多晶硅生產中氯硅烷廢氣廢液處理

多晶硅生產中氯硅烷廢氣廢液處理作者：陳敏來源：《中國化工貿易下旬刊》2018年第05期摘要：在微電子和太陽能產業(yè)生產中，多晶硅作為一種重要的原材料得到廣泛應用。近年來，我國的太陽能生產行業(yè)得到快速發(fā)展，大大增加了多硅晶需求。本文論述了多硅晶使用范圍、分類以及其傳統(tǒng)生產工藝，針對處理氯硅烷的廢氣、廢液過程中存在的問題進行分析，最終提出一種處理廢氣、廢液的新工藝，旨在為實際生產及相關研究提供參考。關鍵詞：多晶硅；氯硅烷；廢氣；廢液；處理多晶硅屬于單質硅形態(tài)的一種。過冷狀況下熔融單質硅出現凝固，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列形成許多晶核，晶核形成晶面取向不同的晶粒，晶粒之間相互結合便形成了多晶硅。在多硅晶精儲、還原、尾氣回收、氯化、合成等多個生產環(huán)節(jié)將會產生大量的廢氣、廢液，而這些物質多具有毒害性和易燃易爆性。實際生產中，主要采用水洗、堿液淋洗、焚燒等方法對所生成的廢氣、廢液進行處理，但是，隨著近年來多晶硅產能增大及環(huán)保要求的提高，即目前所采用的傳統(tǒng)廢物處理工藝難以滿足當前的市場及環(huán)境需求，因此優(yōu)化改進既有處理工藝，對多晶硅的生產節(jié)能、環(huán)保、經濟節(jié)約等方面具有重要促進作用。1多晶硅應用范圍及其分類目前，晶體硅作為一種重要光伏材料在市場上的應用較為廣泛，具有90%以上的市場占有率，并在以后較長一段時間內為太陽能電池生產的主要材料。由于多晶硅的半導體性，其導電性能受雜質影響較大。太陽能電池及半導體生產領域對于多晶硅的需求較大。照純度不同，可將多晶硅分為電子級、太陽能級、冶金級三類：Si含量大于99.9999%、超高純度可達99.9999999%-99.999999999%的電子級硅；Si含量可達99.99%-99.9999%的太陽能級硅，其純度在電子硅和冶金級硅之間，目前尚無明確界定；Si含量一般為90%-95%的冶金級硅，電弧爐中，石英砂冶煉提純可達到98%,產生工業(yè)硅。2多晶硅生產工藝的簡述一定條件下，通過干燥的氯化氫與硅粉氯化，然后冷凝、精僧以及還原生成多晶硅。目前，隨著工業(yè)生產的科學發(fā)展，多晶硅的工藝技術得到極大改進，工藝類型繁多，主要包括冶金、西門子、硅烷、等離子、無氯工藝、熔鹽電解、流化床等方法。其中利用氣相沉淀，生成柱狀的多晶硅即為西門子法。為了促使原料利用效率的提高，基于原有基礎通過閉環(huán)生產工藝進行西門子法的改良。西門子法改良后，多晶硅的產能大大提升，約占80%的世界總產能。目前世界上有關利用西門子法研究高純度的多晶硅制備比較多。比如美國的M.Mdahl等對流化床中多晶硅的顆粒生長及微觀結構實施研究；張玉等對催化化學氣相沉淀對晶硅的薄膜制備進行研究。另外，還有區(qū)域熔煉、碳熱還原等多晶硅生產技術。其中，碳熱還原為高純碳對二氧化硫進行還原實施多晶硅制取，區(qū)域熔煉的方法是通過金屬定向凝固將金屬級硅的純度提升至太陽能級硅。3氯硅烷廢氣、廢液處理工藝制備多晶硅過程中，會產生大量的廢氣、廢液，我國大多單位采用先進行水洗水解，再利用NaOH綜合對廢氣、殘夜進行處理。凈化廢氣分離提純氯硅烷的工序中，在各個精僧塔頂所排放的氯氣、氯硅烷等廢氣，含有氯化氫、氯硅烷、氮氣、氫氣、多晶硅還原爐置換吹掃氣以及事故排放氣，并將其送入尾氣的洗滌塔組內，用鹽酸溶液進行洗滌，水和廢氣中所含的氯硅烷發(fā)生反應，最終除去廢氣。通過液封罐將出尾氣的處理塔頂所含的氫氣、氮氣等廢氣放空，用泵將出尾氣處理塔的塔底所含的固體SiO2鹽酸溶液送到工藝廢料的處理工藝進行處理。處理殘夜由分離提純氯硅烷的工序所產生的殘夜包括聚氯硅烷的化合物、四氯化硅、裝置停車中的放凈過程中產生的氯硅烷等液體送入殘夜工序進行處理。將液體送到收集殘夜的槽內進行處理，然后通過氮氣壓出液體，送入尾氣洗滌的塔組內。經過水的洗滌后，水和氯硅烷產生反應含有固體SiO2鹽酸溶液生成，在氯硅烷的廢液和NaOH的反應下進行無害物質的轉換。4設計廢物處理新工藝工藝流程分解中和反應器1、2組成分解中和的裝置。該設備功能是將由氯硅烷的回收系統(tǒng)所生成的廢氣進行中和處理。反應器1、2內交替進行分解、中和反應。將工業(yè)冷水注入反應器1內，達到標準水位后，關閉控制系統(tǒng)的水閥，將石灰乳液的閥門打開，并將石灰液注入。當石灰液的高度達到標準水平后，將控制系統(tǒng)石灰液的輸送線路關閉。打開控制系統(tǒng)的反應設備供料管線，反應設備內蒸發(fā)產物和石灰乳的溶液混合進行分解。分解反應中，蒸汽低壓注入后，反應器內保持25c的溫度，進行pH監(jiān)測。當pH值為9時，進行蒸汽切換，并注入正在準備的另一個設備內，準備下輪蒸汽的分解。分解反應發(fā)生的同時啟動中和反應。其主要化學反應為：Ca(OH)2+HCL-CaCL2+H2O反應設備內介質攪拌時間為30min,中和步驟完成。過濾過濾設備主要包括泵和過濾器。過濾指的是中和以后生成的物質通過泵傳輸到過濾器內，過濾器控制面板對泵操作壓力進行控制。濾液質量的控制通過監(jiān)測導電率來實現。濾餅脫水指的是干燥壓縮后的空氣從過濾器濾餅通過，直至濾板的出液口無液流。而流出去的濾液在循環(huán)泵的作用下輸送到相應反應器內。濾餅脫水完成后，將過濾器拆卸下來，然后將濾餅卸下并放入收集固體廢物的收集容器內進行回收利用。工藝特點該工藝比較簡單，投入到設備上的資金較少；具有良好的循環(huán)性及密閉性，低耗能，對環(huán)境保護及成本節(jié)約比較有利；同燒堿相比石灰乳成本較低，具有較小的腐蝕性。同燒堿相比，分解中和生成的物質處理比較容易；控制自動化，不僅安全，同時還可節(jié)省人力；利用過濾裝置進行水的回收，節(jié)約用水，水環(huán)境的污染得到有效防止。5結束語多晶硅廢氣、廢液的處理過程中，有諸多的課題有待研究，唯有完善廢汽、廢液的處理工藝，才能達到節(jié)能降耗的目的，在環(huán)境污染治理、環(huán)境保護及環(huán)境優(yōu)化方面的實現極為有利，并且生產成本降低、企業(yè)經濟效益提升。參考文獻：⑴張志剛，蔣國瑜，張升學.多晶硅工藝廢氣回收利用研究[J].科技展望，2017,27(21).⑵胡小冬，王麗，張東，等.多晶硅生產中廢氣處理工藝改造[J].現代化工，2016(12)：121-123.⑶周迎春,多晶硅生產中氯硅烷殘液的資源化處理與利用[J].