氢氟酸浸出法回收硅粉废料并提升纯度用于光伏应用的研究

本研究针对硅片切割产生的硅粉废料(SPW)中金属杂质和SiO2层难以同步去除的难题，开发了基于氢氟酸(HF)的浸出纯化工艺。通过优化酸浓度(5 mol/L)、液固比(100:4 mL/g)等参数，实现92.96%氧化层去除率和金属杂质(Al/Fe/Ni)含量降低至ppb级，为光伏产业废硅的高值化回收提供了高效解决方案。

　　

在碳中和背景下，光伏产业爆发式增长带来甜蜜的烦恼——每年全球产生26万吨硅粉废料(SPW)，这些切割硅锭时产生的"工业边角料"含有50%以上高价值硅，却因金属杂质和顽固的SiO₂外壳沦为环境负担。传统高温熔炼法虽能除氧但能耗惊人，而酸浸工艺又难以突破氧化层对杂质的"囚禁"效应。SSN工程技术学院的研究团队在《Powder Technology》发表论文，揭示了HF溶液对SPW的"剥壳-释放"双重机制，为废硅再生开辟新路径。

研究采用多参数优化实验设计，通过系统调节HF浓度、处理时间等变量，结合微观结构表征和杂质分布分析。原料取自多线切割机产生的SPW样本，关键实验包括：X射线衍射分析SiO₂结晶状态、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测金属含量变化、接触角测试评估表面润湿性转变。

【材料分析】
原始SPW经检测含有源自切割工具的Al(22.80 ppb)、Fe(15.33 ppb)等杂质，这些金属被包裹在非晶态SiO₂基质中。

【金属杂质与SiO₂层研究】
发现杂质分布呈现"三明治"结构：金属核-过渡层-SiO₂外壳。HF通过两步反应实现净化：首先破坏Si-O键解构氧化层，随后释放被困金属离子。

【结论】
最优参数组合下(5 mol/L HF, 60分钟处理)，Al含量下降51.4%，SiO₂去除率达92.96%。特别值得注意的是，溶液体积需精确控制为5 mL——过量会导致SPW颗粒漂浮，反而降低接触效率。

这项研究突破性地阐明了HF浓度与溶剂体积的拮抗效应：当酸浓度超过5 mol/L时，SPW表面由亲水性转为疏水性，形成"自限制"效应。该发现为设计连续流纯化装置提供了理论依据，相比传统方法可降低89%能耗。论文提出的"温和蚀刻"策略，既避免了高温工艺的钙污染风险，又解决了化学法对氧化层无效的困境，使废硅回收纯度逼近光伏级(6N)标准，为构建光伏产业闭环经济提供了关键技术支撑。