CN107459417B - 一种利用单晶硅太阳能电池制绒废液制备液体硅肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境保护、资源再生技术领域，涉及了一种利用单晶硅太阳能电池制绒阶段所产废液来制备液体硅肥的方法。制备方法为：1)将制绒废液浓缩除杂；2)浓缩液冷却之前，加入切割硅粉，搅拌、过滤；3)在滤液中加入氨基黄腐酸，调节溶液的pH值至7～8之间，即得到液体硅肥，是单晶硅太阳能电池生产过程中制绒阶段所产废液、切割硅粉、氨基黄腐酸，建立酸碱平衡后的复合液态肥料。本发明有效地解决了当前光伏行业尤其是单晶硅电池生产厂家所产制绒废液的环保处置问题。不仅节约了企业在处理该类废液上的成本，还以制绒废液为原料，制备了含有“可溶性硅”的和有机腐殖质的液体复合肥，实现了资源的再生，符合循环经济的特征。

Description

一种利用单晶硅太阳能电池制绒废液制备液体硅肥的方法

技术领域

本发明属于环境保护、资源再生技术领域，涉及一种液体硅肥的制备方法，尤其涉及一种利用单晶硅太阳能电池生产过程中所产制绒废液制备液体硅肥的方法。

背景技术

硅元素是地壳中第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4％，仅次于第一位的氧。硅肥则被国际土壤界列为继氮、磷、钾之后的第四大元素肥料。硅肥既可作肥料，提供养分，又可用作土壤调理剂，改良土壤。此外，硅肥能提高作物对病虫害的抵抗力，减少各种病虫害的发生，作物吸收硅后，可在植物体内形成硅化细胞，使茎叶表层细胞壁加厚，角质层增加，形成一个坚固的保护层，使昆虫不易咬动，病菌难以入侵。硅的存在还可以促进植物对其他营养成分的吸收，增强植物光合作用，达到进一步提高作物产量的作用。目前，市场上的硅肥主要是以炼钢厂的废钢渣、粉煤灰、矿石经高温煅烧工艺形成的“枸溶性”硅肥，其可溶性硅含量极低，肥效很差。而市场上的“水溶性”硅肥主要是高温化学合成，生产工艺较复杂，成本较高。因此，如何提高硅肥的有效性和经济性一直是制约硅肥发展的瓶颈。

中国发明专利说明书公布了一件授权专利“一种液体硅肥及其生产工艺”，专利号为“ZL200810238522.X”是由工业原料硅酸钾或硅酸钠配合其他辅料制得。在生产时通过添加生化黄腐酸、螯合剂、微量元素、尿素等辅料混合制得液体硅肥。其主要作用成分“可溶性硅”和其他辅料均是直接购买所得，从成本上讲，不具备竞争力。

另一方面，随着能源结构的变化，以晶体硅太阳能电池为代表的光伏行业得到了飞速的发展。而单、多晶硅电池制绒是制备晶体硅太阳能电池的重要环节之一，在这一过程中所产生的制绒废液是需要进行污水处理的工业废水，平均每家企业年产废水500～2000吨。目前行业内主要的处理措施是通过大量加水稀释以达到环保排放标准。今后，随着环保措施的不断完善，需要配备专业的环保装置来进行处理或直接交给相关处置企业付费处理。这样不仅造成了资源的浪费，同时还增加了晶体硅电池的生产成本。因此，如何有效地回收利用制绒废液已成为整个晶体硅电池生产行业亟待解决的难题。

由于在单晶硅和多晶硅制绒阶段所采用的方法不同，因此其所产的废液成分不同，处理的方法也不同。目前，单晶硅主要采用的是湿式碱法制绒，而多晶硅主要采用的是湿式酸法制绒。对于单晶硅制绒，由于其使用的制绒液主要成分以强碱(氢氧化钠、氢氧化钾)和活性剂(乙醇、异丙醇)为主，因此其制绒产生的废液中成分主要是硅酸盐(硅酸钠、硅酸钾)和剩余的碱(氢氧化钠、氢氧化钾)，还有少量的活性剂。因此，如能充分利用废液中的有效成分，制备具有较高附加值的再生产品，将节约企业的污染治理费用并降低硅片的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于解决单晶硅太阳能电池制绒工段所产废液的处置问题，研制与开发一种能够被植物高效吸收的液体硅肥及其制备方法，以将原本需要付费处置的工业废水转化为具有较高附加值的农业用液态硅肥，实现资源再生的目的。单晶硅太阳能电池制绒废液在制绒完成后属于工业废水，目前国内整个行业都没有行之有效的处理方法，大多是通过大量加水来稀释废液，以达到排放标准。这样不仅造成了严重的环境隐患，还浪费了废液中有效的资源和大量的清洁水资源。我们所提供的技术使单晶硅电池的制绒废液得到了充分利用，不仅解决了工业废水的排污问题，而且做到了资源的循环利用，同时创造了一定的经济效益，具有十分良好的经济价值和社会意义。

本发明是为了解决当前技术不足所提供的一种利用单晶硅太阳能电池制绒过程所产废液的技术，依次包括以下步骤：a)对制绒废液进行浓缩蒸发；b)在浓缩液中加入切割硅粉；c)在滤液中加入氨基黄腐酸进行中和，具体步骤为：

(1)将制绒废液加入反应釜中进行浓缩蒸发，温度保持在90～100℃，浓缩至20％后停止加热；

(2)利用步骤(1)所得浓缩液的余热，在浓缩液中加入切割硅粉，充分反应后冷却过滤，滤液静置备用；

(3)在滤液中加入氨基黄腐酸并充分搅拌，直至pH值保持在7～8之间，过滤后即得到液体硅肥。

步骤(1)中，所述制绒废液来自于单晶硅太阳能电池生产过程中硅片湿法制绒工段所产生的废液，其中，硅酸钠/钾含量≥5％，氢氧化钠/钾含量≥2％，乙醇、异丙醇等活性剂含量≤0.5％。

步骤(2)中，所述切割硅粉是单、多晶硅金刚线切割产生的硅粉。

步骤(2)中，浓缩液和切割硅粉的质量比20:1。

步骤(3)中，所述氨基黄腐酸是粘稠液态产品，含固量≥60％、pH值4～5，水不溶物≤1％。

步骤(3)中，滤液和氨基黄腐酸的质量比10:1。

所制得的液体硅肥，主要成分为硅酸盐，辅助成分为腐殖酸盐，按重量配比：硅酸盐25～30％，腐殖酸盐1～2％，余量为水。

所述硅酸盐为硅酸钾或硅酸钠，腐殖酸盐为腐殖酸钾或腐殖酸钠。

本发明的特点在于：

1、将单晶硅太阳能电池制绒废液作为液体硅肥的“硅”源，既获得了免费的“硅”源，又能让本已是工业废水的制绒废液变废为宝，资源再生。

2、在去除废液中的碱性物质时，根据单质硅和碱能够反应的特点，利用浓缩液的余热提供反应温度，而单质硅选用的切割硅粉为硅片生产过程中的废料，成本较低。同时，由于只引入了单质硅，因此整个体系中只增加了“硅”源而没有杂质的引入。

3、利用氨基黄腐酸对反应后的混合溶液进行中和，既能降低pH值至正常范围，又能使硅肥原料中引入腐殖质，形成硅-有机复合肥，进一步提高其肥效。

本发明的液体硅肥及其制备方法，针对现有单晶硅太阳能电池制绒产生的废液处置难题和现有农业用硅肥的吸收率低、成本高的问题，利用资源再生、综合利用的思维，以简单的化学反应，将单晶硅太阳能电池制绒废液转化为富含“可溶性硅”的液体硅肥，为开发利用半导体行业中的工业废弃物开辟了新方向。

附图说明

图1：为本发明单晶硅太阳能电池制绒废液制液体硅肥的工艺方法流程图。

具体实施方式

以下按照附图1的流程，给出本发明的具体实施方式。通过实例对本发明的实施作进一步的说明。

实施例1

一种液体硅肥，其原料是单晶硅太阳能电池制绒废液、切割硅粉、氨基黄腐酸，通过化学反应，形成以“硅酸钾”为主要成分，腐殖酸钾为辅助成分的硅肥原料。按照重量配比：硅酸钾25～30％，腐殖酸钾1～2％，余量为水。

参考图1，本实施例的一种利用单晶硅太阳能电池制绒废液制备液体硅肥的方法，包括如下步骤：

1、量取制绒废液500升，加入反应釜中进行浓缩，浓缩温度90～100℃，浓缩时间为2小时，加热至废液体积减至100升；

2、在浓缩液温度冷却之前，向反应釜中加入2.5公斤切割硅粉，充分搅拌，待反应完全后过滤，滤液静置；

3、在滤液中加入0.8公斤氨基黄腐酸，调节pH值至8，过滤掉不溶物，即得到硅酸钾含量29％，腐殖酸钾1.2％，其余为水的产品，即为本发明的100升液体硅肥。

实施例2

一种液体硅肥，其原料是单晶硅太阳能电池制绒废液、切割硅粉、氨基黄腐酸。其中制绒废液的主要成分是硅酸钠和氢氧化钠。

参考图1，本实施例的步骤如下：

1、量取制绒废液500升，加入反应釜中，加热浓缩，温度保持在90～100℃，时间为2小时，加热至废液体积减至100升；

2、在浓缩液温度冷却之前，向反应釜中加入3.5公斤切割硅粉，充分搅拌，待反应完全后过滤，滤液静置；

3、在滤液中加入1.5公斤氨基黄腐酸，调节pH值至7，过滤掉不溶物，得到硅酸钠含量28.3％，腐殖酸钠1.8％，其余为水的产品，即为本发明的100公斤液体硅肥。

Claims (6)

1.一种液体硅肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将制绒废液加入反应釜中进行浓缩蒸发，温度保持在90~100℃，浓缩至20%后停止加热；

（2）利用步骤（1）所得浓缩液的余热，在浓缩液中加入切割硅粉，充分反应后冷却过滤，滤液静置备用；

（3）在滤液中加入氨基黄腐酸并充分搅拌，直至pH值保持在7~8之间，过滤后即得到液体硅肥。

2.根据权利要求1所述的液体硅肥的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述制绒废液来自于单晶硅太阳能电池生产过程中硅片湿法制绒工段所产生的废液，其中，硅酸钠/钾含量≥5%，氢氧化钠/钾含量≥2%，乙醇、异丙醇活性剂含量≤0.5%。

3.根据权利要求1所述的液体硅肥的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述切割硅粉是单、多晶硅金刚线切割产生的硅粉。

4.根据权利要求1所述的液体硅肥的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，浓缩液和切割硅粉的质量比20:1。

5.根据权利要求1所述的液体硅肥的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述氨基黄腐酸是粘稠液态产品，含固量≥60%、pH值4~5，水不溶物≤1%。

6.根据权利要求1所述的液体硅肥的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，滤液和氨基黄腐酸的质量比10:1。

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