晶体硅切割料浆中回收高纯硅的研究.pdfVIP

第 28卷第 4期 有 色 矿 冶 Vo1．28．No4 2012年 8月 N0N—FERR0USM ING AND METALLURGY August2012 文章编号 ：1007—967X(2012)04—0035—40 晶体硅切割料浆 中回收高纯硅的研究 李景江 ，李瑞冰 ，李 鑫 ，吴 楠 (1．东北大学设计研究院，辽宁 沈阳 110013；2．东北大学材料冶金学院，辽宁 沈阳 110004； 3．沈阳北方交通集团有限公司，辽宁 沈阳 110142；4．河南东大泰隆冶金科技有限公司，河南 郑州 450046) 摘 要：单晶硅和太阳能电池多晶硅都需要将硅锭用金属丝和碳化硅粉研磨切割成硅片，在切割 过程中有约43％的硅被研磨成粉末进入切割料浆中，如果能将这部分 si回收利用 ，意义 很大。本文对晶体硅切割料浆中si的回收方法进行了实验研究，提出了水中沉降分离 si 和在 zn金属或Zn—Mg合金熔体中偏析提纯 Si生产太阳能级多晶硅的方法。 关键词：多晶硅；切割粉；研磨粉；料浆；线切割 中图分类号：X754 文献标识码：A 液中，金属丝带动碳化硅磨料进行研磨来切割硅片 1 引 言 (图1) ，在线切割晶体硅的过程中，随着大量硅粉 多晶硅行业的发展始于 20世纪 5O年代 ，早期 和少量金属屑进人切割液而使切割液的性质逐渐发 的多晶硅产品主要面向半导体市场，半导体市场对 生变化，当这些固体杂质含量累积到一定程度时，将 多晶硅产品的需求量并不大，进入 21世纪，太阳能 碳化硅磨料包覆，减小了磨料与硅棒的接触，导致切 工业 的迅猛发展，引发了对太阳能级多晶硅需求的 割效率降低，最终切割液不能满足切割要求而成为 急剧增长。1975年全球多晶硅产量 1700t，1995年 废料浆，废料浆的主要成分 (质量分数)有：30％左 4500t，2006年达到 3．25万 t，2010年 8．8万 t。我 右的高纯硅、30％左右的碳化硅、30％左右的聚乙二 国多晶硅行业发展更加强劲 ，1998年我国多晶硅产 醇和水、5％左右的铁元素。其 中被磨削切割下来的 量60t，2006年达到 260t，截止 2010年底 ，我国共 硅粉 以原物理形态进入切割废料浆中，粉末颗粒仍 有已建、在建太阳能级多晶硅项 目87个，多晶硅产 保持切割前硅锭的纯度 。 量达到4．5万 t，产能8．77万t，在建产能 11．355万 t，总产能达到 20万 t¨ 。 无论是半导体级单晶硅还是太阳能级多晶硅， 它的使用首先都是切割成0．3～0．7mm的硅片，然 后制成半导体芯片或太阳能电池片。目前国内外普 遍使用的晶体硅切割方法是用线切割方法，切割的 金属线一般为 0．2～0．5mm，约43％的晶体硅被切 割成粉末损失了。按 目前国际多晶硅产量计算，每 图 1 晶体硅 的多丝切割技术 年有约3．8万 t太阳能级多晶硅棒料 以切割粉废料 Fig．1 Techniquesforcuttingsiliconingot 形式损失了，按 目前每公斤 120美元计算，由于切割 3 回收的硅粉提纯研究 造成的硅料损失达 45亿美元 。显然，关于晶体硅切 割废料中晶体硅的回收的研究意义很大。 3．1 切割料浆的回收处理方案 这些切割废料浆中除了高纯硅极具 回收价值 2 目前晶体硅的切