多(duō)晶矽行業廢氣、廢液的處理(lǐ)達标一站式解決方案

多(duō)晶矽，是單質(zhì)矽的一種形态。熔融的單質(zhì)矽在過冷條件下凝固時，矽原子以金剛石晶格形态排列成許多(duō)晶核，如這些晶核長(cháng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多(duō)晶矽。利用(yòng)價值：從目前國(guó)際太陽電(diàn)池的發展過程可(kě)以看出其發展趨勢為(wèi)單晶矽、多(duō)晶矽、帶狀矽、薄膜材料（包括微晶矽基薄膜、化合物(wù)基薄膜及染料薄膜）。



近年多(duō)晶矽太陽能(néng)電(diàn)池産(chǎn)業得到蓬勃發展，作(zuò)為(wèi)太陽能(néng)電(diàn)池産(chǎn)業的上遊——多(duō)晶矽産(chǎn)業發展迅猛，現國(guó)内多(duō)晶矽生産(chǎn)企業已達到50多(duō)家。
 
随着多(duō)晶矽産(chǎn)業的發展，多(duō)晶矽生産(chǎn)對環境造成的影響越來越受到關注。


多(duō)晶矽的生産(chǎn)技(jì )術主要為(wèi)改良西門子法和矽烷法。西門子法通過氣相沉積的方式生産(chǎn)柱狀多(duō)晶矽，為(wèi)了提高原料利用(yòng)率和環境友好，在前者的基礎上采用(yòng)了閉環式生産(chǎn)工(gōng)藝即改良西門子法。該工(gōng)藝将工(gōng)業矽粉與HCl反應，加工(gōng)成SiHCl3 ，再讓SiHCl3在H2氣氛的還原爐中(zhōng)還原沉積得到多(duō)晶矽。還原爐排出的尾氣H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl經過分(fēn)離後再循環利用(yòng)。矽烷法是将矽烷通入以多(duō)晶矽晶種作(zuò)為(wèi)流化顆粒的流化床中(zhōng)，使矽烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多(duō)晶矽。改良西門子法和矽烷法主要生産(chǎn)電(diàn)子級晶體(tǐ)矽，也可(kě)以生産(chǎn)太陽能(néng)級多(duō)晶矽。


如何安(ān)全有(yǒu)效地處理(lǐ)這些廢氣廢液，滿足環保、循環經濟、節能(néng)、降耗等方面要求，較好地解決多(duō)晶矽生産(chǎn)過程中(zhōng)的環境污染和能(néng)耗問題，已成為(wèi)關系到多(duō)晶矽産(chǎn)業能(néng)否健康發展的大問題。在多(duō)晶矽項目的設計和生産(chǎn)中(zhōng)，應采取先進工(gōng)藝技(jì )術，徹底有(yǒu)效地對廢氣廢液進行處理(lǐ)，從而減少對環境的危害，這對确保多(duō)晶矽産(chǎn)業的健康發展具(jù)有(yǒu)現實和長(cháng)遠(yuǎn)的意義。
 
1 改良西門子生産(chǎn)工(gōng)藝及廢氣傳統處理(lǐ)方式
 
1．1 改良西門子生産(chǎn)工(gōng)藝
 
目前多(duō)晶矽生産(chǎn)大都采用(yòng)改良西門子法，西門子法是以HCl(或Cl2、H2 )和冶金級工(gōng)業矽為(wèi)原料，将粗矽粉與HCl在高溫下合成為(wèi)SiHCl3 (TCS)，然後對SiHCl3進行化學(xué)精(jīng)制提純，接着對SiHCl3進行多(duō)級精(jīng)餾，使其質(zhì)量分(fēn)數達到99．999 9％(6個9)以上，最後在還原爐中(zhōng)1050°C的矽芯上用(yòng)超高純的H2對SiHCl3進行還原而生成高純多(duō)晶矽棒。
 
改良西門子工(gōng)藝過程實際上是一種提純過程，金屬矽先轉化成SiHCl3。，再用(yòng)H進行一次性還原，這個過程中(zhōng)約有(yǒu)25％的SiHCl3轉化為(wèi)多(duō)晶矽，其餘大量進入尾氣，其中(zhōng)還包括SiCl4 (STC)、SiH2 Cl2(DCS)、H2：、HCl等。即使采用(yòng)先進的回收工(gōng)藝，實現整個生産(chǎn)流程的閉環運行，反應過程中(zhōng)還是有(yǒu)一定量的副産(chǎn)氯矽烷排人到廢氣中(zhōng)。特别是對于國(guó)内多(duō)數多(duō)晶矽企業，由于生産(chǎn)技(jì )術相對落後，沒有(yǒu)完全實現整個生産(chǎn)流程的閉環運行，會有(yǒu)大量的氯矽烷、氫氣、氯化氫等危險有(yǒu)毒物(wù)質(zhì)進入廢氣中(zhōng)。如何徹底有(yǒu)效地處理(lǐ)這些易燃、易爆、有(yǒu)毒、有(yǒu)害氣體(tǐ)是制約多(duō)晶矽産(chǎn)業健康發展的難題。
 
1．2 傳統廢氣處理(lǐ)工(gōng)藝
 
多(duō)晶矽生産(chǎn)過程中(zhōng)産(chǎn)生的廢氣、廢液，其主要成分(fēn)為(wèi)SiCl4、SiHCl3、SiH­2Cl­2、HC1、H2、N2及少量的金屬氯化物(wù)。目前國(guó)内多(duō)晶矽廠幾乎全都采用(yòng)堿液淋洗工(gōng)藝，主要是因為(wèi)其投資較少，工(gōng)藝流程簡單。工(gōng)藝大緻為(wèi)：多(duō)晶矽生産(chǎn)中(zhōng)廢氣、廢液直接進入堿液(NaOH或CaO溶液)淋洗塔，生成NaCl、CaCl2、SiO2(粉)、Na2SiO3等，然後送至後續的廢水處理(lǐ)單元，進行進一步脫鹽和固體(tǐ)廢物(wù)處理(lǐ)；出淋洗塔的尾氣(含H2、其他(tā)惰性氣體(tǐ))排空。
 
采用(yòng)堿液淋洗工(gōng)藝有(yǒu)以下不足之處：
 
(1)安(ān)全性不高。廢氣中(zhōng)含有(yǒu)大量的氫氣，傳統的淋洗工(gōng)藝并不能(néng)處理(lǐ)氫氣，大量的氫氣一直伴随在淋洗工(gōng)藝中(zhōng)，并且淋洗中(zhōng)堿液與氯矽烷反應也要産(chǎn)生氫氣，并伴随放出一定的熱量，這就帶來很(hěn)大的安(ān)全隐患。
 
(2)大量氯離子排放。水洗水解本質(zhì)上沒有(yǒu)進行無害化處理(lǐ)，無論所得是氯化鈉還是氯化鈣的溶液，都是含有(yǒu)大量氯根的鹽水，不符合環保标準，若直接排放，會危害到整個自然資源。
 
(3)資源浪費。在整個水洗水解工(gōng)藝中(zhōng)有(yǒu)兩塊資源可(kě)以利用(yòng)，其一是二氧化矽，是一種現在很(hěn)多(duō)合成材料中(zhōng)的添加劑，為(wèi)市場供應緊缺貨；其二是氯化氫，水洗水解是采用(yòng)直接中(zhōng)和排放，不僅造成氯根對自然環境的污染，而且造成資源浪費；若通過分(fēn)離後回收氯化氫，不僅可(kě)以作(zuò)為(wèi)廢鹽酸外售，而且在太陽能(néng)級多(duō)晶矽生産(chǎn)上利用(yòng)氯化氫回收工(gōng)藝可(kě)達到循環生産(chǎn)、資源化利用(yòng)的目的。
 
2 廢氣焚燒工(gōng)藝探讨
 
現國(guó)内多(duō)數多(duō)晶矽生産(chǎn)廠廢氣和廢液一般通過堿液淋洗進行處理(lǐ)，這樣會産(chǎn)生大量的高鹽廢水，不僅對環境有(yǒu)污染，還造成大量的資源浪費。而采用(yòng)焚燒工(gōng)藝處理(lǐ)廢氣及廢液，就可(kě)以變廢為(wèi)寶，節能(néng)降耗。采用(yòng)焚燒工(gōng)藝可(kě)回收二氧化矽和鹽酸，餘熱還可(kě)副産(chǎn)蒸汽用(yòng)于廢水的蒸發結晶，既實現了廢水的零排放，又(yòu)可(kě)以回收NaCl、CaCl：等鹽類作(zuò)副産(chǎn)品出售，最後少量的廢氣經處理(lǐ)後達标排放，這樣一方面減少環境污染，另一方面做到節能(néng)減排，增加經濟效益。
 
2．1 廢氣焚燒工(gōng)藝及原理(lǐ)
 
采用(yòng)焚燒工(gōng)藝處理(lǐ)含氯廢氣已經在化工(gōng)行業中(zhōng)得到廣泛應用(yòng)，焚燒處理(lǐ)能(néng)最大限度地減容、減量并消除廢物(wù)對地下水、大氣和土壤的污染，而且廢物(wù)焚燒産(chǎn)生的熱能(néng)還可(kě)用(yòng)于熱能(néng)回收，含氯廢氣焚燒可(kě)對其産(chǎn)生的氯化氫進行回收，實現變廢為(wèi)寶。焚燒處理(lǐ)技(jì )術已在發達國(guó)家廣泛應用(yòng)，如美國(guó)已建成200多(duō)套焚燒裝(zhuāng)置，其焚燒處理(lǐ)的有(yǒu)害廢棄物(wù)占廢棄物(wù)總量的23．6％；日本、德(dé)國(guó)、法國(guó)、荷蘭和韓國(guó)等焚燒處理(lǐ)廢棄物(wù)的量也在本國(guó)廢棄物(wù)處理(lǐ)總量中(zhōng)占有(yǒu)相當大的比例。
 
廢氣、廢液焚燒的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是将有(yǒu)機廢水霧化、廢氣噴入焚燒爐，通人供給氧氣(空氣)和助燃燃料後點火燃燒，完成廢棄物(wù)的氧化熱解處理(lǐ)。在多(duō)晶矽廢氣、廢液處理(lǐ)中(zhōng)，采用(yòng)高溫焚燒将廢氣、廢液轉化為(wèi)HCl、SiO2、CO2及水蒸汽等産(chǎn)物(wù)，再通過對焚燒産(chǎn)物(wù)的深度處理(lǐ)和物(wù)料收集，實現無害化、資源化處理(lǐ)。
 
2．2 廢氣焚燒處理(lǐ)工(gōng)藝流程
 
焚燒工(gōng)藝是較為(wèi)先進的廢氣處理(lǐ)工(gōng)藝，環保性和安(ān)全性都比較高，可(kě)做到對廢氣、廢液徹底有(yǒu)效的治理(lǐ)。其工(gōng)藝流程為(wèi)：焚燒一餘熱回收一二氧化矽回收一急冷一鹽酸回收一淋洗塔一排放。


多(duō)晶矽生産(chǎn)裝(zhuāng)置中(zhōng)産(chǎn)生的廢氣、廢液通過緩沖罐緩沖後，進入焚燒爐進行高溫氧化反應，把氯矽烷徹底有(yǒu)效地分(fēn)解，生成SiO2、HCl等，出焚燒爐的高溫煙氣含有(yǒu)大量的熱量，進入餘熱鍋爐進行降溫并回收煙氣中(zhōng)的餘熱，利用(yòng)煙氣的餘熱間接加熱脫鹽水，使其變成蒸汽回用(yòng)；煙氣經餘熱鍋爐降溫後進入過濾器進行氣固分(fēn)離，去除煙氣中(zhōng)的SiO2粉塵；除塵後的煙氣進入急冷塔，通過水的噴淋降低煙氣溫度，噴淋降溫塔出來的鹽酸經過石墨換熱器與冷卻水換熱冷卻後進人噴淋裝(zhuāng)置繼續對煙氣進行降溫，除塵降溫後的煙氣進入鹽酸回收裝(zhuāng)置回收鹽酸，剩餘煙氣中(zhōng)少量的Cl2和HCl通過堿液淋洗塔淋洗，後經氣水分(fēn)離器将處理(lǐ)後的煙氣通過引風機進入煙囪排放。