瓷坩堝中，將坩堝放入加熱爐中，按照
20°C /min的升溫速度加熱無壓加熱爐溫度到1200°C ，開始灼燒，恒溫50min，取出坩堝置于
干燥器中冷卻、稱重，直至質(zhì)量恒定。灼燒減量按下式計(jì)算
柳+ m (1 — x %) — m， a八x = ^——^——^-^x100
m (1 — x。％) 式中Xl :干燥樣品的灼燒減量，％
m :試樣質(zhì)量，g mi :空坩堝質(zhì)量，g m廠灼燒后試樣和坩堝的質(zhì)量，g X。試樣的加熱減量，％ 樣品的酸堿提純?cè)囼?yàn)方法 稱取在120(TC灼燒冷卻后的二氧化硅10. 000g，放入500mL燒杯中，按二氧化硅固 相體積40%的比例加入0. Olmol/L 0. 5mol/L濃度的鹽酸，并在IO(TC下加熱處理20min， 最后用二次水洗凈過濾干燥后，在40(TC干燥箱中干燥50min，冷卻后稱重。然后在干燥樣 品中按二氧化硅固相體積占40 %的比例加入0. 0lmol/L 0. 5mol/L濃度的氫氧化鈉，并在 IO(TC下加熱處理20min，最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在120(TC加熱爐中灼燒50min， 冷卻后產(chǎn)品，按樣品球體=1 : 2的體積比放入陶瓷制造的高性能球磨罐內(nèi)球磨48h，球 磨完畢后制得二氧化硅的質(zhì)量指標(biāo)二氧化硅質(zhì)量百分含量99. 95%，平均粒徑30nm，比表 面積150m7g， PH值5. 0。
權(quán)利要求
一種太陽能多晶硅尾氣回收液相二氧化硅提純方法，其特征在于該方法步驟如下a)將回收液相二氧化硅首先進(jìn)行加熱減量的排除，在100～110℃溫度的烘箱中，烘2～4h，取出放入干燥器中冷卻，待冷卻完全后，再烘0.5～1h，于干燥器中冷卻后，如此反復(fù)2～3次直至恒重；b)再次進(jìn)行灼燒減量的排除，將上述a步干燥得到的二氧化硅，放入加熱爐中，按照10～20℃/min的升溫速度加熱無壓加熱爐溫度到900～1200℃，開始灼燒，恒溫30～50min，取出置于干燥器中冷卻稱量，直至質(zhì)量恒定；c)酸堿處理，取在900～1200℃灼燒冷卻后的二氧化硅洗滌、過濾、干燥處理，按二氧化硅固相體積占10％～40％的比例加入0.01mol/L～0.5mol/L濃度的鹽酸，并在常溫～100℃下加熱處理10～20min，最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在100～400℃干燥箱中干燥30～50min，冷卻后，在干燥二氧化硅中，按二氧化硅固相體積占10％～40％的比例加入0.01mol/L～0.5mol/L濃度的氫氧化鈉，并在常溫～100℃下加熱處理10～20min，最后用二次水洗凈、過濾、干燥后，在900～1200℃加熱爐中灼燒30～50min，冷卻；d)球磨處理，將c步冷卻后的二氧化硅，按二氧化硅∶球體＝0.5～1.5∶1～3的體積比放入陶瓷制造的高性能球磨罐內(nèi)球磨24～48h，球磨完畢后制得二氧化硅的質(zhì)量指標(biāo)二氧化硅質(zhì)量百分含量99.5～99.99％，平均粒徑1～100nm，比表面積100～200m2/g，PH值3～6，得到合格的二氧化硅產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能多晶硅生產(chǎn)過程中尾氣回收液相二氧化硅提純方法。其特征在于該方法步驟如下a)將回收液相二氧化硅首先進(jìn)行加熱減量的排除，b)再次進(jìn)行灼燒減量的排除，c)酸堿處理，d)球磨處理，球磨完畢后制得二氧化硅的質(zhì)量指標(biāo)二氧化硅質(zhì)量百分含量99.5～99.99％，平均粒徑1～100nm，比表面積100～200m2/g，pH值3～6，得到合格的二氧化硅產(chǎn)品。該方法的優(yōu)點(diǎn)是充分利用液相二氧化硅，生產(chǎn)高純度的二氧化硅應(yīng)用于高分子復(fù)合材料、橡膠、塑料、涂料、油漆、密封膠、電子封裝、陶瓷等諸多行業(yè)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。減少了對(duì)原材料浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境的污染，本發(fā)明的方法可廣泛應(yīng)用于多晶硅生產(chǎn)企業(yè)。
文檔編號(hào)C01B33/12GK101708852SQ20091002390
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者李昀珺, 李星, 鐵生年 申請(qǐng)人:鐵生年