專利名稱：用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統及回收方法
技術領域：
本發明屬于太陽能電池加工領域，具體涉及一種用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統及回收方法。
背景技術：
太陽能電池硅片蝕刻的傳統工藝，是用蝕刻液在蝕刻槽中對太陽能電池硅片進行蝕刻，即在制絨和蝕刻線中通過將蝕刻液噴淋到太陽能電池硅片上或通過將太陽能電池硅片浸泡在蝕刻液中來進行太陽能電池硅片的拋光和前處理。采用酸性蝕刻液時，蝕刻液基本上是氫氟酸和硝酸的混合酸，根據以下化學反應通過浸泡來蝕刻太陽能電池硅片:3Si+4HN0s — 3Si02+4N0+H203Si02+18HF — 3H2SiF6+6H20總反應:3Si+18HF+4HN03— 3H2SiF6+4N0+8H20通常情況下，硅能以每分鐘I至10微米的速度被去除。與此同時，蝕刻液需不斷更換，因此創造大量的有毒廢物，這是不令人滿意的。這樣既會造成原料的巨大浪費，又會造成環境的污染，給環境治理增加 負擔。希望有一種系統或者方法能對太陽能電池硅片酸蝕刻后的廢物體系進行有效的回收處理。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是對太陽能電池硅片酸蝕刻后的廢物體系進行有效的回收處理。為了解決以上技術問題，本發明提供一種用于酸性蝕刻廢物體系的回收系統，所述酸性蝕刻廢物體系來自用于太陽能電池硅片制絨或蝕刻的蝕刻槽，包括一氧化氮氣體和由氫氟酸、硝酸、氟硅酸、硅屑和水組成的蝕刻廢液，所述回收系統包括:用于分離來自所述蝕刻槽的蝕刻廢液中的硅屑的第一分離裝置；與所述第一分離裝置流體相通的第一蒸發器；與所述第一蒸發器流體相通的第二蒸發器；與所述第二蒸發器流體相通的第三蒸發器；分別與所述第三蒸發器和第二蒸發裝置流體相通的電解裝置；和分別與所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器流體相通的冷凝裝置。進一步地,所述回收系統還包括:用于收集來自所述蝕刻槽中的氣體的氣體收集裝置；與所述氣體收集裝置流體相通的催化氧化器，所述催化氧化器上設置有通風口 ；和置于所述催化氧化器和所述電解裝置之間的第一注射器。進一步地,所述回收系統還包括:
與所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器流體相通的第二分離裝置，以進一步分離來自所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器的液體中的懸浮固體；和與所述第二分離裝置流體相通的洗滌器和接收來自第二分離裝置的固體的固體收集裝置；其中，所述洗滌器還與所述第三蒸發器和冷凝裝置流體相通。進一步地，所述回收系統還包括:置于所述蝕刻槽與第一分離裝置之間的第一緩沖槽，以收集來自所述蝕刻槽的蝕刻廢液并將其輸送至所述第一分離裝置。進一步地，所述回收體系還包括:與所述冷凝裝置流體相通的第二緩沖槽以儲存已冷凝的液體并將其輸送至所述蝕刻槽。進一步地，所述回收系統還包括第一熱交換裝置，使得將進入所述第一蒸發器的蝕刻廢液和來自所述第一蒸發器、第二蒸發器和所述洗滌器的蒸氣在所述第一熱交換裝置內進行熱交換。進一步地，所述回收系統還包括第二熱交換裝置，使得將進入所述冷凝裝置的蒸氣在所述第二熱交換裝置內進行熱交換。進一步地，所述冷凝裝置包括冷凝槽和置于所述冷凝槽上方的注射器，所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器通過所述注射器與所述冷凝裝置流體相通，所述蝕刻槽通過所述冷凝槽與所述冷凝裝置流體相通。可替代地，所述冷凝裝置包括第一冷凝槽、第二冷凝槽和第三冷凝槽以及分別置于所述第一冷凝槽、第二冷凝槽和第三冷凝槽上方的第二注射器、第三注射器和第四注射器，所述第一蒸發器和第三蒸發器通過所述第三注射器與所述冷凝裝置流體相通，所述第二蒸發器通過所述第二注射器與所述冷凝裝置流體相通，所述第一冷凝槽分別與所述第三注射器和第二冷凝槽流體相通，所述第二冷凝槽分別與所述第四注射器和第三冷凝槽流體相通，所述蝕刻槽通過所述第三冷凝槽與所述冷凝裝置流體相通。進一步地，所述電解裝置包括電解槽和與所述電解槽流體相通的循環槽，所述電解槽由被陰離子膜分隔的陽極室和陰極室組成，所述電解裝置通過所述循環槽與所述第二蒸發器和第三蒸發器流體相通。進一步地，所述第一分離裝置是過濾裝置，或者所述第二分離裝置是離心機。進一步地，所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器中至少一個內具有傾斜的加熱片。進一步地，所述第一蒸發器、第二蒸發器、第三蒸發器和洗滌器都配備有收集池，所述第二分離裝置與各收集池流體相通。本發明的另一方面提供一種用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統，所述酸性蝕刻廢物體系來自用于太陽能電池硅片制絨或蝕刻的蝕刻槽，包括由氫氟酸、硝酸、氟硅酸、硅屑和水組成的蝕刻廢液，所述回收系統包括:用于對蝕刻廢液進行蒸發處理的蒸發裝置；與所述蒸發裝置形成循環回路的電解裝置；和對來自蒸發裝置的蒸氣進行冷凝的冷凝裝置。進一步地， 所述回收系統進一步包括與所述蒸發裝置流體相通以對其中固態二氧化硅進行分離的離心機。
進一步地，所述電解裝置包括電解槽以及與所述電解槽流體相通的循環槽，所述電解槽由陰膜隔開的陰極室和陽極室組成。進一步地，所述回收系統進一步包括對廢物體系中氣體進行處理的氣體處理裝置，所述氣體處理裝置包括用于收集所述蝕刻槽中的氣體的抽風機、與所述抽風機流體相通的催化氧化器，以及與所述催化氧化器流體相通的注射器。進一步地，所述回收系統進一步包括儲存未經處理的蝕刻廢液的第一儲存槽以及與所述第一儲存槽流體相通的過濾器，所述過濾器與所述蒸發裝置流體相通。進一步地，所述回收系統進一步包括儲存處理后得到酸蝕刻液的第二儲存槽，所述第二儲存槽與所述冷凝裝置流體相通。進一步地，所述蒸發裝置和所述冷凝裝置之間設有熱交換裝置。進一步地，所述冷凝裝置包括三級冷凝單元，每一冷凝單元包括一個注射器及與所述注射器連通的冷凝槽。進一步地，所述蒸發裝置 包括依次流體相通的三級蒸發單元，分別為用于蒸發氫氟酸的第一蒸發器、用于蒸發硝酸的第二蒸發器以及用于使氟硅酸分解的第三蒸發器。進一步地，所述回收系統進一步包括與所述第三蒸發器流體相通的洗滌器。進一步地，其中所述電解裝置包括電解槽以及與所述電解槽流體相通的循環槽，所述電解槽由陰離子膜隔開的陰極室和陽極室組成，所述循環槽與所述第二蒸發器流體相通。進一步地，所述回收系統進一步包括對廢物體系中氣體進行處理的氣體處理裝置，所述氣體處理裝置包括用于收集所述蝕刻槽中的氣體的抽風機、與所述抽風機流體相通的催化氧化器，以及與所述催化氧化器流體相通的注射器，所述注射器進一步與所述循環槽流體相通。進一步地，所述注射器進一步與所述陽極室流體相連以吸收來自所述陽極室內的氧氣。本發明的又一方面提供一種處理酸性蝕刻廢物體系的回收方法，所述酸性蝕刻廢物體系包括一氧化氮氣體和由氫氟酸、硝酸、氟硅酸、硅屑和水組成的蝕刻廢液，所述回收方法包括如下步驟:A)使蝕刻廢液中的氫氟酸、硝酸蒸發；和B)使步驟A)中得到的蒸氣冷凝；和任選C)收集所述酸性蝕刻廢物體系中的一氧化氮氣體，使之與氧氣和水反應生產硝酸，并使之蒸發與A)步驟中所得的硝酸蒸氣混合。進一步地，所述回收方法還包括:在步驟A)之前先將蝕刻廢液進行固液分離，以除去懸浮顆粒。進一步地，所述方法還包括:在步驟A)之后，使氟硅酸分解得到氟化氫和四氟化硅，用水洗滌所得氣體四氟化硅，以得到氟化氫和二氧化硅。進一步地，所述回收方法還包括:將步驟A)后殘余的蝕刻廢液進行進一步的固液分離，和任選，使殘余未分解的氟硅酸發生電解，以得到氫氟酸和硅。進一步地，所述步驟A)分兩步進行:使氫氟酸蒸發，和使硝酸蒸發。進一步地，在5_70°C的溫度和100_500mbar壓力下使氫氟酸蒸發；在20_130°C的溫度和50-700mbar的壓力下使硝酸蒸發；在90_150°C的溫度和0.7-lbar的壓力下使氟娃酸分解。本發明用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統及回收方法可以回收已用于蝕刻或拋光的蝕刻液，能減少污染，提高經濟效率。本發明的更多的優勢，特征及細節通過以下的具體實施方式
和附圖進行說明。


圖1為本發明的處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統的示意圖，其中使用了如下編
號:

權利要求
1.一種用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統，所述酸性蝕刻廢物體系來自用于太陽能電池硅片制絨或蝕刻的蝕刻槽，包括由氫氟酸、硝酸、氟硅酸、硅屑和水組成的蝕刻廢液，其特征在于，所述回收系統包括: 用于分離來自所述蝕刻槽的蝕刻廢液中的硅屑的第一分離裝置； 與所述第一分離裝置流體相通的第一蒸發器； 與所述第一蒸發器流體相通的第二蒸發器； 與所述第二蒸發器流體相通的第三蒸發器； 分別與所述第三蒸發器和第二蒸發裝置流體相通的電解裝置；和 分別與所述第一蒸發 器、第二蒸發器和第三蒸發器流體相通的冷凝裝置。
2.根據權利要求1所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統還包括: 用于收集來自所述蝕刻槽中的氣體的氣體收集裝置； 與所述氣體收集裝置流體相通的催化氧化器，所述催化氧化器上設置有通風口 ；和 置于所述催化氧化器和電解裝置之間的第一注射器。
3.根據權利要求1或2所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統還包括: 與所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器流體相通的第二分離裝置，以進一步分離來自所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器的液體中的懸浮固體；和 與所述第二分離裝置流體相通的洗滌器和接收來自所述第二分離裝置的固體的固體收集裝置； 其中，所述洗滌器還與所述第三蒸發器和冷凝裝置流體相通。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統還包括: 置于所述蝕刻槽與第一分離裝置之間的第一緩沖槽，以收集來自所述蝕刻槽的蝕刻廢液并將其輸送至所述第一分離裝置。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述回收體系還包括: 與所述冷凝裝置流體相通的第二緩沖槽以儲存已冷凝的液體并將其輸送至所述蝕刻槽。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統還包括第一熱交換裝置，使得將進入所述第一蒸發器的蝕刻廢液和來自所述第一蒸發器、第二蒸發器和所述洗滌器的蒸氣在所述第一熱交換裝置內進行熱交換。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統還包括第二熱交換裝置，使得將進入所述冷凝裝置的蒸氣在所述第二熱交換裝置內進行熱交換。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述冷凝裝置包括冷凝槽和置于所述冷凝槽上方的注射器，所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器通過所述注射器與所述冷凝裝置流體相通，所述蝕刻槽通過所述冷凝槽與所述冷凝裝置流體相通。
9.根據權利要求1-7中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述冷凝裝置包括第一冷凝槽、第二冷凝槽和第三冷凝槽以及分別置于所述第一冷凝槽、第二冷凝槽和第三冷凝槽上方的第二注射器、第三注射器和第四注射器，所述第一蒸發器和第三蒸發器通過所述第三注射器與所述冷凝裝置流體相通，所述第二蒸發器通過所述第二注射器與所述冷凝裝置流體相通，所述第一冷凝槽分別與所述第三注射器和第二冷凝槽流體相通，所述第二冷凝槽分別與所述第四注射器和第三冷凝槽流體相通，所述蝕刻槽通過所述第三冷凝槽與所述冷凝裝置流體相通。
10.根據權利要求1-7中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述電解裝置包括電解槽和與所述電解槽流體相通的循環槽，所述電解槽由被陰離子膜分隔的陽極室和陰極室組成，所述電解裝置通過所述循環槽與所述第二蒸發器和第三蒸發器流體相通。
11.根據權利要求3所述的回收系統，其特征在于，所述第一分離裝置是過濾裝置，或者所述第二分離裝置是離心機。
12.根據權利要求1-7中任一項所述的回收系統，其特征在于，所述第一蒸發器、第二蒸發器和第三蒸發器中至少一個內具有傾斜的加熱片。
13.根據權利要求3所述的回收系統，其特征在于，所述第一蒸發器、第二蒸發器、第三蒸發器和洗滌器都配備有收集池，所述第二分離裝置與各收集池流體相通。
14.一種用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統,所述酸性蝕刻廢物體系來自用于太陽能電池硅片制絨或蝕刻的蝕刻槽，包括由氫氟酸、硝酸、氟硅酸、硅屑和水組成的蝕刻廢液，其特征在于，所述回收系統包括: 用于對蝕刻廢液進行蒸發處理的蒸發裝置； 與所述蒸發裝置形成循環回路的電解裝置；和 對來自蒸發裝置的蒸氣進行冷凝的冷凝裝置。
15.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統進一步包括與所述蒸發裝置流體相通以對其中固態二氧化硅進行分離的離心機。
16.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述電解裝置包括電解槽以及與所述電解槽流體相通的 循環槽，所述電解槽由陰膜隔開的陰極室和陽極室組成。
17.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統進一步包括對廢物體系中氣體進行處理的氣體處理裝置，所述氣體處理裝置包括用于收集所述蝕刻槽中的氣體的抽風機、與所述抽風機流體相通的催化氧化器，以及與所述催化氧化器流體相通的注射器。
18.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統進一步包括儲存未經處理的蝕刻廢液的第一儲存槽以及與所述第一儲存槽流體相通的過濾器，所述過濾器與所述蒸發裝置流體相通。
19.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統進一步包括儲存處理后得到蝕刻液的第二儲存槽，所述第二儲存槽與所述冷凝裝置流體相通。
20.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述蒸發裝置和所述冷凝裝置之間設有熱交換裝置。
21.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述冷凝裝置包括三級冷凝單元，每一冷凝單元包括一個注射器及與所述注射器連通的冷凝槽。
22.根據權利要求14所述的回收系統，其特征在于，所述蒸發裝置包括依次流體相通的三級蒸發單元，分別為用于蒸發氫氟酸的第一蒸發器、用于蒸發硝酸的第二蒸發器以及用于使氟硅酸分解的第三蒸發器。
23.根據權利要求22所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統進一步包括與所述第三蒸發器流體相通的洗滌器。
24.根據權利要求23所述的回收系統，其特征在于，其中所述電解裝置包括電解槽以及與所述電解槽流體相通的循環槽，所述電解槽由陰離子膜隔開的陰極室和陽極室組成，所述循環槽與所述第二蒸發器流體相通。
25.根據權利要求16所述的回收系統，其特征在于，所述回收系統進一步包括對廢物體系中氣體進行處理的氣體處理裝置，所述氣體處理裝置包括用于收集所述蝕刻槽中的氣體的抽風機、與所述抽風機流體相通的催化氧化器，以及與所述催化氧化器流體相通的注射器，所述注射器進一步與所述循環槽流體相通。
26.根據權利要求25所述的回收系統，其特征在于，所述注射器進一步與所述陽極室流體相連以吸收來自所述陽極室內的氧氣。
27.一種處理酸性蝕刻廢物體系的回收方法，所述酸性蝕刻廢物體系包括一氧化氮氣體和由氫氟酸、硝酸、氟硅酸、硅屑和水組成的蝕刻廢液，其特征在于，所述回收方法包括如下步驟: A)使蝕刻廢液中的氫氟酸、硝酸蒸發； B)使步驟A)中得到的蒸氣冷凝；和任選 C)收集所述酸性蝕刻廢物體系中的一氧化氮氣體，使之與氧氣和水反應生產硝酸，并使之蒸發與A)步驟中硝酸蒸發所得的蒸氣混合。
28.根據權利要求27所述的回收方法，其特征在于，所述回收方法還包括:在步驟A)之前先將蝕刻廢液進行固液分離，以除去懸浮顆粒。
29.根據權利要求27或28所述的回收方法，其特征在于，所述方法還包括:在步驟A)之后，使氟硅酸分解得到氟化氫和四氟化硅，用水洗滌所得氣體四氟化硅，以得到氟化氫和二氧化硅。
30.根據權利要求29所述的回收方法，其特征在于，所述回收方法還包括:將步驟A)后殘余的蝕刻廢液進行進一步的固液分離，和任選，使殘余未分解的氟硅酸發生電解，以得到氫氟酸和硅。
31.根據權利要求27所述的回收方法，其特征在于，所述步驟A)分兩步進行:先使氫氟酸蒸發，然后使硝酸蒸發。
32.根據權利要求31所述的回收方法，其特征在于，在5-70°C的溫度和100-500mbar壓力下使氫氟酸蒸發；在20-130°C的溫度和50-700mbar的壓力下使硝酸蒸發；在90-150°C的溫度和0.7-lbar的壓力下使氟硅酸分解。
全文摘要
本發明涉及一種用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統及回收方法。所述回收系統包括蒸發器、電解裝置和冷凝裝置。本發明用于處理酸性蝕刻廢物體系的回收系統及回收方法可以回收已用于制絨或蝕刻的蝕刻液，能減少環境污染，提高經濟效率。
文檔編號C23F1/46GK103215593SQ20121002510
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者施道可, 范瓊, 潘加永 申請人:庫特勒自動化系統(蘇州)有限公司