硅芯腐蚀废酸液资源化研究

发布时间：2017-10-06 10:02

  本文关键词：硅芯腐蚀废酸液资源化研究

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【摘要】：硅材料广泛应用于科技行业、电子行业、宇航事业及太阳能电池中,对人类的发展具有重要意义。但采用的改良西门子法生产多晶硅工艺过程中的硅芯加工过程会产生大量硅芯腐蚀废酸液,其中含有高浓度的硝酸(43%wt)、一定含量的氟硅酸(2.1%wt)以及极少量的氢氟酸。此种废酸液具有强腐蚀性,处理不当会造成环境污染,排入环境中将会对人类及地球环境造成无法估量的危害,既是硅和酸的浪费,又违背了清洁生产和循环经济的理念。本研究开发出采用添加沉淀剂(硝酸钾、硝酸钠、硫酸钾和硫酸钠)的方法,与浓酸废液中的氟硅酸根离子发生化学反应以氟硅酸盐的形式沉淀析出,泥水分离后得到不含氟硅酸的稀硝酸滤液,利用精馏浓缩的方法提纯浓硝酸溶液和去除硝酸溶液中金属离子等杂质,最终实现硝酸的循环利用的硅芯腐蚀废酸液资源化利用的新技术。研究以脱氟为目标,筛选出沉淀剂,并考察了采用不同沉淀剂情况下,反应时间、反应温度和搅拌速度对形成氟硅酸盐沉淀效果的影响,以及以浓硫酸为脱水剂的蒸馏稀硝酸滤液的工艺条件设计计算,以期得到含有高浓度的硝酸溶液。结果表明：采用硝酸钾、硝酸钠、硫酸钾及硫酸钠分别作为沉淀剂与废酸液中氟硅酸离子反应,经中速滤纸过滤后,得到含有稀硝酸的滤液；以浓硫酸作为脱水剂浓缩稀硝酸溶液是可行的。(1)硝酸钾作为沉淀剂时,添加量最低(为0.01978 mo1),金属离子添加量与废酸液中氟硅酸的摩尔比最低(为1：1.35),且溶液中残留金属离子浓度最低(为0.003098 mol/L);(2)硫酸钠作为沉淀剂时,其沉淀反应过程中产生的氟硅酸盐沉淀量最高(为0.01403 mo1)；(3)硫酸钾作为沉淀剂时,其在化学沉淀过程中金属离子的利用率最高(86.2%)；(4)优化比较各沉淀剂及其沉淀物产品的市场经济效益,选择硝酸钾作为沉淀剂;(5)仅从反应时间和搅拌速度方面考虑,采用硝酸钾作为沉淀剂最合适,此时最佳反应时间为300s,最佳搅拌速度为160r/min,沉淀时间为1.73min,反应温度为20℃。本文还研究了采用简单蒸馏法和连续精馏连用的方法将含有43%硝酸的滤液精馏提纯至浓度为65%所需精馏塔的塔高、塔径及回流比等工艺参数。结果表明精馏塔中塔高为6m,塔径0.3m,回流比为0.3,蒸馏塔中塔高为0.2m,塔径为0.4m,可将用硝酸钾与废酸液中的氟硅酸根离子反应生成氟硅酸盐沉淀去除氟硅酸后的稀硝酸提纯浓缩为65%,并实现循环回用。本研究实现了硅芯腐蚀废酸液的氟和硅的去除,同时获得的高浓度的硝酸,再次用于硅芯酸洗,降低酸洗液的成本,为多晶硅行业产生的酸洗废液的利用开辟了一条新的途径,减少酸的用量和后处理系统的负荷,以及环境的污染,最终实现该行业的清洁生产目标。
【关键词】：多晶硅 硅芯腐蚀废酸液 硝酸回收 氟硅酸盐 精馏
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X781
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 主要研究内容15-16
• 1.3 技术路线16-17
• 1.4 研究创新点17-18
• 第二章 文献综述18-30
• 2.1 混酸废酸液处理的研究进展18-21
• 2.1.1 废酸中和处理18
• 2.1.2 游离酸再生处理18-20
• 2.1.3 全酸再生回收20-21
• 2.2 硅芯腐蚀废酸液处理的研究进展21-24
• 2.2.1 与其他废水混合处理21-22
• 2.2.2 预处理后与其他废水混合处理22-23
• 2.2.3 直接沉淀脱氟处理23-24
• 2.3 含氟硅酸废酸液处理的研究进展24-26
• 2.3.1 生成氟硅酸盐沉淀24
• 2.3.2 氟化物沉淀24-26
• 2.3.3 制备白炭黑26
• 2.4 稀硝酸浓缩的研究进展26-28
• 2.4.1 间硝法26-27
• 2.4.2 直硝法27
• 2.4.3 超共沸酸精馏法27-28
• 2.4.4 萃取法28
• 2.5 小结28-30
• 第三章 沉淀法去除废酸液中的氟硅酸根离子30-52
• 3.1 实验原材料及方法30-33
• 3.1.1 实验仪器与实验试剂30-31
• 3.1.2 化学沉淀反应机理31
• 3.1.3 实验方法31-32
• 3.1.4 分析测定方法32-33
• 3.2 实验结果及讨论33-48
• 3.2.1 沉淀剂用量与滤液组成的关系33-37
• 3.2.2 沉淀剂用量与沉淀量的关系37-39
• 3.2.3 沉淀剂用量与利用率的关系39-45
• 3.2.4 沉淀物的结构分析45-48
• 3.3 四种沉淀剂比较48-51
• 3.4 小结51-52
• 第四章 沉淀反应影响因素的研究52-64
• 4.1 实验原材料及方法52-53
• 4.1.1 实验仪器52
• 4.1.2 实验方法52-53
• 4.2 实验结果及讨论53-62
• 4.2.1 反应时间及搅拌速率对沉淀效果的影响53-58
• 4.2.2 反应温度对沉淀的影响58-62
• 4.3 四种沉淀剂的性能比较62-63
• 4.3.1 反应时间及搅拌速度对沉淀效果的影响62
• 4.3.2 反应温度对沉淀效果的影响62-63
• 4.4 小结63-64
• 第五章 硝酸的精馏浓缩回收工艺条件探讨64-84
• 5.1 实验原材料及方法64-65
• 5.1.1 实验试剂64
• 5.1.2 实验内容64-65
• 5.2 蒸馏实验结果及讨论65-69
• 5.3 精馏计算过程及讨论69-82
• 5.3.1 基础数据69-70
• 5.3.2 由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率70-71
• 5.3.3 全塔物料衡算71
• 5.3.4 最小回流比的计算71-74
• 5.3.5 填料塔压力降的计算74
• 5.3.6 精馏塔基础参数计算74-81
• 5.3.7 填料塔参数81-82
• 5.4 简单蒸馏计算过程及讨论82-83
• 5.5 小结83-84
• 第六章 结论与展望84-86
• 6.1 研究结论84-85
• 6.2 不足之处85
• 6.3 展望85-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-94
• 附录A94

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本文编号：982129