專利名稱：一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法
一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法
技術領域：
本發明涉及熔融石英材料的制備方法，特別是涉及一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法。
背景技術：
近年隨著環保能源不斷被重視和發展，太陽能作為綠色能源受到世界各國的普遍重視，得到了廣泛的開發和利用，這使得用于太陽能轉換的多晶硅的用量急劇增加，從而促進了多晶硅生產的快速發展。熔融石英陶瓷坩堝是太陽能多晶硅鑄錠過程中用來裝載多晶硅原料、在1550°C的高溫下使之熔化結晶生產出多晶硅鑄錠的容器，它要一次性連續工作50小時以上，整個過程不能發生破裂，坩堝成分也不能對硅料造成污染，是多晶硅鑄錠生產過程中不可替代的關鍵消耗性部件。隨著我國鑄錠多晶硅生產能力的擴大，對熔融石英陶瓷坩堝的需求量與日俱增。高純熔融石英是制作熔融石英陶瓷坩堝的原材料，傳統工藝是以天然石英礦為原料，采取水洗去泥一機械破碎一酸洗一水洗晾干一高溫熔融一破碎分級等工序。但是全國各地的石英原礦品位不一，雜質含量差別很大，采用傳統工藝制得的熔融石英的純度不易保證。隨著高品位的石英原礦資源的枯竭，原材料的價格會越來越高，生產成本也會越來越
尚ο在這種需求量急劇增加而高品位石英原礦資源面臨枯竭的大背景下，石英坩堝廢料的回收再利用具有十分重要的戰略意義。

發明內容基于此，有必要提供一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，以實現石英坩堝廢料的回收再利用之目的。為此，提出一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，步驟如下破碎分級采用廢石英坩堝為原材料，粉碎后制成1 50mm的塊料；酸洗除雜采用1 25% (重量比)的混合酸對塊料進行酸洗，塊料與混合酸的重量比為1 1 5，酸洗時間為4 200小時；水洗烘干取出酸洗后的塊料，用水浸泡、洗滌至中性，再將塊料烘干至含水重量比< 5% ；非晶化處理對塊料進行高溫熔融，去除石英中的晶化部分，熔融溫度為1700 1780°C，熔融時間為6 12小時。在優選的實施例中，廢石英坩堝是石英坩堝制造企業的不合格報廢品及/或多晶硅鑄錠企業使用后的石英坩堝。在優選的實施例中，所述混合酸為草酸與鹽酸的二元混合酸或者為氫氟酸、草酸與鹽酸的三元混合酸；二元混合酸中草酸與鹽酸的重量比為1 1 5，三元混合酸中氫氟酸、草酸與鹽酸的重量比為1 2 5 2 10。在優選的實施例中，用水洗滌至中性后再用去離子水清洗，直至利用硫氰酸銨的水溶液檢驗不顯三價鐵離子反應為止。在優選的實施例中，用加熱烘干設備將塊料烘干至含水重量比<5%之前，先將塊料置于自然條件下晾曬至含水重量比< 20%。在優選的實施例中，所述非晶化處理系采用石墨電極石英熔融爐對廢坩堝塊料進行高溫熔融。在優選的實施例中，高溫熔融時，石墨電極石英熔融爐裝填有保溫砂，所述保溫砂是廢坩堝破碎后的細顆粒料或經過酸洗的石英原礦的細顆粒料。在優選的實施例中，所述酸洗去雜為使用酸洗池進行酸液浸泡，所述酸洗池的內壁涂覆有一側玻璃鋼或聚丙烯板材作為襯里。在優選的實施例中，所述酸洗去雜為使用酸洗池進行超聲波酸洗，所述酸洗池采用塑料材質。在優選的實施例中，所述酸洗去雜為酸液浸泡或超聲波酸洗。本實施方式的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，對石英坩堝廢料進行提純除雜和非晶化處理，可以得到滿足石英坩堝使用的高純熔融石英，從而可以顯著緩解對石英原礦的過度依賴，實現石英砂的循環利用，有利于對國土資源的保護，大大降低石英陶瓷坩堝的制造成本，同時也解決了石英坩堝的生產及使用企業的固體廢棄物的污染與排放問題。
具體實施方式本實施方式的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，包括破碎分級、酸洗除雜、水洗烘干及非晶化處理等步驟，各步驟具體方式如下。破碎分級采用石英坩堝制造及/或多晶硅鑄錠企業使用后的報廢坩堝為原材料，進行機械破碎、振動篩分，制成1 50mm的塊料。酸洗除雜采用混合酸對塊料進行酸洗，混合酸的濃度為1 25% (重量比)，塊料與混合酸的重量比為1 1 5，酸洗時間為4 200小時。優選地，混合酸為草酸與鹽酸的二元混合酸或者氫氟酸、草酸與鹽酸的三元混合酸；二元混合酸中草酸與鹽酸的重量比為1 1 5，三元混合酸中氫氟酸、草酸與鹽酸的重量比為1 2 5 2 10。二元混合酸及三元混合酸中草酸的作用在于可加快除雜的初始速度。酸洗的方式有兩種利用酸洗池進行酸液浸泡和利用酸洗池進行超聲波酸洗。其中用于酸液浸泡的酸洗池，內壁涂覆一層玻璃鋼或聚丙烯板材作為襯里，防止酸液腐蝕酸洗池，池頂用塑料薄膜覆蓋，防止酸液揮發而污染大氣；用于超聲波酸洗的酸洗槽采用塑料
4材質。超聲波酸洗主要是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化及剝離而達到清洗除雜的目的。在達到同等除雜效果的情況下，超聲波酸洗方式所用的操作時間要比酸液浸泡方式節約幾十個小時，是優選的實施方式。水洗烘干取出酸洗后的塊料，用水浸泡、洗滌至中性，再將塊料烘干至含水重量比< 5 %。優選地，用加熱烘干設備將塊料烘干至含水重量比<5%之前，先將塊料置于自然條件下晾曬至含水重量比< 20%，可降低烘干成本。優選地，用水洗滌至中性后再用去離子水清洗，直至利用硫氰酸銨的水溶液檢驗不顯三價鐵離子反應為止，防止塊料中含有雜質，影響后續坩堝成品品質。非晶化處理對塊料進行高溫熔融，去除石英中的晶化部分，熔融溫度為1700 1780°C，熔融時間為6 12小時。優選地，非晶化處理系采用石墨電極石英熔融爐對廢坩堝塊料進行高溫熔融。高溫熔融時，石墨電極石英熔融爐裝填有保溫砂，所述保溫砂是廢坩堝破碎后的細顆粒料及/或經過酸洗的石英原礦的細顆粒料。與傳統的熔融石英制造工藝相比，本實施方式的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，能實現石英坩堝廢料的回收再利用，能夠顯著緩解對石英原礦的過度開采，實現石英砂的循環利用，有利于對國土資源的保護，大大降低熔融石英陶瓷坩堝的制造成本，同時也解決了石英坩堝的生產及使用企業的固體廢棄物的污染與排放問題。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，步驟如下破碎分級采用廢石英坩堝為原材料，粉碎后制成1 50mm的塊料；酸洗除雜采用1 25% (重量比)的混合酸對塊料進行酸洗，塊料與混合酸的重量比為1 1 5，酸洗時間為4 200小時；水洗烘干取出酸洗后的塊料，用水浸泡、洗滌至中性，再將塊料烘干至含水重量比< 5% ；非晶化處理對塊料進行高溫熔融，去除石英中的晶化部分，熔融溫度為1700 1780°C，熔融時間為6 12小時。
2.根據權利要求1所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，廢石英坩堝是石英坩堝制造企業的不合格報廢品及/或多晶硅鑄錠企業使用后的石英坩堝。
3.根據權利要求1所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，所述混合酸為草酸與鹽酸的二元混合酸或者為氫氟酸、草酸與鹽酸的三元混合酸；二元混合酸中草酸與鹽酸的重量比為1 1 5，三元混合酸中氫氟酸、草酸與鹽酸的重量比為1 2 5 2 10。
4.根據權利要求1所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，用水洗滌至中性后再用去離子水清洗，直至利用硫氰酸銨的水溶液檢驗不顯三價鐵離子反應為止。
5.根據權利要求1所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，用加熱烘干設備將塊料烘干至含水重量比<5%之前，先將塊料置于自然條件下晾曬至含水重量比< 20%。
6.根據權利要求1所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，所述非晶化處理系采用石墨電極石英熔融爐對廢坩堝塊料進行高溫熔融。
7.根據權利要求6所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，高溫熔融時，石墨電極石英熔融爐裝填有保溫砂，所述保溫砂是廢坩堝破碎后的細顆粒料或經過酸洗的石英原礦的細顆粒料。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，所述酸洗去雜為使用酸洗池進行酸液浸泡，所述酸洗池的內壁涂覆有一側玻璃鋼或聚丙烯板材作為襯里。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，所述酸洗去雜為使用酸洗池進行超聲波酸洗，所述酸洗池采用塑料材質。
10.根據權利要求1至7中任一項所述的回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，其特征在于，所述酸洗去雜為酸液浸泡或超聲波酸洗。
全文摘要
本發明公開一種回收廢石英坩堝制取高純熔融石英的方法，包括破碎分級、酸洗除雜、水洗烘干及非晶化處理等步驟。通過對石英坩堝廢料進行提純除雜和非晶化處理，可以得到滿足石英坩堝使用的高純熔融石英，從而可以顯著緩解對石英原礦的過度依賴，實現石英砂的循環利用，有利于對國土資源的保護，大大降低石英陶瓷坩堝的制造成本，同時也解決了石英坩堝的生產及使用企業的固體廢棄物的污染與排放問題。
文檔編號C03B5/16GK102557389SQ201210003498
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者何釗煊, 孫前頌, 王金波 申請人:徐州協鑫太陽能材料有限公司