摘要：随着多晶硅产业的发展，多晶硅生产对环境造成的影响越来越受到关注。改良多晶硅生产中会产生易燃易爆、有毒、腐蚀性的废气和废液，如果处置不当，会发生安全事故和对环境造成污染。如何安全有效地处理这些废气废液，满足环保、循环经济、节能、降耗等方面要求，较好地解决多晶硅生产过程中的环境污染和能耗问题，已成为关系到多晶硅产业能否健康发展的大问题。在多晶硅项目的设计和生产中，应采取先进工艺技术，彻底有效地对废气废液进行处理，从而减少对环境的危害，这对确保多晶硅产业的健康发展具有现实和长远的意义。基于此，本文对多晶硅生产中废气处理工艺改造进行分析。
关键词：多晶硅生产；废气处理；工艺改造
多晶硅作为光伏太阳能电池与集成电路关键材料，一直以来其生产就备受关注，投入了大量资源进行研究，争取不断提高其生产综合效益。其中多晶硅生产废气处理，是研究重点，对提高生产安全，降低环境污染具有重要意义。本文对改良西门子法进行简要分析，争取提高其对废气处理效率，减少资源的浪费，对生产效率进行有效控制。
1多晶硅的性质
多晶硅作为单质硅的一种特殊存在形态，主要是熔融的单质硅在温度较低状态下凝固时，硅原子会以金刚石晶格形式排列成很多晶核，如果这些晶核生长成不同晶面取向的晶粒时，那么这些晶粒就会结合起来，便结晶形成多晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料，单晶硅与多晶硅的不同主要表现在物理性质方面，例如，在光学性质、热学性质和力学性质等向异性方面；在电学性质方面，单晶硅的导电性也比多晶硅明显。但在化学性质方面，两者则没有明显区别。
2多晶硅的应用
高纯度多晶硅作为重要的电子信息材料，被称为“微电子大厦的基石”。多晶硅有比较广泛的用途，除信息产业外，多晶硅还被用来制备太阳能电池板以及生产可控硅元件。基于硅材料质量好、原料丰富、价格较低、工艺较成熟，因此在未来几十年里，没有其他材料可以代替多晶硅成为光伏产业和电子信息产业的原材料。
多晶硅的主要用途是制备太阳能电池板，或者拉制成单晶硅后用来制备太阳能电池板。先将硅原料铸锭、切片或者直接把单晶硅棒进行切片，再通过在单晶硅片上掺杂、扩散从而形成PN结，然后采用印制丝网法，将银浆印在单晶硅片上做成栅线，通过烧结，制备成背电极，并在具有栅线的表面上涂反射膜等工艺加工制成太阳能光伏电池单晶片，最后按实际需要装备成太阳能电池板。由于多晶硅太阳能光伏电池制造成本比较低，光电转化效率较高，因此得到较快发展。
在信息产业中，多晶硅主要用来生产单晶硅。而单晶硅就是所谓硅半导体材料，它是制备电子元件和集成电路的优质原材料。由于半导体硅材料耐高温、耐高电压、晶带宽度较大，与其它半导体材料相比具有体积小、效率高、可靠性强、寿命长等优点，因此广泛用于生产电子工业中集成电路。
3原工艺流程及存在的问题
现国内多数多晶硅生产厂废气和废液一般通过碱液淋洗进行处理，这样会产生大量的高盐废水，不仅对环境有污染，还造成大的资源浪费。而采用焚烧工艺处理废气及废液，就可以变废为宝，节能降耗。采用焚烧工艺可回收二氧化硅和盐酸，余热还可副产蒸汽用于废水的蒸发结晶，既实现了废水的零排放，又可以回收NaCl、CaCl2等盐类作副产品出售，最后少量的废气经处理后达标排放，这样一方面减少环境污染，另一方面做到节能减排，增加经济效益。
3.1废气焚烧工艺及原理
采用焚烧工艺处理含氯废气已经在化工行业中得到广泛应用，焚烧处理能最大限度地减容、减量并消除废物对地下水、大气和土壤的污染，而且废物焚烧产生的热能还可用于热能回收，含氯废气焚烧可对其产生的氯化氢进行回收，实现变废为宝。焚烧处理技术已在发达国家广泛应用，如美国已建成200多套焚烧装置，其焚烧处理的有害废弃物占废弃物总量的23.6%；日本、德国、法国、荷兰和韩国等焚烧处理废弃物的量也在本国废弃物处理总量中占有相当大的比例。废气、废液焚烧的工作原理是将有机废水雾化、废气喷入焚烧炉，通入供给氧气（空气)和助燃燃料后点火燃烧，完成废弃物的氧化热解处理。在多晶硅废气、废液处理中，采用高温焚烧将废气、废液转化为HCl、SiO2、CO2及水蒸汽等产物，再通过对焚烧产物的深度处理和物料收集，实现无害化、资源化处理。
3.2原工艺流程
原废气处理工艺流程如图1所示。来自精馏工序、还原工序、CDI工序、氢化工序及其他工序的废气汇总后进入A塔内，与A塔塔顶喷头喷淋出来的碱液充分混合并发生化学反应，生成的NaCl、HCl、H2O等通过碱液槽排入碱液池，固体沉淀经处理后外运，而H2、N2、H2O（水蒸汽)以及没有反应完全的SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、HCl气体通过连通管进入B塔，进一步与B塔塔顶喷淋出来的碱液发生反应，H2、N2和H2O（水蒸汽)直接放空，其他物质排入碱液池。同时，通过不断加入碱（NaOH或CaOH)使碱液槽内的pH维持在6～8。
图1原废气处理工艺流程
3.3多晶硅生产废气焚烧处理优化分析
焚烧工艺优化，可以在保证满足环保性与安全性要求基础上，对废气、废液等进行有效治理。处理流程为焚烧、余热回收、二氧化硅回收、急冷、盐酸回收、淋洗塔与排放。多晶硅生产废气经过缓冲后，进入到焚烧炉内进行高温氧化反应处理，对氯化硅烷进行彻底分解，生成SiO2、HC1等。焚烧炉内出来的高温烟气中含有大量热量，将其通入到余热锅炉内进行降温处理，同时回收其中余热，可以利用烟气余热来对脱盐水处理，将其变为蒸汽回收利用。烟气经过余热锅炉处理后，通过过滤器进行气固分离，对烟气中含有的Si02粉尘进行消除处理，进入到急冷塔内，利用水喷淋降低烟气温度。喷淋降温后盐酸利用石墨换热器与冷却水换热冷却后继续进行喷淋降温，并回收烟气内含有的盐酸。最后烟气中含有的少量C12与HC1通过碱液淋洗塔淋洗后，利用气水分离器处理后排放。
结束语：
综上所述，多晶硅废气、废液的有效处理是确保多晶硅行业节能减排、清洁生产和可持续发展的重要一环。企业应增强自身的环保意识，加大对环保的投入，推广废气焚烧处理工艺，做到对废气、废液彻底有效治理。焚烧处理工艺不仅能够回收副产物产生一定的经济效益，降低废气、废液的处理成本，减少资源浪费，而且可避免污染物的转移，将对环境的影响降至最低。
参考文献：
[1]四季春，董辉，哈莹，廉景燕．多晶硅生产中废气的处理[J]．现代化工，2015，02：86-88．
[2]许红霞．多晶硅生产中废气处理工艺设计[J]．轻金属，2015，04：71—73．
[3]翁博丰．多晶硅生产中废气的处理方法[J]．化工管理，2015，26：245．
论文作者:王振荣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：废气论文; 多晶硅论文; 废液论文; 单晶硅论文; 工艺论文; 烟气论文; 余热论文; 《基层建设》2018年第30期论文;