1、 年产 6000 吨碳化硅项目可行性研究报告第一章 废砂浆回收利用项目总述第一节 硅片线切割及项目来源废砂浆回收利用项目的产生源于近几年来光伏产业的发展。本项目生产中所用的“废砂浆”原料及生产出来的产品“碳化硅” 、正是来源于和应用于光伏产业中的单、多晶硅棒切片工序。在光伏产业链中，硅片切割是光伏电池生产中一个十分重要的工序，切割出的硅片质量直接影响到整个产业链后续电池的生产以及电池的性能质量。在实际生产中，硅片生产厂家一般先将废砂浆进行简单的离心或沉降分离，液体部分返回工序再使用一次，其它的难以分离的部分或将其作为垃圾废弃掉，或将其处理给专业废砂浆回收利用厂家。作为一种十分重要的资源被当做垃
2、圾处理掉，不仅会对环境产生严重的污染，而且浪费了大量的资源，令人惋惜。随着国家节能降耗，保护环境等可持续发展政策的实施，从废砂浆中回收价值较高的碳化硅项目应运而生，并且越来越受到人们的重视。近两年中，相关单位和团体都投入了许多精力，对废砂浆回收利用做了大量的研究工作，产生出一些新技术和新工艺，取得了一定的成果。废砂浆回收处理产生的“碳化硅”产品或再行回用于硅晶片的生产切割过程，或应用于其它工业领域，都会产生出巨大的经济价值和社会效益，对国家、对环境、对个人都是一件十分有意义的事情。第二节 生产原料及产成品本项目生产时的原料为“废砂浆”，另外还需要“烧碱”、“硫酸”等化工原料。生产的产品是 “碳
3、化硅”等，下面分别对我们生产中接触到的主要物质进行一下简单介绍。一 废砂浆、废切割液及废硅粉的组成废砂浆是硅光伏产业或半导体工业在硅锭（硅棒）切割生产硅片时产生的一种工业废料，它的组成成分并不十分固定，主要成分有：碳化硅、聚乙二醇和金属硅粉，另有水分、金属颗粒以及少量表面活性剂、金属螯合剂等。含碳化硅较多的称为“废砂浆”，一般由 65%左右的碳化硅、 6%左右的硅粉、1.5%左右的铁等金属颗粒、15%的聚乙二醇和 10%左右水份组成。二 碳化硅的性质及光伏产业所用的碳化硅1 碳化硅的性质特点碳化硅的化学成分是碳化硅，因为它的硬度十分高，人们俗称碳化硅颗粒为碳化硅。碳化硅在自然界少量伴生于岩石中
4、，没有利用价值。工业碳化硅的生产是一种高耗能、高污染产业。碳化硅的制备合成是通过将石英砂（SiO 2）与石油焦 (C)等原料按一定比例混合后，在隔绝氧气的条件下利用电弧产生的高温反应烧结而成，这一反应过程需要消耗大量的能源，平均每合成一吨碳化硅需消耗高达 8000 千瓦时的电能，同时上述反应过程会释放出大量的一氧化碳（CO ）,一氧化氮（ NO）,二氧化硫（ SO2）等有害废气，会对大气环境造成十分严重的污染。根据碳化硅的生产方式的不同，又可将其分为绿碳化硅和黑碳化硅两大类，绿碳化硅的纯度和硬度较黑碳化硅略高，市场价格也相对较高。碳化硅的分子式为 SiC，是典型的共价键型化合物。有立方型和六方
5、型两种晶型，立方型称为 SiC，它是在 18002000温度下形成，属低温产物，硬度稍小，主要用于微型轴承的超精研磨。六方型称为 SiC，它是在 2000以上形成的，硬度较大，一般常用的都是 SiC。碳化硅在一个大气压下的分解温度为 2400，无熔点。SiC 碳化硅理论密度是 3.18g/cm3，碳化硅粉的自然堆积密度在 1.21.6g/cm 3 之间。碳化硅的莫氏硬度仅次于金刚石，在9.29.3 之间，威氏显微硬度 3300kg/mm2 。由于碳化硅具有相当优异的特性，所以它的应用领域十分广泛。碳化硅（碳化硅粉）用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏等。由于碳化硅的性质特点，最适
6、合半导体工业材料及压电晶体材料方面的切割、研磨抛光等。尤其是在太阳能电池硅片切割中，国际上绝大多数生产厂家都要用到碳化硅。利用它具有的高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高的高温强度及导热性能良好、抗冲击等特点，碳化硅可用于各种冶炼炉衬等构件、碳化硅坩埚等。可用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料。在航空航天工业碳化硅材料还可以制做火箭发动机喷管、燃气轮机叶片等。2 光伏产业切割用碳化硅光伏产业中所用的碳化硅主要在硅片切割工序。由于光伏产业对硅片有特别严格的要求，并且在切割效率和质量方面与碳化硅的选用有着密切的关系，所以，在碳化硅的选择使用方面都十分苛刻。硅片切割用碳化硅多为绿碳化硅，在粒度
7、选择上相对于不同机型的线切割机来说一般常见的有两种：1200 与 1500 目（极少数采用 800 和 2000 目） ，且它的粒径范围要求狭窄，晶角要尖锐锋利，绝不能混入大颗粒物质，避免划伤硅晶片。为了防止金属离子对硅片的玷污，要求碳化硅的纯度要高。硅片切割用碳化硅国内没有统一标准（有的企业采用日本 JZS 工业标准） ，常用指标见表 22。表 22：光伏切割碳化硅主要技术指标SiC SiO2；SiFe2O3FC CaO MgO Na2OCr2O3C PH 灼碱 水分98.5 0.5 0.2 0.2 - - - - - - 0.7 0.5第三节 技术经济指标1、 废砂浆利用率废砂浆中的碳化硅
8、含量在 65%左右，根据工艺水平提取率在 80%左右总收率为 50%左右。2、 酸碱消耗量生产一吨碳化硅，需要浓硫酸（98%） 、烧碱的费用为 300 元。3、 水、电的消耗量生产一吨碳化硅要消耗水电费用 500 元。4、干燥分级成本生产一吨碳化硅干燥分级的费用 700 元。5、人工成本5.1 到离心工段的人工成本为 220 元/吨。5.2 到干燥干燥分级的人工成本为 371 元/吨。6、包装费用6.1 到离心工段的包装成本为 22 元/吨。5.2 到干燥干燥分级的包装成本为 100 元/吨。6、 每吨产品的生产成本目前，根据工艺技术的差异，生产一吨“碳化硅”的成本：不干燥不分级的成本=300
9、+500+220+22=1042 元/吨；干燥分级的成本=1020+700+151+100=1971 元/吨。第二章 工艺技术方案第一节 废砂浆回收处理工艺技术概况国内外废砂浆回收提取碳化硅的方法，一般分为两种，即在线回收方式和离线回收方式。因为在线方式不能将碳化硅中的杂质分离完全，它的应用范围受到极大限制，只有少数硅片切割厂家结合其他方式部分采用。目前人们采用最多的是离线式回收方式，因为他有在线回收无可比拟的优点。离线式废砂浆回收提取碳化硅方式，其工艺过程主要包括固液分离、碱处理（除硅） 、清水洗涤、酸处理（除金属） 、纯净水洗涤、脱水干燥、筛分（气流分）等。第二节 生产工艺流程说明一 工艺
10、流程说明在废砂浆处理时，首先用水将其稀释后沉淀，经过洗涤后的砂浆加入碱液浸泡反应脱除硅粉，反应完后的废碱液回收回用。碱洗后砂浆加酸反应，脱除其中金属离子，废酸液回用。酸洗后砂浆分别用常水与纯净水洗涤，洗涤水集中进行处理，处理后的水作为常水回用。经过洗涤后的砂浆进入干燥、分级设备进行干燥、分级，分级完成后再用 500 目的旋振筛进行筛分，筛分后的碳化硅即为“碳化硅” ，可以直接销售，也可以添加部分新碳化硅生产出“再生碳化硅”。第三节 主要设备选择废砂浆回收处理工艺中，特殊设备很少，主要选用常规的器械或者化工通用设备。对于该工艺中所用的个别设备如“搅拌机”等，可以委托专业机械制造厂进行定制加工，有
11、的设备需要自制。主要设备设备种类见表。有一部分设备或是需要自制、或没有统一的型号，其具体选择见下面说明：1、搅拌机的选择移动搅拌机必须定制；其它搅拌机一般选用带摆线针轮减速器的搅拌机；特殊用途的搅拌机另行选择。2、硫酸罐、烧碱罐、盐酸罐浓硫酸罐、烧碱罐可直接使用铁罐；盐酸罐及其它酸罐必须选用环氧树脂或塑料材质的罐。3、粉体干燥设备可选用多级桨叶时干燥设备，干燥效率较高。4、离心机选用自动卸料离心机，减少劳动强度5、分级设备选用每小时 500 公斤的分级机两台。6、振动筛及包装设备废砂浆项 目名 称 规 格 型 号叉车 CPC30（CPCD30）3手动液压搬运车 TL-C 2t搅拌机 多种形式反
12、应池 15m350存储池 520m3 多个硫酸罐 铁罐 35m 3 烧碱罐 铁罐 35m 32干燥设备 每小时 1 吨气流分 1t/h空压机 10t/h粉体包装设备 H4002电子磅 100kg离心机 SGZ1250，2 台粒度分析仪 电阻法，1 台分光光度计 UV-6100PC电导率仪液体输送设备 多种泵筛分设备 旋振 1000、超声波粉体输送设备纯净水设备 RO10t/h供配电设施 350KW维修配套设备第三章 总图设计一 粉体碳化硅车间总面积 2160m2, 长 120m，宽 18m。内部分为粉体干燥（25m18m） 、气流分（25m 18m） 、粉体包装（10m18m）及碳化硅成品仓库
13、（60m 18m）：二 湿砂车间面积 2700 m2，长 60m，宽 45m。 包括投料池、反应池、沉淀分离池、离心分离及湿砂过渡：第四章 劳动定员1 仓库定员：1 人。主要职责是货物进出仓库管理。2 质检化验研发定员：2 人。主要职责是产成品检验、进出货物检验、研究开发新产品等。3 生产厂长：1 人。（1）碳化硅车间定员 36 人。二班 12 小时制，每班 18 人。主要职责是从原料废砂浆到产品碳化硅全套工序的生产管理。（2）气流分车间定员 16 人。二班 12 小时制，每班 8 人。主要职责是将粗碳化硅到产品碳化硅的生产管理。（3）叉车小组定员 2 人。主要负责各班次料液的搬运、产品及货物
14、的装卸、叉车的保养等。（4）纯净水车间定员 2 人。二班 12 小时制，每班 1 人。主要负责各班次纯净水的生产供应、纯净水机械的保养维护。（5）维修电工定员 2 人。二班 12 小时制，每班 1 人。主要负责全厂电器机械的维护保养、安全运行。全厂定员合计 62 人。第五章 项目建设计划工程筹备、厂区场地整理、厂区围栏围墙、供排水工程、配电设施、水泥池钢构护棚、办公室及车间、设备安装、电力动力、配套设施、调试验收及试产等阶段，这个阶段需要五个月时间。建设完工后正式生产，此时就可以达到设计产能，即每年 6000 吨的生产能力。第六章 投资估算第七章、 财务效益分析项目 不干燥分级估算价值 干燥分级估算价值固定资产投资 390 500（一）工程费用 310 420建筑工程费 200 255设备及工具购置费 95 150安装工程运输工具费 15.00 15（二）预备费用 30.0 30其它费用 80.0 80（一）流动资金 70 70（二）预备费用 10.0 10总额 390.0 500
