廢砂漿在線回收設(shè)備與工作原理研究

劉 坤，王明娣

LIU Kun, WANG Ming-di

（蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，蘇州 215021）

0 引言

在光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，硅片切割是光伏電池生產(chǎn)中一個(gè)十分重要的工序，而對(duì)于硅片生產(chǎn)商而言，SIC砂和PEG是最重要的輔料，在切割加工成本消耗中占據(jù)主要位置。砂漿是太陽(yáng)能硅片切割中通用的一種說(shuō)法，主要由聚乙二醇（PEG）與碳化硅（SIC）微粉混合攪拌而成。在硅片切割領(lǐng)域，最直接降低生產(chǎn)成本的措施就是對(duì)切割后的廢砂漿進(jìn)行回收利用。目前主流的處理方法是采用離線回收技術(shù)，即切片后的廢砂漿交給回收處理的工廠進(jìn)行處理，分離出砂和液重新處理后，返回切片廠重新攪拌調(diào)和后進(jìn)行使用。由于離線回收需要將大量廢砂漿運(yùn)輸至回收工廠，增加了物流成本和管理費(fèi)用，同時(shí)由于環(huán)保的壓力以及國(guó)家政策的限制，成本比較高，而且處理過(guò)程中對(duì)環(huán)境有污染。在切片廠內(nèi)采用砂漿在線回收技術(shù)，降低材料損耗、提高磨粒SIC的利用率，已成為硅片切割企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益最迫切的要求。

1 砂漿在線回收的工作原理

砂漿在經(jīng)過(guò)硅片切割以后，會(huì)有一些SIC被磨碎變小，同時(shí)由于切割硅片產(chǎn)生的硅粉也混在砂漿里，需要將此部分物質(zhì)進(jìn)行剔除才能重新使用。在線回收工藝就是將廢砂漿經(jīng)在線回收設(shè)備處理，將可重復(fù)使用的碳化硅顆粒和切割液回收再利用，主要通過(guò)離心分離手段先固液分離,然后再分離出小顆粒雜質(zhì)（硅粉與小顆粒的SIC），最后將大顆粒SIC和回收液混合，摻入部分新砂新液，供生產(chǎn)切割使用，達(dá)到回收利用的目的。

砂漿在線回收設(shè)備在進(jìn)行不同物質(zhì)分離的時(shí)候，使用的主要設(shè)備構(gòu)件為離心機(jī)與壓濾機(jī)。

在線回收的主要優(yōu)點(diǎn)有：自動(dòng)化程度較高，人工需求較少，不污染環(huán)境，流程短，成本低，目前在光伏硅片切割行業(yè)開(kāi)始應(yīng)用，已經(jīng)成為硅片切割行業(yè)降本的一大手段。

2 砂漿在線回收主要設(shè)備與使用說(shuō)明

2.1 臥式離心機(jī)

砂漿在線回收裝置在進(jìn)行不同物質(zhì)分離的時(shí)候，使用的為臥式離心機(jī)，采用兩段離心分離方式，一次一套在線回收裝置需要2臺(tái)離心機(jī)。離心機(jī)使可用的SIC與PEG與切粉分離，物料由進(jìn)料管連續(xù)引入螺旋內(nèi)筒，加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，利用液固比重差，在離心力場(chǎng)作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。

圖1 臥式離心機(jī)工作示意圖

2.2 壓濾機(jī)

壓濾機(jī)的工作原理是利用壓力泵，將需要處理的物質(zhì)壓入相鄰兩濾板形成的密閉濾室中，使濾布兩邊形成壓力差，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。

壓濾機(jī)一般由頭板、尾板、濾板、液壓缸、主梁、傳動(dòng)及拉開(kāi)裝置等部分組成。液壓缸活塞推動(dòng)頭板，使濾板壓緊相鄰的濾板形成濾室；由砂漿泵將砂漿送入濾室，水透過(guò)濾布經(jīng)排液口排出，固體砂漿在濾室形成濾餅。當(dāng)砂漿充滿濾室后，用高壓泵繼續(xù)對(duì)砂漿進(jìn)行加壓過(guò)濾，使固體與液體在濾室內(nèi)分離。

圖2 壓濾機(jī)工作示意圖

3 砂漿在線回收的實(shí)例說(shuō)明

以1500#的SIC砂漿為例，切割完畢產(chǎn)生的D50為5μm以下的基本為硅片切粉與不能重復(fù)使用的SIC棄粉，這部分雜質(zhì)需要在處理的時(shí)候剔除掉，分離粒度示意圖如圖3所示。

圖3 分離粒度示意圖

砂漿在線回收處理設(shè)備在進(jìn)行處理的時(shí)候，主要流程為：新砂漿在切片機(jī)上切割硅片后產(chǎn)生的廢舊砂漿，經(jīng)過(guò)砂漿在線回收設(shè)備中的離心機(jī)的一次分離，分離出粗粉（主要成分為SIC砂，可以回收使用）和一次分離液相（主要成分為PEG和硅粉），其中一次分離產(chǎn)生的固相D50大于5μm的主要為可以回收使用的SIC砂，此部分會(huì)進(jìn)入到調(diào)制攪拌桶內(nèi)，待重新利用。一次液相含有小于5μm的雜質(zhì)SIC砂與硅片切割后遺漏的硅粉與其他雜質(zhì)物體，不能直接使用，通過(guò)離心機(jī)的與壓濾機(jī)的二次分離，產(chǎn)生二次固相與二次液相，二次固相主要為硅片切割后遺漏的硅粉與其他雜質(zhì)物體，此部分直接作為廢棄物處理。二次液相主要為可以回收使用的PEG回收液，進(jìn)入調(diào)制攪拌桶內(nèi)，加入20%左右的新SIC砂與PEG液體，與一次分離的固相攪拌均勻后成為再生砂漿，可以重新投入使用。

4 砂漿回收過(guò)程中的粒度分布分析實(shí)例

為了準(zhǔn)確的測(cè)定砂漿在線回收設(shè)置的組分粒度，需要使用激光粒度分析儀進(jìn)行粒度的分布測(cè)量。新的1200#碳化硅SIC微粉的D50一般為10.5μm～10.6μm左右，切割后的廢砂漿含有硅粉與其他雜質(zhì)，液相和固相的粒度分布圖和具體如圖5所示。

圖4 砂漿在線回收流程示意圖

圖5 分離前原液（1200#）的粒度分布圖

一次分離液相主要含有硅粉與其他雜質(zhì)，粒度分布的D50為2.36μm左右，如圖6所示。

圖6 一次分離液相的粒度分布圖

一次分離固相主要為可以回收使用的SIC粉，D50在10.56μm，如圖7所示。

圖7 一次分離固相的粒度分布圖

二次分離液相主要為可以回收利用的PEG，含有微量的1.0μm左右的顆粒，同時(shí)占有比例約為0.2%左右，不影響重新回收使用，如圖8所示。

二次分離固相主要為硅粉與其他雜質(zhì)，D50為4.32μm，比例達(dá)98%以上，作為廢棄物進(jìn)行處理，如圖9所示。

圖8 二次分離液相的粒度分布圖

圖9 二次分離固相的粒度分布圖

分析砂漿在線回收設(shè)備處理廢砂漿各個(gè)階段的顆粒分布情況，可以確?；厥找号c回收砂的質(zhì)量，確保重新配置的砂漿參數(shù)在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

砂漿在線回收設(shè)備目前已經(jīng)開(kāi)始在光伏行業(yè)硅片切割中逐步開(kāi)始規(guī)模投入使用，使用廢砂漿在線回收設(shè)備，不但可減掉新砂漿配料車間，減少?gòu)U液堆積，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且節(jié)能降耗，減少環(huán)境污染，降低工人職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。因此，值得在光伏行業(yè)進(jìn)行規(guī)模推廣。

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