申请日2012.12.29
公开(公告)日2014.07.02
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种多晶硅废水处理装置和方法，装置包括：陶瓷膜系统;其中，所述陶瓷膜系统，包括料液箱、供料泵、循环泵、陶瓷膜、透过液箱以及多个连接管道，其中，在连接管道上还设有压力调节阀门和/或仪器仪表。通过管道还连接有液体分离器，包括：分离腔体和与其相连接的流体储箱、流量供给泵，其中，所述流量供给泵设于分离腔体和所述流体储箱之间。其中，该方法能够将原有的污染物处理转换为工业资源回收利用，变废为宝，有极高的经济价值和环境效益。
权利要求书
1.一种多晶硅废水处理装置，其特征在于，包括：陶瓷膜系统;
其中，所述陶瓷膜系统，包括料液箱、供料泵、循环泵、陶瓷膜、透过液箱以及多个连接管道，其中，在连接管道上还设有压力调节阀门和/或仪器仪表。
2.根据权利要求1所述的多晶硅废水处理装置，其特征在于，所述陶瓷膜的形状为管式多段弯曲中空结构，膜孔小于1μm。
3.根据权利要求2所述的多晶硅废水处理装置，其特征在于，所述陶瓷膜由由二氧化钛和二氧化锆料制成。
4.根据权利要求1所述的多晶硅废水处理装置，其特征在于，通过管道还连接有液体分离器，包括：
分离腔体和与其相连接的流体储箱、流量供给泵，其中，所述流量供给泵设于分离腔体和所述流体储箱之间。
5.根据权利要求4所述的多晶硅废水处理装置，其特征在于，所述分离腔体的液体进口开于所述分离腔体的下方位置处。
6.根据权利要求5所述的多晶硅废水处理装置，其特征在于，所述液体为纯水或氯化钙或者氯化钠溶液。
7.一种多晶硅废水处理方法，其特征在于，包括：
(1)将多晶硅废液经过增压后进入为陶瓷膜系统，在0.20MPa-0.55MPa压力下进行固液分离，分离出聚乙二醇液体储存以备回用生产，分理处出的固液混合物进入步骤(2);
(2)将陶瓷膜系统分离出的固液混合物用纯水冲洗干净，得到包括：SiC、Si、Fe和杂质的固体混合物，将此固体混合物加入盐酸中进行搅拌和清洗，分离出固体SiC、固体 Si和杂质的混合颗粒物;
(3)将所述固体SiC和Si混合颗粒物加入流体分离器，控制流体分离器流速，使SiC和Si分层，并分别收集分层的SiC和Si，部分处于混合状态的固体SiC、固体 Si和杂质则不分离。
8.根据权利要求7所述的多晶硅废水 处理方法，其特征在于，步骤(3)以后，还包括：对分离后的Si熔铸提纯，以得到太阳能级多晶硅;
和/或;对分离后的SiC干燥后并进行微粉分级分离，按粒径大小选择回用。
9.根据权利要求7所述的多晶硅废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述盐酸的温度30℃-45℃，浓度10%-30%，并且，步骤(2)中还要进行搅拌30-90分钟。
10.权利要求7所述的多晶硅废水处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述流体分离器流速为40m/h-60 m/h。
说明书
一种多晶硅废水处理装置和方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理方法，具体涉及一种多晶硅废水处理方法和装置，属于废水回收利用领域。
背景技术
硅单质作为重要的光电材料、半导体材料，其战略资源的地位日益明显，其全球需求量亦不断增大。在光电、半导体产业中，需要将单质硅体切割成符合要求的硅片，目前多晶硅主要是采用多线切割技术，在切割过程中约50% 的硅料混进由聚乙二醇( PEG) 切削液和碳化硅粉( SiC) 磨料组成的切削液中，使得切削液中微粉的组成、粒径、硬度均不满足标准，造成切削性能下降，不能重复利用，因此在切割过程中需要不断地排出旧切削液，并不断补充新切削液，这样就产生了大量的切割废液。
切削废液为黑色粘稠状悬浮液，主要组分及含量为 : 聚乙二醇( PEG)， 40% ～ 50%;碳化硅( SiC)，23% ～ 33%; 硅( Si) ， 20% ～ 24%; 铁屑( Fe) ，2. 5% ～ 3. 0%。其中，PEG的原料是石油中提炼出来的，再聚合而成，分子结构稳定，不易分解，极易溶于水，生物耗氧量低，在自然界中不易降解，其COD( 化学需氧量) 值大大超过废水排放标准，如不经过特殊处理，流入自然环境将会造成巨大污染。SiC和Si都是重要的工业原料，均属于不可再生资源。生产SiC原料过程中要消耗巨大能源，国家现已对此新工业项目进行限制。其中的Si为切磨下来的高纯硅粉，若直接排放会造成环境污染和硅材料的浪费。
目前对于这种废水的处理，有两种思路：一种是处理达标后排放。常用方法有微生物法、高级氧化法等，对于这种重要含PEG的废水，微生物法工艺复杂，处理效率低，处理效果差，几乎不可能达标;高级氧化法处理效果较好，但运行费用较高，工艺控制复杂;其它的常用污水处理方法也很难适用;另一种思路是将废液分级回收处理，因为废水中的 PEG、SiC和Si都是重要的工业原料，其中聚乙二醇(PEG)市场价12元每公斤，SiC市场价24元每公斤，Si市场价140元每公斤。因此，分级回收和利用硅切割废液对于节约资源、保护环境、提高经济效益具有重要意义，国外已经有相对较为成熟的处理回收技术，国内这方面技术还不成熟，大多处于研究阶段。
国内现有的处理回收技术，如：一种光伏废水零排放工艺(CN 102557291A),系统流程过长、工艺复杂、投资过大，难以实现工程实际应用;一种处理含聚乙二醇废水的方法(CN 1023722388A)，采用絮凝沉淀、Fendon氧化技术，处理后废水需再进入废水处理厂处理，要使用费用较高，且并不适合多晶硅废水的处理;从硅片切割加工副产品中回收碳化硅的方法(CN101244823A)，该专利方法采用离心固液分离，只回收废液中的碳化硅，聚乙二醇、和回收价值更高的硅并未涉及;
现有的回收技术主要问题在于：①固液分离效果不佳，往往需要经过多级分离，如：离心分离、斜板沉淀、过滤、压滤等，分离出的PEG液体含部分轻质的杂质，需要经过进一步的提纯才能回用;②SiC和Si分离过程复杂且效果欠佳，需要使用多种化学药剂或经过多种物理过程，缺少一种简单有效的分离方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是高效的处理回用技术，能彻底解决固液分离效果不佳问题，为此，提供了一种多晶硅废水处理装置和方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种多晶硅废水处理装置，包括：陶瓷膜系统;
其中，所述陶瓷膜系统，包括料液箱、供料泵、循环泵、陶瓷膜、透过液箱以及多个连接管道，其中，在连接管道上还设有压力调节阀门和/或仪器仪表。
进一步地，优选的是，所述陶瓷膜的形状为管式多段弯曲中空结构，膜孔小于1μm。
进一步地，优选的是，所述陶瓷膜由由二氧化钛和二氧化锆料制成。
进一步地，优选的是，通过管道还连接有液体分离器，包括：
分离腔体和与其相连接的流体储箱、流量供给泵，其中，所述流量供给泵设于分离腔体和所述流体储箱之间。
进一步地，优选的是，所述分离腔体的液体进口开于所述分离腔体的下方位置处。
进一步地，优选的是，所述液体为纯水或氯化钙或者氯化钠溶液。
一种多晶硅废水处理方法，包括：
(1)将多晶硅废液经过增压后进入为陶瓷膜系统，在0.20MPa-0.55MPa压力下进行固液分离，分离出聚乙二醇液体储存以备回用生产，分理处出的固液混合物进入步骤(2);
(2)将陶瓷膜系统分离出的固液混合物用纯水冲洗干净，得到包括：SiC、Si、Fe和杂质的固体混合物，将此固体混合物加入盐酸中进行搅拌和清洗，分离出固体SiC、固体 Si和杂质的混合颗粒物;
(3)将所述固体SiC和Si混合颗粒物加入流体分离器，控制流体分离器流速，使SiC和Si分层，并分别收集分层的SiC和Si，部分处于混合状态的固体SiC、固体 Si和杂质则不分离。
进一步地，优选的是，步骤(3)以后，还包括：对分离后的Si熔铸提纯，以得到太阳能级多晶硅;和/或;对分离后的SiC干燥后并进行微粉分级分离，按粒径大小选择回用。
进一步地，优选的是，步骤(2)中，所述盐酸的温度30℃-45℃，浓度10%-30%，并且，步骤(2)中还要进行搅拌30-90分钟。
进一步地，优选的是，步骤(3)中，所述流体分离器流速为40m/h-60 m/h。
本发明采取了上述方案以后，具有以下优越性：
① 原废液不经任何处理，直接加压分离，不需添加任何化学品，分离出的PEG纯度达99.7%,过程简单可靠，一次便可完成PEG分离和经提纯过程，PEG回收率达92%;
②创新性的SiC和Si流体分离器技术，不仅操作简单，且有良好的分离效果，Si回收率最高可达85%，SiC回收率90%以上。因为分离界面的SiC和Si混合物可在下次分离中继续分离，理论上分离次数越多，分离率越高。
③本发明将需处理的废液变废为宝，不仅实现了污染物的“零”排放，同时又有很高的经济效益。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。