氮化硅涂层回收方法

氮化硅涂层回收方法

【专利摘要】本发明属于多晶硅提纯领域，具体涉及一种应用于多晶硅提纯的氮化硅涂层回收方法，使用过后的氮化硅涂层主要含有氮化硅、二氧化硅和少量杂质元素，首先利用离心机分离，去除大部分密度较小二氧化硅部分，再利用硝酸和氢氟酸的混合液可以将剩余的二氧化硅和少量杂质元素溶解，但几乎不与氮化硅反应，再经过蒸干和清洗后，经过干燥即可提纯出满足坩埚喷涂使用要求的高纯氮化硅粉体。本发明的优点在于（1）回收工艺简单可行，氮化硅粉体回收率高，可以达到50～70%；（2）按照使用过后的氮化硅涂层计算，回收可利用的氮化硅粉体价值为800～1500元/kg；（3）回收得到的氮化硅粉体中α氮化硅质量含量92%以上，N元素质量含量38%以上。【专利说明】应用于多晶硅提纯的氮化硅涂层回收方法

【技术领域】

本发明属于多晶硅提纯领域，具体涉及一种应用于多晶硅提纯的氮化硅涂层回收方法。

【背景技术】

目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国能源需求将持续增长，针对目前的能源紧张状况，世界各国都在进行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促进可再生能源的开发和应用，减少对进口石油的依赖，加强能源安全。

作为可再生能源的重要发展方向之一的太阳能光伏发电近年来发展迅猛，其所占比重越来越大。根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW (百万千瓦)，到2050年将达到600GW。预计到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。

太阳能光伏产业的发展依赖于对多晶硅原料的提纯。多晶硅原料的提纯工艺目前主要依赖以下几种工艺:西门子法、硅烷法、气体流化床法和冶金法。目前，冶金法以成本低、污染少和能耗低的优点正越来越多的被利用。

冶金法生产多晶硅过程中，会使用坩埚作为硅熔体的承载容器，使用到的坩埚有石英坩埚、石墨坩埚或者氮化硅坩埚等，为了防止坩埚中的杂质扩散到硅熔体中引起二次污染，所以要在坩埚的内表面需要喷涂一层高纯氮化硅(Si3N4)涂层，由于高温熔炼后氮化硅涂层会部分贴附在硅锭表面，部分会有脱落，且氮化硅涂层中也会伴有大量杂质成分，无法再重复利用，只能作为废料来处理。作为涂层用的高纯氮化硅粉成本在1000~2000元/kg,占坩埚总成本的1/4~1/3，如果能将氮化硅涂层回收再利用就可以节省很大的生产成本。

【发明内容】

根据以上现有技术的不足，本发明提出一种应用于多晶硅提纯的氮化硅涂层回收方法，将使用过的氮化硅涂层回收，经过物理法和化学法的有效结合，使其达到重新利用的标准。

本发明所述的一种应用于多晶硅提纯的氮化硅涂层回收方法，包括以下步骤:

(I)将坩埚内表面和硅锭外表面的氮化硅涂层剥落回收，利用研磨机研磨成粉体；

(2)将粉体置于离心机中进行初步分离，分离后去除占总体积20~25%的顶部部分；

(3)将剩余部分浸泡到氢氟酸和硝酸的混合酸中，再经水浴加热蒸干，残留物经去离子水冲洗后采用压滤机分离固液两相，将固相放置烘干箱内烘干即可；

(4)将烘干后的固相抽样用ICP-MS进行成分检测，达到标准的可以重复回收利用，不达标的重复步骤(3)，直至达标。

其中，优选的方案如下:

步骤(1)中的粉体粒度为20~200目。

步骤(2)中离心机的转速为1000~2000rpm，Fr为10000~20000，离心分离时间为10~30min。分离因素Fr是指物料在离心力场中所受的离心力，与物料在重力场中所受到的重力之比值。常速离心机Fr ( 3500 (一般为600~1200)，这种离心机的转速较低，直径较大。高速离心机Fr=3500~50000，这种离心机的转速较高，一般转鼓直径较小，而长度较长。Fr越大分尚能力越强。

步骤(3)中剩余部分浸泡到氢氟酸和硝酸的混合酸中，浸泡时间为10~20h，剩余部分与混合酸的配比为0.5~Ikg:1~5L，其中，混合酸中氢氟酸与硝酸的体积比为1:1，其中，氢氟酸的质量浓度为25~49%，硝酸的质量浓度为35~70%。

步骤(3)中水浴加热的温度为70~90°C。

步骤(3)中的残留物经去离子水冲洗2~3遍。

步骤(3)中烘干箱的烘干温度为80~150°C。

本发明中，使用过后的氮化硅涂层主要含有氮化硅、二氧化硅和少量杂质元素，首先利用离心机分离，去除大部分密度较小二氧化硅部分，再利用硝酸和氢氟酸的混合液可以将剩余的二氧化硅和少量杂质元素溶解，但几乎不与氮化硅反应，再经过蒸干和清洗后，经过干燥即可提纯出满足坩埚`喷涂使用要求的高纯氮化硅粉体，实现氮化硅涂层的可再生利用，节省工艺成本。

本发明的优点在于:(1)回收工艺简单可行，氮化硅粉体回收率高，可以达到50~70% ; (2)按照使用过后的氮化硅涂层计算，回收可利用的氮化硅粉体价值为800~1500元/kg ; (3)回收得到的氮化娃粉体中α氮化娃质量含量92%以上,N元素质量含量38%以上。

【具体实施方式】

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1:

按照以下步骤回收利用氮化硅涂层:

(I)将坩埚内表面和硅锭外表面的氮化硅涂层剥落回收，利用研磨机研磨成粉体，粉体粒度为80目；

(2)将粉体置于离心机中进行初步分离，离心机的转速为1000rpm，Fr为10000，离心分离时间为25min，分离后去除占总体积25%的顶部部分；

(3)将剩余部分浸泡到氢氟酸和硝酸的混合酸中，浸泡时间为10h，剩余部分与混合酸的配比为Ikg:5L，其中，混合酸中氢氟酸与硝酸的体积比为1:1，氢氟酸的质量浓度为25%，硝酸的质量浓度为35%。再经70°C水浴加热蒸干，残留物经去离子水冲洗2遍后采用压滤机分离固液两相，将固相放置烘干箱内烘干即可，其中烘干温度