馬義虎

摘要：目前，我國的多晶硅產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在世界上占有了一定的優(yōu)勢。污染的問題也一再被提上日程。隨著生產(chǎn)工藝的逐漸改進(jìn)，污染物也逐漸從前期的四氯化硅轉(zhuǎn)向硅渣。特別是近來冷氫化的發(fā)展，將四氯化硅充分利用起來，處理的難題隨即轉(zhuǎn)向了流動態(tài)的固液混合硅渣漿。在過去的一段時間內(nèi)，大量的這種硅渣漿都采用簡單的掩埋甚至直接傾倒的方法處理，這樣的做的后果直接造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染事故，土地寸草不生，水源嚴(yán)重破壞。由于國內(nèi)多晶硅起步較晚，對于硅渣漿的處理辦法很大部分是參考有機(jī)硅工業(yè)中硅渣漿的處理方法。

關(guān)鍵詞：多晶硅；生產(chǎn)過程；硅漿渣；處理研究

在政策和市場需求的推動下，我國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。多晶硅作為太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要工業(yè)原料，其市場需求量逐漸增加。多晶硅的生產(chǎn)會產(chǎn)生很多高毒物質(zhì)，如果硅漿渣的處理達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，將會給環(huán)境帶來巨大污染。隨著市場對多晶硅產(chǎn)品需求量的不斷加大，很多資金投入到多晶硅的生產(chǎn)領(lǐng)域。但受技術(shù)、經(jīng)驗和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的影響，多晶硅的硅漿渣處理一直達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，這極大的阻礙了我國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1多晶硅生產(chǎn)過程中硅漿渣的處理難點(diǎn)

在多晶硅生產(chǎn)工藝中，所產(chǎn)生的硅漿渣大部分為高廢物，還伴隨有少量的氯硅烷單體和硅粉和催化劑。硅漿渣作為多晶硅生產(chǎn)不可避免的副產(chǎn)物，不僅對環(huán)境污染危害較大，還具有一定的回收利用價值。但由于硅漿渣中氯硅烷活性較高，加之硅粉和催化劑雜質(zhì)對環(huán)境危害性高，因而多晶硅生產(chǎn)中必須把握好硅漿渣的處理要點(diǎn)，提高硅漿渣處理工藝質(zhì)量。筆者對多晶硅生產(chǎn)過程中硅漿渣的成分進(jìn)行總結(jié)分析，硅漿渣的處理難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面。

1.1氯硅烷處理難度較大

氯硅烷在硅漿渣中所占的比例不大，但由于該物質(zhì)會與水、空氣發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，并生成酸霧、氫氣和漂浮狀固體，因而其處理難度較大。在氯硅烷處理中，首要解決的就是處理工藝的安全操作問題，如果處理程序中導(dǎo)致氯硅烷劇烈反應(yīng)，不僅會給操作人員帶來安全威脅，劇烈反應(yīng)所產(chǎn)生的漂浮狀固體還會影響硅漿渣的處理工藝作用的發(fā)揮。如何在不影響氯硅烷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，實現(xiàn)對氯硅烷的分離和處理，顯然是硅漿渣處理技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)過程中硅漿渣處理工藝比較落后

我國多晶硅生產(chǎn)起步較晚，硅漿渣的工藝處理更是比較落后?，F(xiàn)如今硅漿渣處理工藝，大多是依托于有機(jī)硅生產(chǎn)的后續(xù)處理工藝發(fā)展而來，雖然能夠達(dá)到部分硅漿渣處理要求，但其處理效果卻難以達(dá)到環(huán)保要求。因為硅漿渣處理工藝比較落后，影響了我國多晶硅生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，限制了國內(nèi)太陽能行業(yè)的健康發(fā)展。

2多晶硅生產(chǎn)過程中硅漿渣的處理方法

2.1水解法

目前應(yīng)用于有機(jī)硅漿渣處理技術(shù)的水解法，主要是通過在漿渣中添加礦物油或其他物質(zhì)來是漿渣水解產(chǎn)物顆粒粘附性降低，從而方便對硅漿渣的進(jìn)一步處理。該方法技術(shù)和原理上相對比較簡單，憑借現(xiàn)有的工藝也較為容易實現(xiàn)。但由于水解速度較慢，其硅漿渣處理效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國內(nèi)多晶硅的產(chǎn)能需求。而且在水解過程中加入其它物質(zhì)，會加大廢料處理成本，導(dǎo)致硅漿渣處理中加入新的污染源。還有些國外企業(yè)利用水解介質(zhì)實現(xiàn)對硅漿渣的處理，該方法不需要添加其它物質(zhì)，硅漿渣處理效率高、效果好，并且安全性較高。但該方法無法實現(xiàn)對硅漿渣中有用資源的回收利用，會造成一定的資源浪費(fèi)。

2.2萃取法

萃取法的基本思路起源于US4221691中針對有機(jī)硅廢渣漿的處理。通過在廢硅渣漿中加入烷烴油類，充分和渣漿混合后干燥，并通過精餾分離，回收氯硅烷，循環(huán)使用烷烴油，最后將氯硅烷含量極小的油渣排出另行處理。萃取法中的萃取劑烷烴油在作為萃取劑的同時，也充當(dāng)了潤滑劑的作用?？朔酥苯铀夥ㄌ幚磉^程中的管道、設(shè)備的堵塞問題，消除了水解法產(chǎn)生的大量酸性污水的問題。而且將硅渣漿中的有用成分氯硅烷充分提取出來，變廢為寶，帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3精餾法

精餾法是一種有效的連續(xù)式氯硅烷殘夜回收方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對氯硅烷的回收再利用。精餾法殘液回收裝置主要包括過濾器、初餾塔、六氯二硅烷脫輕塔、六氯二硅烷脫重塔、四氯化硅脫輕塔和四氯化硅脫重塔。主要工藝流程為：氯硅烷殘液由殘液灌壓入過濾器，消除固體雜質(zhì)，防止固體雜質(zhì)對后續(xù)分離產(chǎn)生影響；濾液隨后進(jìn)入初餾塔，含四氯化硅組分的物流從塔頂采出，依次進(jìn)入四氯化硅脫輕塔與脫重塔，含六氯二硅烷組分的物流從塔底采出并依次進(jìn)入六氯二硅烷脫輕塔與脫重塔；在六氯二硅烷脫重塔塔底得到高沸物硅油粗產(chǎn)品，在六氯二硅烷脫輕塔塔頂與四氯化硅脫重塔塔底得到以有機(jī)氯硅烷為主的廢液并送去淋洗，在四氯化硅脫輕塔塔頂?shù)玫降囊匀葰涔铻橹鞯妮p組分回收并入三氯氫硅精餾提純工序；六氯二硅烷產(chǎn)品由六氯二硅烷脫重塔塔頂?shù)玫?，四氯化硅產(chǎn)品由四氯化硅脫重塔塔頂?shù)玫健?/p>

3硅渣漿的處理方向

資源化可以通過分離提純的方法實現(xiàn)，而最終無害化將是一項有待開發(fā)的課題。其一，要消除硅渣漿的安全隱患首先必須將氯硅烷完全處理，水解是目前最有效、最成熟的方法。通過水解使氯硅烷充分反應(yīng)形成無害化的二氧化硅及鹽類廢水。其二，還要妥善處理好硅渣中的其他雜質(zhì)。根據(jù)多晶硅生產(chǎn)過程中的實際經(jīng)驗，殘留硅灰和堿液發(fā)生劇烈反應(yīng)，并能引起爆炸。主要原因就是因為其中的P及其化合物和堿液在其他放熱反應(yīng)情況下劇烈反應(yīng)生成爆炸性氣體氫氣。因此不能隨意用強(qiáng)堿液處理硅渣漿，以免發(fā)生安全事故。根據(jù)處理經(jīng)驗，完全水解后的殘渣在經(jīng)過充分氧化后的產(chǎn)物是穩(wěn)定無害的，可以對其進(jìn)行填埋處理。

綜上所述，硅漿渣的無害化和資源化處理，已經(jīng)成為擺在多晶硅生產(chǎn)企業(yè)面前亟需解決的問題。為了推動我國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須不斷推動硅漿渣處理工藝的進(jìn)步與發(fā)展，為多晶硅企業(yè)產(chǎn)能的擴(kuò)大和多晶硅生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展打下基礎(chǔ)，為實現(xiàn)我國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和新能源戰(zhàn)略的目標(biāo)實現(xiàn)做出貢獻(xiàn)。