權(quán)利要求

1.由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：以光伏切割硅廢料為原料，進(jìn)行高溫煅燒，得到高溫煅燒后的硅粉； 步驟二：將硅粉加入到氫氟酸溶液中，攪拌均勻后，靜置； 步驟三：將氫氟酸中的硅粉進(jìn)行真空抽濾，得到酸洗后的硅粉； 步驟四：將酸洗后的硅粉在氬氣氣氛下干燥，得到高純微納米硅粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，其特征在于，步驟一中，在氬氣氣氛下600-800℃高溫煅燒1-10h。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，其特征在于，步驟二中，所述氫氟酸溶液的濃度為1-20％，靜置時間為1-10h。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，其特征在于，步驟三中，真空抽濾的濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，其特征在于，步驟四中，在氬氣氣氛下干燥溫度為120-200℃，干燥時間為1-10h。 6.權(quán)利要求1～5中任意一項所述的方法得到的高純微納米硅粉，其特征在于，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純微納米硅粉，其特征在于，所述高純微納米硅粉的純度為99.55％。 8.權(quán)利要求6或7所述的高純微納米硅粉在制備硅基半導(dǎo)體材料、硅基負(fù)極電池材料、氮化硅陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料、氮硅化鎂導(dǎo)熱材料、硅化鎂熱電材料或硅化錳熱電材料中的應(yīng)用。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固廢回收再利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純的高純微納米硅粉及其提純方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

在光伏產(chǎn)業(yè)中硅片的切割主要是金剛線切割技術(shù)，此過程每年會產(chǎn)生大量的硅廢料，而硅廢料的堆存不但造成嚴(yán)重的資源浪費和環(huán)境污染，還會引發(fā)自燃等安全事故，因此光伏廢硅料的高附加值資源化利用對提高資源利用效率、改善環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型等方面具有重要意義。

在硅片的金剛線切割過程中，金剛石線會發(fā)生輕微的磨損，導(dǎo)致硅廢料中含有微量金屬雜質(zhì)，另外在切割過程中，需要用少量的水和有機物作為切割液，水中的氧原子會與硅原子進(jìn)行反應(yīng)，從而形成氧化硅殘留在硅廢料中，并且有機物也會殘留在硅廢料中。因此，光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料中的雜質(zhì)，硅占90％以上，其余成分主要包括碳、氧以及一些微量金屬元素。

由于光伏硅廢料中的硅通常具有亞微米級(400-800nm)的粒度，可稱之為微納米硅粉，而高純度的微納米硅粉具有很高的應(yīng)用價值和經(jīng)濟(jì)價值。商業(yè)硅粉粒徑均為微米級且在幾十至幾百微米，因此微納米硅粉需要對商業(yè)硅粉使用機械破碎和球磨等二次加工才能得到目標(biāo)粒徑，這使得微納米硅粉原料端的制造成本成倍提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純的高純微納米硅粉及其提純方法和應(yīng)用，以解決光伏切割硅廢料中含有碳和氧以及微量金屬雜質(zhì)的問題，以便得到高純度的微納米硅粉，實現(xiàn)光伏切割硅廢料的資源化利用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括以下步驟：

步驟一：以光伏切割硅廢料為原料，進(jìn)行高溫煅燒，得到高溫煅燒后的硅粉；

步驟二：將硅粉加入到氫氟酸溶液中，攪拌均勻后，靜置；

步驟三：將氫氟酸中的硅粉進(jìn)行真空抽濾，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將酸洗后的硅粉在氬氣氣氛下干燥，得到高純微納米硅粉。

優(yōu)選地，步驟一中，在氬氣氣氛下600-800℃高溫煅燒1-10h。

優(yōu)選地，步驟二中，所述氫氟酸溶液的濃度為1-20％，靜置時間為1-10h。

優(yōu)選地，步驟三中，真空抽濾的濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜。

優(yōu)選地，步驟四中，在氬氣氣氛下干燥溫度為120-200℃，干燥時間為1-10h。

本發(fā)明還公開了上述提純方法得到的高純微納米硅粉，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。

優(yōu)選地，所述高純微納米硅粉的純度為99.55％。

本發(fā)明還公開了上述高純微納米硅粉在制備硅基半導(dǎo)體材料、硅基負(fù)極電池材料、氮化硅陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料、氮硅化鎂導(dǎo)熱材料、硅化鎂熱電材料或硅化錳熱電材料中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明公開了一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，以光伏切割硅廢料為原料，通過高溫煅燒，可以使硅廢料中的聚合物揮發(fā)，通過酸洗、干燥，可以去除微量金屬雜質(zhì)，降低了光伏切割硅廢料中的碳含量和氧含量，從而得到純度99.55％的高純微納米硅粉。本發(fā)明的提純方法簡單高效，與通過商業(yè)硅粉得到的微納米硅粉相比，降低了制造成本，同時可以達(dá)到固廢回收再利用的經(jīng)濟(jì)效益。

進(jìn)一步地，氫氟酸溶液的濃度為1-20％，靜置時間為1-10h，能夠去除光伏切割硅廢料中的二氧化硅。

進(jìn)一步地，在氬氣氣氛下進(jìn)行干燥，以去除殘余的氫氟酸。

本發(fā)明還公開了由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純的高純微納米硅粉，提純后的微納米硅粉中沒有其他雜質(zhì)的存在，純度較高，且在硅基半導(dǎo)體材料、硅基負(fù)極電池材料、氮化硅陶瓷材料、碳化硅陶瓷材料、氮硅化鎂導(dǎo)熱材料以及硅化鎂和硅化錳熱電材料等眾多領(lǐng)域擁有很大的應(yīng)用前景，可以極大地提高硅廢料的應(yīng)用價值和經(jīng)濟(jì)價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中提純前的硅廢料與提純后硅粉的XRD圖；

圖2為本發(fā)明實施例1中光伏切割硅廢料的粒徑分布圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

本發(fā)明公開的一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括如下步驟：

步驟一：將裝有2-5g光伏切割硅廢料的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在600-1000℃下煅燒1-10h，得到高溫煅燒后的硅粉。

步驟二：將步驟一所得高溫煅燒后的硅粉放入1-20％濃度的氫氟酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，靜置1-10h；

步驟三：將步驟二所得溶液真空抽濾使硅粉與氫氟酸分離，其中濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將裝有酸洗后的硅粉的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在120-200℃下干燥1-10h以去除殘余的氫氟酸，最終得到提純后的高純微納米硅粉。

實施例1

一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括如下步驟：

步驟一：將裝有2g光伏切割硅廢料的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在1000℃下煅燒1h，得到高溫煅燒后的硅粉。

步驟二：將步驟一所得高溫煅燒后的高純切割硅廢料放入10％濃度的氫氟酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，靜置10h；

步驟三：將步驟二所得溶液真空抽濾使硅粉與氫氟酸分離，其中濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將裝有酸洗后的硅粉的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在150℃下干燥1h以去除殘余的氫氟酸，最終得到提純后的高純微納米硅粉，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。

圖1為本發(fā)明實施例1提純前的硅廢料與提純后硅粉的XRD圖譜，從XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDF#78-2500)對比可以發(fā)現(xiàn)，未提純的硅廢料大約在2θ為10°時出現(xiàn)了SiO 2峰，而提純后的微納米硅粉沒有出現(xiàn)其他的雜質(zhì)峰，證明提純工藝對氧含量去除有明顯的作用；圖2為本發(fā)明實施例1中切割硅廢料的粒徑分布圖，從圖中可以看出，硅廢料的D10為0.303μm、D50為0.65μm、D90為1.491μm。

實施例2

一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括如下步驟：

步驟一：將裝有2g切割硅廢料的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在800℃下煅燒3h，得到高溫煅燒后的硅粉。

步驟二：將步驟一所得高溫煅燒后的硅粉放入10％濃度的氫氟酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，靜置10h；

步驟三：將步驟二所得溶液真空抽濾使硅粉與氫氟酸分離，其中濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將裝有酸洗后的硅粉的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在150℃下干燥1h以去除殘余的氫氟酸，最終得到提純后的高純微納米硅粉，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。

實施例3

一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括如下步驟：

步驟一：將裝有2g切割硅廢料的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在600℃下煅燒10h，得到高溫煅燒后的硅粉。

步驟二：將步驟一所得高溫煅燒后的硅粉放入10％濃度的氫氟酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，靜置10h；

步驟三：將步驟二所得溶液真空抽濾使硅粉與氫氟酸分離，其中濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將裝有酸洗后的硅粉的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在150℃下干燥1h以去除殘余的氫氟酸，最終得到提純后的高純微納米硅粉，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。

實施例4

一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括如下步驟：

步驟一：將裝有5g切割硅廢料的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在600℃下煅燒10h，得到高溫煅燒后的硅粉。

步驟二：將步驟一所得高溫煅燒后的硅粉放入5％濃度的氫氟酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，靜置10h；

步驟三：將步驟二所得溶液真空抽濾使硅粉與氫氟酸分離，其中濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將裝有酸洗后的硅粉的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在120℃下干燥10h以去除殘余的氫氟酸，最終得到提純后的高純微納米硅粉，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。

實施例5

一種由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純高純微納米硅粉的方法，包括如下步驟：

步驟一：將裝有4g切割硅廢料的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在1000℃下煅燒1h，得到高溫煅燒后的硅粉。

步驟二：將步驟一所得高溫煅燒后的硅粉放入5％濃度的氫氟酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，靜置5h；

步驟三：將步驟二所得溶液真空抽濾使硅粉與氫氟酸分離，其中濾紙選用孔徑為0.45μm的濾膜，得到酸洗后的硅粉；

步驟四：將裝有酸洗后的硅粉的陶瓷舟放入管式爐中，通入高純氬氣，在200℃下干燥1h以去除殘余的氫氟酸，最終得到提純后的高純微納米硅粉，所述高純微納米硅粉的粒徑為450-800nm。

本發(fā)明光伏切割硅廢料在不同煅燒溫度下碳含量的變化如表1所示，從表1中可以得知，煅燒溫度越高，光伏切割硅廢料中的碳含量越小，最終在1000℃下煅燒1h碳含量可以大約降低到0.1％左右；在不同氫氟酸濃度下氧含量的變化如表2所示，從表2中可得知，氫氟酸濃度在10％達(dá)到預(yù)期效果，氧含量較少，具有明顯的除氧作用。

表1光伏切割硅廢料在不同煅燒溫度下碳含量的變化

表2光伏切割硅廢料在不同氫氟酸濃度下氧含量的變化

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。

由光伏產(chǎn)業(yè)切割硅廢料提純的高純微納米硅粉及其提純方法和應(yīng)用.pdf