一种利用光伏废弃资源制备高纯硅酸钠的方法

技术领域

本发明涉及利用两种光伏废弃资源---光伏切片产生的废弃物硅泥和光伏电池工艺产生废碱液制备高纯硅酸钠的方法。

背景技术

目前，公知的硅酸钠的制备方法有两种，第一个是干法制备，用石英砂和工业纯碱在高温条件下反应生成熔融硅酸钠和二氧化碳，然后加入热水形成液体硅酸；另一种方法是湿法制备，湿法生产液体硅酸钠是用石英砂为原料，与烧碱按一定比例混合，加温、加压反应一定时间，放料冷却、过滤，即得液体硅酸钠。由此可见无论干法还是湿法制备工艺，都主要以天然石英砂为原材料，因此硅酸钠的纯度很大程度上取决于石英砂的纯度。普通的石英砂虽然储量丰富，价格便宜，但是杂质含量高，高纯石英砂相当昂贵，绝大部分为进口。由此可见传统工艺制备的硅酸钠要么杂质含量高，要么成本高。另外，干法制备工艺还直接产生二氧化碳排放，不符合国家倡导的碳减排政策。

另外，光伏产业切片环节产生大量的废弃硅泥，这种硅泥是从高纯的硅锭上切割下来的，本身的纯度很高（硅粉内部硅的纯度达到99.9999%以上），平均粒径在几百纳米，活性很高。但是目前行业处理的方法都是采用高温重熔工艺制作廉价的金属硅，浪费了它的高纯特性和纳米特性。光伏产业的电池片生产环节还会产生大量的废碱液（NaOH溶液），废碱液本身纯度除了含有部分硅酸钠外，纯度也很高，接近电子级纯度。目前的处理方式是当作有害污水来进行处理，耗费一定的成本，处理不当，还有潜在的环境污染。

发明内容

为了解决传统硅酸钠制备工艺杂质含量高或者成本高的不足, 并挖掘光伏行业硅泥和废碱液的潜在价值，本发明提供一种新型的硅酸制备方法，采用光伏产业的废料硅泥和废碱液，制备高纯低成本硅酸钠，工艺过程不直接产生二氧化碳排放，反而还能产生绿色氢气的副产品。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用光伏产业的废料硅泥和废碱液，制备高纯低成本硅酸钠。最重要的原材料切片硅泥来源：在金刚线切割硅锭成硅片过程中，金刚石切磨硅锭产生的纳米级硅粉，这些硅粉分散在切割时喷射在切割处的切割液中，形成了切割浑浊液。硅棒的纯度是电子三级材料，纯度达到99.9999%以上，因此硅粉本身的纯度也是达到了99.9999%。混合有切割液、金刚线磨损物、和部分硅锭衬底（树脂板）等杂质后，切割浑浊液纯度有所降低，但是这些杂质都是附着在硅粉表面或者悬浮在切割浑浊液中。这种切割浑浊液经过板框压滤机去掉大部分水，同时也去掉了大部分杂质，形成了硅泥。硅泥的纯度为含水50%左右，含氧4%左右，含碳4%左右，金属杂质含量300ppm左右。废碱液来源于光伏产业链中的晶硅电池生产工艺中的制绒工艺，制绒的反应过程为过量的NaOH溶液+少量有机添加剂和硅片反应生成硅酸钠和氢气。制绒工艺原NaOH溶液的规格为：纯度~EL级，因此废碱液中含NaOH ~6%，C、O、N高分子化合物<0.02%，还有部分已经生成的NaSiO

nSi+2NaOH+（2n-1）H

反应生成物为液体硅酸钠和氢气，氢气通过干燥、变压吸附，脱碱，升压压缩形成氢气产品。

反应釜底部流出的硅酸钠溶液用压滤机压滤出大颗粒杂质；滤液再经过精密过滤和蒸发浓缩后成为液体硅酸钠产品。

产成品液体硅酸钠可以达到如下标准：白色透明液体，SiO

产品的纯度远远高于硅酸钠的国家标准。因此本产品的市场定位是高端的硅酸钠市场应用。

氢气产成品参照国家标准中的高纯氢气标准，纯度达到99.999%，可以用于光伏、燃料电池等大部分应用场景。

本发明的有益效果是，利用光伏行业的废弃物硅泥和废碱液的高纯特性和理化特性制备高纯硅酸钠和绿色氢气，产成品硅酸钠纯度高，可以应用于高端市场，产生绿色氢气增加了工艺附加值，工艺反应不直接产生碳排放；同时实现了硅泥和废碱液的废旧资源的高价值再利用，减少了这些废弃物的处理成本和环境成本。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施实例1:

1.硅泥活化分散：在活化釜中按照一定的比例加入硅泥和纯水(电阻率10MΩ以上)，搅拌活化0.5时，硅粉和纯水的质量比为1：6。

2.在主反应釜内先加入废液碱，然后逐渐加入步骤1中得到的活化后的硅泥进行反应，加温100℃、1大气压、搅拌5小时，彻底进行反应。

3.主反应釜内硅泥与废碱液反应生成的氢气通过干燥、变压吸附，脱碱，升压压缩装置形成氢气产品，氢气纯度达到99.999%以上。

4.反应釜底部流出的硅酸钠溶液用板框压滤机压滤出大颗粒杂质；滤液再经过精密过滤器除去有机物。

5.经过步骤4过滤的高纯硅酸钠溶液加入电子级碱液进行调模，调到需要的模数。

6.调模后的高纯硅酸钠经过蒸发浓缩，浓缩到所需求的浓度即得产成品，金属离子的浓度小于100ppm。

实施实例2:

1.硅泥清洗：在清洗釜中按照一定的比例加入硅泥和纯水(电阻率10MΩ以上)，搅拌清洗5小时，硅粉和纯水的质量比为1：5。

2.将步骤1中中硅泥和水混合物经过板框压滤机压滤。

3.硅泥活化分散：在活化釜中按照一定的比例加入步骤2清洗过的硅泥和纯水(电阻率15MΩ以上)，搅拌活化1小时，硅粉和纯水的质量比为1：20。

4.在主反应釜内先加入废液碱，然后逐渐加入步骤3中得到的活化后的硅泥进行反应，加温80℃、1大气压、搅拌10小时，彻底进行反应，加入的硅泥量根据所需要的模数确定。

5.主反应釜内硅泥与废碱液反应生成的氢气通过干燥、变压吸附，脱碱，升压压缩装置形成氢气产品，氢气纯度达到99.999%以上。

6.反应釜底部流出的硅酸钠溶液用板框压滤机压滤出大颗粒杂质；滤液再经过精密过滤器除去有机物。

7.过滤后的高纯硅酸钠经过蒸发浓缩，浓缩到所需求的浓度即得产成品，金属离子浓度小于50ppm。

实施实例3:

1.硅泥酸洗：在清洗釜中按照一定的比例加入硅泥和氢氟酸与盐酸的混合溶液，搅拌清洗5小时，硅粉和酸液的质量比为1：1。

2.将步骤1酸洗过的硅泥用超纯水反复冲洗到pH值为7.0。

3.硅泥活化分散：在活化釜中按照一定的比例加入步骤1清洗过的硅泥和纯水(电阻率10MΩ以上)，搅拌活化2小时，硅粉和纯水的质量比为1：40。

4.在主反应釜内先加入废液碱，然后逐渐加入步骤3中得到的活化后的硅泥进行反应，加温280℃、加压5大气压、搅拌2小时，彻底进行反应，加入的硅泥量根据所需要的模数确定。

5.主反应釜内硅泥与废碱液反应生成的氢气通过干燥、变压吸附，脱碱，升压压缩装置形成氢气产品，氢气纯度达到99.999%以上。

6.反应釜底部流出的硅酸钠溶液用板框压滤机压滤出大颗粒杂质；滤液再经过精密过滤器除去有机物。

7.过滤后的高纯硅酸钠经过蒸发浓缩，浓缩到所需求的浓度即得产成品，金属离子浓度小于20ppm。