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多晶硅生产的节能减排措施探究

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：王丽萍

[导读] 摘要：近年来，中国国民经济发展迅速，多晶硅的产量达到了新的高度。

        亚洲硅业（青海）股份有限公司青海西宁 810000
        摘要：近年来，中国国民经济发展迅速，多晶硅的产量达到了新的高度。今天，多晶硅行业也变得越来越有竞争力。为了进一步降低多晶硅的成本，迫切需要改进多晶硅的制造方法，现在大多数研究人员对国内外的西门子新型制造方案进行了详细的观察和改进。在分析了多晶硅实际生产中的机器能耗之后，基于能量耦合利用、循环利用、综合利用和新的节能方法，通过各种液体蒸馏工艺生产多晶硅进一步建议。实验结果表明，采用上述方案，可以大大降低多晶硅的制造成本，这将为将来的多晶硅开发提供一些便利。
        关键词：多晶硅生产；节能减排措施；探究
        随着国内科学技术的不断发展，多晶硅的应用领域正在扩大。多晶硅主要用于集成电路合成、半导体制备和太阳能设备制造。它也可以用于制造单晶硅，而单晶硅在半导体制造业中被广泛使用，并且半导体可以用作现代技术的基本原材料。同时，由于当前的全球能源危机和全球环境保护的限制，新能源的研究与开发已成为一个全球性的问题。太阳能以其安全性、环保性和高储量而引起人们的关注。利用这种能量的主要方法之一是通过光电效应将其转化为电能，但是目前太阳能转化需要通过多晶硅电池转化，而硅电池的基本工作原理是利用光电效应进行光电转化。随着半导体工业的不断发展和太阳能的使用，对更好的多晶硅的需求持续增长。
        一、多晶硅生产的节能方案
        （一）多效精馏
        该环节是各种多晶硅制造链接中最耗能的操作之一。在生产多晶硅的生产过程中，氯硅烷的蒸馏中进行了高水平的操作，但是在特定的操作过程中，必须确保恒定的回流比和相对大的沸点。此过程中使用的冷却和加热介质的质量要求相对较高。在多晶硅的实际生产中，已经采取了几种节能措施。例如，使用室温的冷水代替低温水来冷却冷凝器，最近，增压蒸馏被用于进一步提高冷凝温度。如今，中国的多产品硅制造行业使用了大量的高科技整流装置，其中大多数采用多塔串联整流工艺。在此过程中，将热的热载体（热的或饱和蒸汽）加热整个塔的气相，并在塔的顶部使用设备外部的低温制冷剂（例如冷水或室温水）来多年来，这种整流工艺一直是研究整流节能的手段，并且其在多晶硅制造行业中的使用不断增加。这是一种节能过程，可通过扩大硅生产工艺，减少能耗以及重新利用高能塔发出的能量来实现。
        （二）流程中还原热能的运用
        多晶硅制造的大多数工艺流程都使用改进的西门子方法。多晶硅还原是该制造方法中非常重要的部分。这不仅是多晶硅的大规模生产，而且还原炉在还原多晶硅中起着中心作用，这极大地影响了多晶硅的制造成本。在从四氯硅烷到三氯硅烷的还原过程中，由于中国采用了热加氢技术，迄今为止，在中国已经大量生产的多产品硅还原工艺大多数已被采用。热氢化技术将四氯化硅还原为三氯硅烷。通过将西门子方法的改进版本与热氢化技术相结合来生产多晶硅，可以将能耗控制在每千克多晶硅80-130 kW，这可以节省多晶硅的生产成本，约占能耗的30％。
        二、多晶硅生产过程中的节能减排方案
        （一）生产中产生的气态污染物以及含氯化氢的废气
        三氯硅烷纯化过程会产生包含三氯硅烷，四氯化硅和二氯二氢硅烷的废气。

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在浸出塔中净化了这种废气后，所有的氯硅烷都被水解，二氧化硅和氯化氢氯化物用水回收，但废气中含有少量的氯化氢。水蒸气中的氯化氢可以通过干式法回收，并且通过干式法回收的氯化氢在三级喷水吸收塔中转化成盐酸，但是在盐酸生产过程中的残留气体包含大量的氯化氢。尽管氯化氢气体是无色的，但是鼻假体相对强烈的气味却对环境和人体非常有害。HCL在水中具有很高的溶解度，其中450至500体积的氯化氢可溶于一单位水中，因此使用多种排气方法处理含氯化氢的废气，效果极佳，这也是处理含氯化氢废气的最有效方法之一，也是最简单的操作方法和所需的设备。
        （二）含氟废水的处理
        在处理含氟废水时，必须先用生石灰将废水的酸度调节至中性，以使大部分氟化物都能形成并沉淀出氟化钙。将沉淀的废水送至搅拌器，添加硫化亚铁以进一步去除氟化物，然后搅拌处理后的废水和中和的酸性废水，并向废水中添加大量混凝剂。絮凝废物后，让溶液沉降。最后，倒入上清液，该方法处理含氟废水具有操作简单、成本低廉、原料来源广泛、设备简单、除氟率高等优点。
        （三）酸性废水的处理
        在每个多晶硅生产环节产生的酸性废水主要在三氯硅烷纯化环节产生。用石灰乳和混凝沉淀处理酸性废水，可以处理酸性废水和酸性废水，请调整化学药剂的添加量以确保处理后的水质。处理后的废水的酸度约为6.15-8.15，其中用于处理酸性废水的生石灰由于其来源广泛，成本相对较低以及对各种环境的优异适应性而广泛用于各种行业的酸性废水。使用石灰乳将pH值调节至中性，以便在Cak沉淀物中形成大部分氟化物。沉淀的废水被送至除氟搅拌槽，并加入硫酸亚铁进一步除氟。混合酸性废水后，添加絮凝剂以引起絮凝和沉降，并排出上清液。该方法处理流程简单，操作方便，处理成本低，除氟率高。
        （四）经济效益及环境效益
        在多晶硅制造过程中会大量生产氯硅烷副产品，合理使用或有效处置这些副产品是确定公司生产成本并面对制造商的关键。另外，一些氯硅烷和HCL进入废气，增加了废气处理的成本并增加了污染物排放。该项目已被科学证明，并已进行了许多相关的实验，利用尾气各成分的物理性质的巨大差异，利用先进的回收技术将大量的氯硅烷副产物转化为生产原料，大大降低了生产成本，减少了污染物。减少了排放，实现了节能减排的目标。
        结语：综上所述，在当前的多晶硅制造行业中，制造多晶硅的方法相对多样，但是其中改进的西门子方法是应用最广泛且最节能的方法。在其生产中，可以使用较低的能耗和高效的多效精馏来代替常规的精馏方法，并使用更多的精馏系统剩余能量。在生产过程中，可以使用还原热能再利用系统将还原炉中产生的热能更有效地转化为蒸汽热能，并可以将其进一步添加到生产过程中的其他系统中。使用冷氢化工艺代替常规的热氢化工艺可以大大降低四氯化氢的生产成本。通过使用上述技术过程，多晶硅制造公司可以在市场上更具竞争力。本文详细介绍了多晶硅生产的节能减排，以期在中国多晶硅生产中发挥一定的指导作用。
        参考文献：
        [1]曹军.多晶硅生产的节能减排措施[J].化工设计通讯，2020，46（01）：189-190.
        [2]涂志文.多晶硅生产的节能减排措施[J].江西化工，2018（05）：195-196.
        [3]苏维.多晶硅生产的节能减排措施[J].有色金属加工，2008（02）：57-59.