太阳能级多晶硅生产工艺及污染防治措施

摘 要：本文通过分析太阳能级多晶硅的生产企业生产工艺和环境污染环节的相关情况，探讨其污染环节产生的废弃物数量、种类以及排放量，对由此产生的环境污染程度和影响做出准确的预测，并提出相对应的环保措施和对策。

关键词：多晶硅 生产工艺 污染防治

多晶硅可以直接用于太阳能电池及单晶硅的原料，在当今原料运用中具有重要意义，在人工智能、信息处理、操作控制等方面占据着基础的重要地位。一些科技发达的国家如美国、日本等长期以来都采用市场垄断和技术封锁等手段控制多晶硅的使用和销售，而我国90%以上的多晶硅只能靠进口，面临着严重缺货、供不应求的发展和利用问题。为了适应市场环境的发展需求，针对我国面临的现状必须采取一定的措施，加大对多晶硅生产的技术投入和执行力度，同时还必须保证不加重对周围环境的污染，提高污染防治措施的决策性和执行力度[1]。

一、生产工艺以及污染源分析

1.生产工艺流程

首先将结晶硅原材料粉碎直至成为粉状后，用含31%的盐酸洗涤，完成后再用水洗尽酸。将其甩干后进行数控冶炼将其炼化，炼化过程中加入氩气，两次进行物理分凝后直至冷却，则可完成多晶硅产品的制作。

2.流程中的污染分析

2.1在工艺生产的流程中，废水主要来源于水的洗涤上。未回收的氯硅烷低沸物和氯化氢、还原炉开关的置换尾气等，各种工艺废气处理后产生了很多酸性废水。这些废水的很大组成成分都是多晶硅的生产废水，一般来说，多晶硅废水的主要污染物是盐酸以及氯硅烷水解后产生的SiO2等等，机械处理以后这些废水会沿着管道排出，进入废水处理站的调节池。还有纯水的制备产生的排污水，包含的污染物主要是氯化物。此外，还有硅芯和检验棒腐蚀物的洗涤废水，其中包含了硝酸、钠盐、氢氟酸等污染物，一并流入废水处理站进行处理[2]。

2.2本项目中废气主要污染源为工艺废气及工艺粉尘。酸洗过程中通常会产生一定的酸雾，表面积约为1m2，此道工序需使用31%的盐酸，温度大概保持在30°C左右。酸洗过程中会产生酸性废气HCl污染物，酸洗工序8小时/天。按照这个速度，全年污染物的挥发量也都在可控制的范围内，因此对周围的环境污染影响会较小。

2.3生产多晶硅的工序中产生固体废弃物主要包括：在水洗涤过程中筛选的不合格的原料、其他一些杂工段出现的含有硅的杂质，每天排出的数量约为1200kg[3]。

二、主要环境污染和影响分析

1.水环境污染

酸性的废水从提升泵到中和槽后，与石灰乳发生了化学反应，反应有两个级别的可能性，第一种是pH值在4～5之间，而第二种pH值则达到了7～8。随后，废水进入沉淀性处理，经过聚铝等化学物质的作用下，与水中的颗粒凝聚沉降，再经过过滤，通过管道到达回用池或者向外排出。外排的废水各项指标符合国家污水综合排放相关标准，不会严重影响水体的污染环境。

2.大气环境污染

在酸洗的过程中会产生酸性废气，炉中也会不断排出氩气惰性气体。根据工艺流程图分析，盐酸的酸雾废气经过处理以后，会在25m的高空中通过排气筒进行排放，排放的浓度和速率都符合《大气污染物综合排放标准》当中二级标准的相关要求，对周围大气环境的影响也比较小。在有关项目工艺制造的粉尘经过除尘器的吸收以后，其排放浓度小于30mg/m3，排放的速度小于0.05kg/h，这个数值也不会对环境产生不良的影响。

3.固体废弃物污染

根据分析，项目中的固体废弃物都有特定部门或企业妥善处理，能有效控制固体废物的增加，减少固废对环境的污染程度，因此也不会对环境造成不良的影响。

三、环境污染的防治措施分析

1.废水污染的防治措施

酸性的废水被处理进入污水调节池，首先会在中和槽与石灰乳产生中和反应，随后进入混凝的沉淀池被处理，经过过滤以后，废水从管道进回用池继续使用或是直接外排。

1.1中和

酸性废水从提升泵运输送到中和槽与石灰乳发生中和反应。通常为了使系统得以稳定持续地运行，工程会采取两级的中和槽相互串联使其发生中和反应。废水通过中和槽发生升流后与槽中的石灰乳相融合，经过搅拌使酸性废水与石灰乳较快地发生化学反应。而后通过调整中和槽里的石灰乳的含量，使一级中和槽水pH值达到4～5，二级中和槽水pH值达到7～8。

1.2混合

混合的作用是为了使胶体的颗粒去除其稳定性在水中产生凝聚。此项工程主要运用混合设备管式微涡管道混合器，也就是利用湍流微涡旋的作用和离心力的惯性效应，使水解PAM和PAC产物得以在废水中充分地扩散，胶体颗粒在废水中的形成取得更好的脱稳作用。一般来说，加入药量需要控制在一定范围内，也就是每立方米的污水加入5L～10L含5%的PAC溶液，2L含0.5%PAM的溶液。再依次经过吸附架桥、沉淀和网捕的相互作用，以较快的速度形成了严密厚实的矾花以及比较大的絮体，加之受到离心力和重力等外力作用，严密厚实的矾花还有较大的絮体都会因此而形成污泥，进而沉淀，通过过滤以后检验合格的废水再进入回用池回用或是向外排放。

生产的废水经过此项工艺处理之后，除了进入回用池回用水之外被外排的废水通常都稳定达标，污泥经过处理以后变成了一般的固体废物，可以将其直接填埋以作废品处理。

2.废气污染的防治措施

废气的排放主要来源于酸洗槽上方的盐酸雾。通常各部门都会严格地控制酸洗槽中槽液的浓度，或是加入一些酸雾抑制剂，用来减少酸雾在挥发过程中产生的酸雾量。此外，还需要在酸洗槽上方安装集气罩装置，针对收集的废气采用水喷淋的装置和碱液加以吸收一并处理，再使用大于2000m3/h风量的风机将处理后的废气从25m的高空处进行排放。通过检验，此项目的废气收集效率达到80%以上，而吸收效率则达到90%以上。盐酸雾的无组织排放量相关数据为13.78kg/a，其排放速率是0.007kg/h；而有组织排放量的相关数据是13.56kg/a，其排放浓度是2.4mg/m3。

废气处理的项目还配置了袋式除尘器，对粉尘有捕集的作用，其捕集率达到80%左右，除尘率则可以上95%以上。这样通过袋式除尘器清除尘嚣以后，剩余的粉尘排放浓度大概是30mg/m3，废气排放量约为500万m3/a，粉尘的排放量是0.07kg/h，0.13t/a。

3.固体废物污染的防治措施

在此项目的生产过程中还会产生含有硅元素的固体废物，每天的固体废物排放量达到了1200kg，通常将其储存在原料仓库的专用固废池，并规定适合的周期将其全部返还到原料的供应商，固体废物由原料供应商回收处理。

四、结束语

太阳能级多晶硅的生产工艺项目的建设不但在一定程度上缓解了我国在太阳能级多晶硅形势紧张的局面，还可以为国家、社会带来一定的经济效益。我国的企业在生产工艺方面处在国内的先进水平，从本文研究的数据也可以看出，“三废”的排放量比较小。因此，在保持原有成绩基础上，加大对环境保护的重视程度，加大对制造工艺的技术水平的提高投入，采取强力的切实可行的有效污染防治措施，既保证太阳能级多晶硅的生产质量得到有效的完成和实现，又保障周围环境的健康和良好，尽量制止对周边环境产生不良影响现象的发生。

参考文献

[1]何丽雯.太阳能多晶硅的制备生产工艺综述[J].化学工程与装备，2010，24（02）：49-50.

[2]郑静，陈敏，钱飞.单、多晶硅生产废水处理工程实例[J].淮海工学院学报（自然科学版），2011，20（01）：11-12.

[3]闰盼升.硅材料生产中污水的处理及综合利用[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2010，17（20）：34-35.