如何变废为宝？硅泥回收看这篇就够了
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北京国化新材料技术研究院联联合中国石油和化学工业联合会中小企业工作委员会、中关村光伏产业联盟、硅产业绿色发展联盟等单位拟于2024年4月24-26日在上海举办“第二届硅基新材料技术交流会”（点击链接查看会议详情）
以“前沿、高端、突破”为主题，针对“硅基前沿材料及技术”、“高性能二氧化硅材料”、“高纯氮化硅材料”三个论坛进行深入交流。欢迎前来报名！
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随着太阳能发电成本的不断降低，以硅晶体太阳能电池为主的太阳能发电技术迅速发展， 在生产过程中， 需采用金刚线切割技术将多晶硅锭或单晶硅棒切割成硅片。在切削过程中部分高纯晶硅被切磨成硅粉进入切割液中，流失的废硅粉具有相当高的纯度。在回收利用方面，由于该粉体粒径为微米级且在切割过程中的污染增加了回收利用的难度系数， 造成资源处于闲置状态或低值利用率。所以，寻找晶硅切割废料的高附加值利用途径具有重要意义。什么是硅泥？
硅片是太阳能电池板中使用的轻薄半导体，是通过切割大的硅块制成的。在切割过程中，部分原材料以细硅粉的形式流失了。硅粉或被送入垃圾填埋场处置，或者用昂贵、耗能的重熔工艺回收利用，因此经常产出低质量的产品。目前，太阳能领域的硅片切割工艺中，太阳能级电池硅片是通过多线切割机将硅块或硅棒切割而成，根据当前产业的发展趋势，金刚线多线切割技术将成为未来多线切割的主流。然而，单晶硅或者多晶硅的金刚线切割过程中，金刚线切削硅棒时产生的硅粉与其他杂质一起沉积到切割浆液中，形成硅泥，其切削性能大大降低。切削硅棒时产生的硅泥的纯度较高，但较为细碎，因此，极容易对硅粉处理不当，造成了资源的浪费。
减少高品级硅（本身就是一种能源密集型材料）的浪费，有助于减少太阳能电池制造业带来的的环境足迹，推动行业走向循环生产模式。
硅泥回收利用研究现状
硅片是光伏产业的基本原料， 它由硅棒或硅锭经过切割、抛光等工序加工而成，硅片的切割技术经过了外圆切割、内圆切割、 砂浆多线切割以及金刚线切割过程的改良， 线切割技术分为砂浆多线切割和金刚线切割。
无论是砂浆切割还是金刚线切割， 在切割过程中都会有高纯晶体硅掉落， 形成切割废料。传统的砂浆碳化硅切割在过去的几十年已经发展成熟，对砂浆切割废料的回收利用相关报道比较多， 具有代表性的研究包括化学方法提取纯硅、离心场强化分离Si/SiC、酸浸工艺去除金属杂质、 制备锂离子电池硅基负极材料、定向凝固工艺回收高纯硅、 制备氮氧化硅陶瓷、 湿法冶金工艺制备SiO2纳米颗粒等。
金刚线切割工艺是由砂浆切割进一步发展， 发展历程较短。虽然通过金刚线切割产生的废料中成分构成较为简单，金属杂质成分大幅度减少， 但由于我国金刚线切割技术近年来才实现了大规模生产， 因而废料的回收仍处于初级阶段。国内外研究者在已开展的研究中主要包括氮化制备氮化硅、再生制备高纯硅以及铝热反应制备硅铝合金三个方面。
（1）氮化制备氮化硅/氮氧化硅
氮化硅具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能，是最具前景的耐高温结构陶瓷之一。通过添加石英粉、气相白炭黑、α- Si3N4等添加剂促进金刚线切割废料的氮化反应，可以得到纯度较高的硅的氮化粉体。
（2）再生制备高纯硅
由于废料中没有碳化硅磨料的掺杂，再生制备高纯硅是金刚线切割硅片废料的一大热点。
回收高纯硅的难点之一在于废料切削以及储存过程中形成的氧化硅膜以及少量的金属杂质。难点之二在于保证硅不被氧化的情况下能够将碳杂质得到有效去除。通常需要酸洗去除金属杂质、 通入少量空气使碳氧化挥发以及在真空中通过高温脱氧来减少氧化层，需要耗费高能耗以及高真空环境。
（3）铝热反应制备硅铝合金
由于铝液的加入可使熔炼温度降低， 而且不需要高真空环境，有研究者提出了利用铝热反应来制备硅铝合金。
有研究者引入冰晶石作为溶剂促进硅的溶解，成功制备了硅铝合金。研究发现，冰晶石分子比为1.6时熔炼效果最优， 熔炼温度为1370K。对熔炼机理进行探究发现，需将表面二氧化硅层先熔解掉才能使硅与铝液接触反应。也有研究者通过铝热反应回收硅废料用以制备硅铝合金，该方法能有效减少熔炼温度，并且可以简化除杂流程。实验数据表明，熔炼温度为800℃~1600℃时可以将切割废料中SiO2杂质还原为单质Si。
综上所述， 切割废料在长期堆积过程中，容易与外部环境中的氧化物反应，所以硅粉颗粒表面通常会包覆一层氧化硅层。目前在回收利用时，往往将切割废料中表面的二氧化硅层作为杂质处理，回收硅时需将这层氧化物层彻底去除，增加了工艺难度以及回收成本。
另一方面，目前的工艺中基本都采用高温处理工艺回收硅废料， 不仅能耗高浪费电力资源， 而且若是气氛中只要混入少量氧化性气氛就会对产品品质产生巨大影响。推荐阅读
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