太阳能光伏产业多晶硅生产中的废气处理方法

北极星环保网讯:本文主要从笔者亲身参与的多晶硅的用途及分类与改良西门子法分析的废气主要处理工艺以及废气焚烧处理优化分析，旨在与同行探讨学习，共同进步。

关键词：多晶硅；废气；改良西门子法

随着太阳能光伏产业的迅速发展，多晶硅的需求将持续增长。多晶硅生产中产生的废气大多属于易燃易爆、有毒有害物质，主要来源于精馏工序、还原工序、尾气回收工序(CDI)、氢化工序和合成工序等。

多晶硅生产中废气的处理方法主要有水洗法、焚烧法和碱液淋洗法。水洗法是多晶硅厂最传统的废气处理方法，是通过大量的喷淋水吸收废气中氯化氢和氯硅烷，该方法资源浪费量巨大，同时存在重大的安全隐患，现在已基本不使用。焚烧法是将废气进行高温燃烧和水解，得到二氧化硅和盐酸，该方法因前期投资过大、设备要求过高、工艺复杂、运行成本高等原因，其应用受到限制。碱液淋洗法因其工艺简单、投资和运行成本较低、处理效果好等优点，成为目前多晶硅厂最常用的废气处理方法。

虽然目前的多晶硅生产工艺能将副产物回收利用，实现闭路循环生产，但工艺技术并未完全成熟，生产系统的稳定性仍较差。特别是近几年多晶硅厂产能和规模的快速扩大，产生的废气量也随之激增，这对废气处理工艺提出了新的要求。因此，必须对多晶硅厂原废气处理工艺进行优化和改造，使之满足安全环保、节能降耗和循环经济等方面的要求，从而促进多晶硅产业的健康可持续发展。本文中以某公司3000t/a多晶硅生产线的废气处理工艺改造的介绍。

1.多晶硅的用途及分类

当前，晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料，其市场占有率在90%以上，而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。

多晶硅需求主要来自于半导体和太阳能电池。多晶硅按纯度可以分为冶金级(工业硅)、太阳能级、电子级。

（1）冶金级硅(MG):石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑一般含Si为90%～95%以上。

（2）太阳能级硅(SG):纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。一般认为含Si在99.99%～99.9999%(4～6个9)。

（3）电子级硅(EG):一般要求含Si＞99.9999%以上，超高纯达到99.9999999%～99.999999999%(9～11个9）。

2.改良西门子法分析

现在多晶硅生产中,大部分企业选择用改良西门子法,即利用HCI(C12、HZ)与冶金级工业硅作为原料,在高温条件下,将HCI与粗硅粉进行合成,制成SIH1C3(TC)S,并对SIC1H3进行化学精制提纯与多级精馏处理,确保其质量分数可以达到99.99%以上’。经常上述处理后,在还原炉内1050℃硅芯上用高纯HZ对SIH1C3进行还原处理,最终生成高纯多晶硅棒。

在对生产尾气进行时,即对尾气中含有的SIH1C3、SI1C4、HCI、HZ、等进行还原处理,然后进行回收后返回生产流程内,其中SIC14在氢化炉内用超高纯氢气转化成SIH1C3返回流程,确保整个生产流程为一个闭路循环。

另外,无论是选择用何种生产方式,在生产过程中合成SIH1C3、精馏提纯、还原以及尾气回收等工序,均会产生一定量的废气,其中主要包括SIHC13、SIHZclZ、sicl4、Hcl、NZ、HZ以及少量金属氯化物,使得废气具有毒性,并且具有易燃、易爆等特点,必须要采取措施对其进行有效处理,降低其对环境的污染,并提高生产安全性。

3.废气的主要处理工艺

根据废气的来源组分及环保要求，多晶硅生产过程中废气的处理，实际是对废气中的氯硅烷和氯化氢气体进行有效的去除处理。因此，只需使处理后的废气符合氯化氢和二氧化硅的大气排放标准即可。目前，多晶硅生产过程中废气的主要处理方法有水洗法、碱淋洗法和焚烧法，其中碱洗法根据使用的材料分为氢氧化钠处理法和氢氧化钙处理法。下面将对上述主要方法进行简要描述。

（1）水洗法

水洗法的主要原理是水与氯硅烷废气在几级串联的淋洗塔内发生水解吸收反应，喷淋水可以大量吸收废气中含有的氯化氢和氯硅烷水解产生的氯化氢，经过几级水解吸收处理后的废气达标排放。

（2）碱洗法

碱洗法的原理与水洗法相似，常用的碱液主要包括氢氧化钠和氢氧化钙溶液，碱液与废气中的氯硅烷和氯化氢同样在几级串联的淋洗塔内或是密闭的反应釜内进行水解中和反应，产生硅酸钠、氯化钠、或是硅酸钙、氯化钙、少量二氧化硅和水，处理后的废气主要为氮气、氢气和水蒸气达标排放。碱液淋洗后产生的废碱水经中和压滤后固渣外运填埋。

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