多晶矽行業廢氣、廢液的處理達标一(yī)站式解決方案

多晶矽，是單質矽的一(yī)種形态。熔融的單質矽在過冷條件下(xià)凝固時，矽原子以金剛石晶格形态排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶矽。利用價值：從目前國際太陽電(diàn)池的發展過程可以看出其發展趨勢爲單晶矽、多晶矽、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）。



近年多晶矽太陽能電(diàn)池産業得到蓬勃發展，作爲太陽能電(diàn)池産業的上遊——多晶矽産業發展迅猛，現國内多晶矽生(shēng)産企業已達到50多家。
 
随着多晶矽産業的發展，多晶矽生(shēng)産對環境造成的影響越來越受到關注。


多晶矽的生(shēng)産技術主要爲改良西門子法和矽烷法。西門子法通過氣相沉積的方式生(shēng)産柱狀多晶矽，爲了提高原料利用率和環境友好，在前者的基礎上采用了閉環式生(shēng)産工(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)還原沉積得到多晶矽。還原爐排出的尾氣H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl經過分(fēn)離(lí)後再循環利用。矽烷法是将矽烷通入以多晶矽晶種作爲流化顆粒的流化床中(zhōng)，使矽烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶矽。改良西門子法和矽烷法主要生(shēng)産電(diàn)子級晶體(tǐ)矽，也可以生(shēng)産太陽能級多晶矽。


如何安全有效地處理這些廢氣廢液，滿足環保、循環經濟、節能、降耗等方面要求，較好地解決多晶矽生(shēng)産過程中(zhōng)的環境污染和能耗問題，已成爲關系到多晶矽産業能否健康發展的大(dà)問題。在多晶矽項目的設計和生(shēng)産中(zhōng)，應采取先進工(gōng)藝技術，徹底有效地對廢氣廢液進行處理，從而減少對環境的危害，這對确保多晶矽産業的健康發展具有現實和長遠的意義。
 
1 改良西門子生(shēng)産工(gōng)藝及廢氣傳統處理方式
 
1．1 改良西門子生(shēng)産工(gōng)藝
 
目前多晶矽生(shēng)産大(dà)都采用改良西門子法，西門子法是以HCl(或Cl2、H2 )和冶金級工(gōng)業矽爲原料，将粗矽粉與HCl在高溫下(xià)合成爲SiHCl3 (TCS)，然後對SiHCl3進行化學精制提純，接着對SiHCl3進行多級精餾，使其質量分(fēn)數達到99．999 9％(6個9)以上，最後在還原爐中(zhōng)1050°C的矽芯上用超高純的H2對SiHCl3進行還原而生(shēng)成高純多晶矽棒。
 
改良西門子工(gōng)藝過程實際上是一(yī)種提純過程，金屬矽先轉化成SiHCl3。，再用H進行一(yī)次性還原，這個過程中(zhōng)約有25％的SiHCl3轉化爲多晶矽，其餘大(dà)量進入尾氣，其中(zhōng)還包括SiCl4 (STC)、SiH2 Cl2(DCS)、H2：、HCl等。即使采用先進的回收工(gōng)藝，實現整個生(shēng)産流程的閉環運行，反應過程中(zhōng)還是有一(yī)定量的副産氯矽烷排人到廢氣中(zhōng)。特别是對于國内多數多晶矽企業，由于生(shēng)産技術相對落後，沒有完全實現整個生(shēng)産流程的閉環運行，會有大(dà)量的氯矽烷、氫氣、氯化氫等危險有毒物(wù)質進入廢氣中(zhōng)。如何徹底有效地處理這些易燃、易爆、有毒、有害氣體(tǐ)是制約多晶矽産業健康發展的難題。
 
1．2 傳統廢氣處理工(gōng)藝
 
多晶矽生(shēng)産過程中(zhōng)産生(shēng)的廢氣、廢液，其主要成分(fēn)爲SiCl4、SiHCl3、SiH­2Cl­2、HC1、H2、N2及少量的金屬氯化物(wù)。目前國内多晶矽廠幾乎全都采用堿液淋洗工(gōng)藝，主要是因爲其投資(zī)較少，工(gōng)藝流程簡單。工(gōng)藝大(dà)緻爲：多晶矽生(shēng)産中(zhōng)廢氣、廢液直接進入堿液(NaOH或CaO溶液)淋洗塔，生(shēng)成NaCl、CaCl2、SiO2(粉)、Na2SiO3等，然後送至後續的廢水處理單元，進行進一(yī)步脫鹽和固體(tǐ)廢物(wù)處理；出淋洗塔的尾氣(含H2、其他惰性氣體(tǐ))排空。
 
采用堿液淋洗工(gōng)藝有以下(xià)不足之處：
 
(1)安全性不高。廢氣中(zhōng)含有大(dà)量的氫氣，傳統的淋洗工(gōng)藝并不能處理氫氣，大(dà)量的氫氣一(yī)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生(shēng)氫氣，并伴随放(fàng)出一(yī)定的熱量，這就帶來很大(dà)的安全隐患。
 
(2)大(dà)量氯離(lí)子排放(fàng)。水洗水解本質上沒有進行無害化處理，無論所得是氯化鈉還是氯化鈣的溶液，都是含有大(dà)量氯根的鹽水，不符合環保标準，若直接排放(fàng)，會危害到整個自然資(zī)源。
 
(3)資(zī)源浪費(fèi)。在整個水洗水解工(gōng)藝中(zhōng)有兩塊資(zī)源可以利用，其一(yī)是二氧化矽，是一(yī)種現在很多合成材料中(zhōng)的添加劑，爲市場供應緊缺貨；其二是氯化氫，水洗水解是采用直接中(zhōng)和排放(fàng)，不僅造成氯根對自然環境的污染，而且造成資(zī)源浪費(fèi)；若通過分(fēn)離(lí)後回收氯化氫，不僅可以作爲廢鹽酸外(wài)售，而且在太陽能級多晶矽生(shēng)産上利用氯化氫回收工(gōng)藝可達到循環生(shēng)産、資(zī)源化利用的目的。
 
2 廢氣焚燒工(gōng)藝探讨
 
現國内多數多晶矽生(shēng)産廠廢氣和廢液一(yī)般通過堿液淋洗進行處理，這樣會産生(shēng)大(dà)量的高鹽廢水，不僅對環境有污染，還造成大(dà)量的資(zī)源浪費(fèi)。而采用焚燒工(gōng)藝處理廢氣及廢液，就可以變廢爲寶，節能降耗。采用焚燒工(gōng)藝可回收二氧化矽和鹽酸，餘熱還可副産蒸汽用于廢水的蒸發結晶，既實現了廢水的零排放(fàng)，又(yòu)可以回收NaCl、CaCl：等鹽類作副産品出售，最後少量的廢氣經處理後達标排放(fàng)，這樣一(yī)方面減少環境污染，另一(yī)方面做到節能減排，增加經濟效益。
 
2．1 廢氣焚燒工(gōng)藝及原理
 
采用焚燒工(gōng)藝處理含氯廢氣已經在化工(gōng)行業中(zhōng)得到廣泛應用，焚燒處理能最大(dà)限度地減容、減量并消除廢物(wù)對地下(xià)水、大(dà)氣和土壤的污染，而且廢物(wù)焚燒産生(shēng)的熱能還可用于熱能回收，含氯廢氣焚燒可對其産生(shēng)的氯化氫進行回收，實現變廢爲寶。焚燒處理技術已在發達國家廣泛應用，如美國已建成200多套焚燒裝置，其焚燒處理的有害廢棄物(wù)占廢棄物(wù)總量的23．6％；日本、德國、法國、荷蘭和韓國等焚燒處理廢棄物(wù)的量也在本國廢棄物(wù)處理總量中(zhōng)占有相當大(dà)的比例。
 
廢氣、廢液焚燒的工(gōng)作原理是将有機廢水霧化、廢氣噴入焚燒爐，通人供給氧氣(空氣)和助燃燃料後點火(huǒ)燃燒，完成廢棄物(wù)的氧化熱解處理。在多晶矽廢氣、廢液處理中(zhōng)，采用高溫焚燒将廢氣、廢液轉化爲HCl、SiO2、CO2及水蒸汽等産物(wù)，再通過對焚燒産物(wù)的深度處理和物(wù)料收集，實現無害化、資(zī)源化處理。
 
2．2 廢氣焚燒處理工(gōng)藝流程
 
焚燒工(gōng)藝是較爲先進的廢氣處理工(gōng)藝，環保性和安全性都比較高，可做到對廢氣、廢液徹底有效的治理。其工(gōng)藝流程爲：焚燒一(yī)餘熱回收一(yī)二氧化矽回收一(yī)急冷一(yī)鹽酸回收一(yī)淋洗塔一(yī)排放(fàng)。


多晶矽生(shēng)産裝置中(zhōng)産生(shēng)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，把氯矽烷徹底有效地分(fēn)解，生(shēng)成SiO2、HCl等，出焚燒爐的高溫煙氣含有大(dà)量的熱量，進入餘熱鍋爐進行降溫并回收煙氣中(zhōng)的餘熱，利用煙氣的餘熱間接加熱脫鹽水，使其變成蒸汽回用；煙氣經餘熱鍋爐降溫後進入過濾器進行氣固分(fēn)離(lí)，去(qù)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(lí)器将處理後的煙氣通過引風機進入煙囪排放(fàng)。