董麗萍 張升學(xué)

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 引言

改良西門子法多晶硅生產(chǎn)中的渣漿殘液主要來源于三個(gè)單元：冷氫化急冷塔塔底殘液、氫化反應(yīng)器冷凝殘液和精餾裝置的塔底殘液，主要成分為四氯化硅、三氯氫硅、硅粉、金屬氯化物和其他高沸物如六氯二硅烷、五氯硅烷等。見諸報(bào)道的多晶硅殘液的處理方法有干燥法、過濾法、燃燒法、萃取法、裂解回收法等[1]。其中燃燒法是將氯硅烷殘液燃燒生成二氧化硅，此方法不能有效回收殘液中的有效組分，且生成的二氧化硅純度不高，不能外售，因此燃燒法并未能工業(yè)化應(yīng)用；萃取法是在殘液中加入萃取劑，將殘液中的氯硅烷萃取出來，再經(jīng)過精餾將萃取劑與氯硅烷分離回收萃取劑，萃取法在處理有機(jī)硅殘液中得到廣泛應(yīng)用，但處理多晶硅殘液僅停留在研究階段，未見工業(yè)化應(yīng)用；裂解回收法是將殘液中的高沸物經(jīng)催化裂解生成低沸氯硅烷進(jìn)行回收利用的方法，此方法可有效提高殘液中氯硅烷的回收率，但是流程復(fù)雜，操作困難，僅在少數(shù)多晶硅企業(yè)有應(yīng)用；而干燥法、過濾法因?yàn)槠洳僮餍詮?qiáng)，氯硅烷回收率高，更適用于工業(yè)化，因此應(yīng)用較為廣泛。

1 干燥法

干燥法是利用殘液中各組分的沸點(diǎn)差異對其進(jìn)行分離，將殘液通入干燥機(jī)，由干燥機(jī)的蒸汽夾套加熱，將其中沸點(diǎn)底的氯硅烷蒸發(fā)出來，通過收塵器收集蒸出氣體中的固體顆粒，然后冷凝為氯硅烷液體送至氫化系統(tǒng)回收利用，不凝氣送至淋洗系統(tǒng)洗滌后排空；干燥機(jī)排出的固體殘?jiān)椭翂A性水解系統(tǒng)進(jìn)行無害化處理。國內(nèi)干燥法處理多晶硅渣漿主要有間歇耙式干燥和連續(xù)旋轉(zhuǎn)干燥兩種形式。間歇耙式干燥法來源于國外多晶硅生產(chǎn)工藝包，早期國內(nèi)對于多晶生產(chǎn)技術(shù)不掌握，都是引進(jìn)國外工藝包，間歇耙式干燥是工藝包配套推薦的渣漿處理技術(shù)，其缺點(diǎn)很明顯，處理能力??；間歇操作，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大；蒸發(fā)后的固體漿料一次性倒入水解設(shè)備，致使水解設(shè)備瞬間處理量大，易造成水解罐爆沸，使固體顆粒和酸性氣體進(jìn)入上游干燥機(jī)，造成堵塞和設(shè)備腐蝕。因此間歇干燥逐漸被連續(xù)干燥技術(shù)所取代，連續(xù)旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)是國內(nèi)設(shè)備廠家設(shè)計(jì)并開發(fā)，在多晶硅廠家多有運(yùn)用，可實(shí)現(xiàn)渣漿處理的連續(xù)操作，處理能力也大大提高。但由于多晶硅渣漿中氯化鋁易揮發(fā)，因此實(shí)際操作中干燥蒸發(fā)的溫度極難控制，溫度過高氯化鋁易蒸出；溫度低則蒸發(fā)速度慢，且氯硅烷殘留量大。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，連續(xù)槳葉干燥機(jī)可實(shí)現(xiàn)將進(jìn)入水解系統(tǒng)的渣漿中揮發(fā)分濃縮至20%～30%，處理量最大為6t/h[2]。為減少干燥機(jī)的負(fù)荷，可在上游配套閃蒸系統(tǒng)，將部分輕組分氯硅烷閃蒸后再進(jìn)入干燥機(jī)，閃蒸單元要控制閃蒸的溫度和壓力，要保證盡量多的輕組分氯硅烷氣化，也不能減至壓力過低，致使含固液相粘度太大堵塞管道。連續(xù)旋轉(zhuǎn)干燥法的具體流程如圖1。

圖1 連選旋轉(zhuǎn)干燥法工藝流程框圖

2 過濾法

過濾法是傳統(tǒng)的渣漿處理方法，而過濾裝置多采用燭式過濾器或壓濾機(jī)，由于殘液中含有重金屬組分，容易粘在設(shè)備壁上，操作有諸多不便。真空轉(zhuǎn)鼓過濾是一種連續(xù)式真空過濾設(shè)備，近幾年被開發(fā)使用在處理多晶硅殘液，其采用預(yù)涂型真空轉(zhuǎn)鼓過濾器，該方法解決了傳統(tǒng)過濾法易堵塞、濾布需要經(jīng)常更換、產(chǎn)品純度低等難題，且技術(shù)穩(wěn)定可靠、回收效率高、能耗低。預(yù)涂型真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)可將進(jìn)入水解系統(tǒng)的渣漿中揮發(fā)分濃縮至～10%，處理量可達(dá)6t/h。其流程為來自上游的渣漿進(jìn)入真空過濾系統(tǒng)，過濾使用的預(yù)涂型真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)，先使用多孔材料進(jìn)行預(yù)涂，在濾布上形成過濾層，過濾物料時(shí)，在真空泵的抽吸作用下，渣漿中的固體顆粒會(huì)截留在預(yù)涂層的表面或滲透到預(yù)涂層的表層，然后由刮刀刮下。由于預(yù)涂層是由微細(xì)顆粒構(gòu)成的，因而構(gòu)成無數(shù)微孔與網(wǎng)眼較稀的濾網(wǎng)共同完成過濾介質(zhì)的工作，在真空作用下，可以得到澄清度較高的濾液；過濾產(chǎn)生的濾渣直接排至水解系統(tǒng)。在水解槽中，用堿液對其中的氯硅烷進(jìn)行中和水解，水解槽頂部的廢氣排至淋洗塔洗滌其中的酸性氣后排至大氣。真空轉(zhuǎn)鼓過濾法具體流程如圖2。

以某裝置多晶硅渣漿處理量為6t/h 為例，將連續(xù)旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)和真空轉(zhuǎn)鼓過濾經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比如表1。

圖2 真空轉(zhuǎn)鼓過濾法工藝流程框圖

表1 連續(xù)干燥機(jī)和真空轉(zhuǎn)鼓過濾器經(jīng)濟(jì)性對比

3 結(jié)語

總之，干燥法和過濾法是目前廣泛采用的多晶硅渣漿的處理方法，連續(xù)旋轉(zhuǎn)干燥和真空轉(zhuǎn)鼓干燥作為兩種方法的改進(jìn)形式，在操作性和經(jīng)濟(jì)性上更具優(yōu)勢，而其中真空轉(zhuǎn)鼓過濾形式能耗低、氯硅烷的回收率高。然而，真空轉(zhuǎn)鼓過濾不能將高沸物與氯硅烷進(jìn)行分離，需要在下游配套提純裝置以提高回收氯硅烷的純度。由于真空轉(zhuǎn)鼓過濾裝置，在預(yù)涂和過濾過程中需要配合轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)整系統(tǒng)的真空度，在實(shí)際生產(chǎn)中對操作者的要求較高；其次干燥法和過濾法都將殘液中的高沸物與其它重組分一起進(jìn)行水解，造成一定程度的資源浪費(fèi)，因此，回收高沸物中的六氯二硅烷或?qū)⒏叻形锪呀鉃榈头械穆裙柰榈牧鞒萄芯窟M(jìn)一步完善，使其具有工業(yè)可操作性，滿足大型多晶硅裝置的渣漿處理要求，可為在殘酷競爭中求生存的多晶硅企業(yè)提供創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。