电泳分离硅和碳化硅工艺的研究

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以太阳能电池板切削液为原料,烧制硅和碳化硅的混合粉末,通过对混合粉末的Zeta电位,黏度,分散剂的测试,制备出固相含量在40vol%~50vol%的混合粉体的悬浮液,通过调节PH值,分散剂的用量,在固定的电压,电流下通过电泳的方法分离出高纯度的硅粉体,回收利用。

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? 1 引言
??? 工业生产电路基板、太阳能电池基板时需要不断排放出废砂浆,这些砂浆中通常含有贵重的高纯硅粉。将切割砂浆中的高纯硅粉提取出来,进一步用于制备单晶硅或多晶硅的原料,对于资源的有效利用将是一个重要的贡献。本文分析重点研究了利用电泳分离出硅和碳化硅的方法。
2 实验过程及结果分析
2.1 原理
??? 某些分子如蛋白质、核酸以及Si、SiC等在不同PH值下大多都有阳离子和阴离子基团,称为两性离子,常以颗粒分散在溶液中。它们的静电荷取决于介质的H+浓度或与其他大分子的相互作用。在电场中,带电颗粒向阴极或阳极迁移,迁移的方向取决于它们带电的符号,这种迁移现象即所谓电泳。
电泳迁移率(mbility) m规定为在电位梯度E的影响下,颗粒在时间t中的迁移距离Y。迁移率的不同提供了从混合物中分离物质的基础,迁移距离正比于迁移率。
2.1.1 电泳介质的pH值
??? 溶液的pH值决定带电物质的解离程度,也决定物质所带净电荷的多少。对两性电解质,pH值离等电点越远,粒子所带电荷越多,泳动速度越快,反之越慢。因此,当分离某一种混合物时,应选择一个能扩大各种颗粒所带电荷量差别的pH值。
2.1.2 电场强度
??? 电场强度(电势梯度Electric field intensity)是指每厘米的电位降(电位差或电位梯度)。电场强度对电泳速度起着正比作用,电场强度越高,带电颗粒移动速度越快。根据实验的需要,电泳可分为两种:一种是高压电泳,所用电压在500~1000V或更高;另一种为常压电泳,产热量小,室温在10~25℃分离,无需冷却装置,一般分离时间较长。
2.2 原料性质分析
??? 将废砂浆料隔绝空气高温加热蒸干后得到的粉末进行差热分析,确定粉末组成为Si和SiC,两者含量接近1:9。再将粉末样品研磨均匀,用激光粒度分析仪(型号:Rise 2008)进行粒度分析,发现硅的粒径接近1微米,碳化硅的粒径大约8微米。符合电泳沉积的条件。
2.3悬浮液的制备与性能:
2.3.1 固相含量对悬浮液性能的影响
实验固定pH为3,在不加入任何外加剂的条件下,改变固相体积分数。固相体积分数分别为: 40% , 47.5% , 50% , 52.5% , 55% 。悬浮液的粘度随着固相体积分数的增大而增大,当固相体积分数低于50%时,悬浮液粘度增加得平缓,但当固相体积分数超过50%时,悬浮液粘度急剧增大。高固低粘是电泳分离的前提,所以认为悬浮液固相体积分数为50%最合适。
2.3.2 分散剂的选择及作用
??? 由于硅和碳化硅零电点的PH值均小于7,宜采用中性聚合物或者阳离子聚电解质。本亚博国际娱乐app--任意三数字加yabo.com直达官网选用阿拉伯树胶作为分散剂,水作为分散介质。实验在固相体积分数固定为50%,pH=3的条件下进行。逐渐增加分散剂的量:0、0. 10%、0. 20%、0. 30%、0. 40 %。分散剂的加入量与悬浮液粘度见图一。由图一可知,悬浮液粘度随着分散剂加入量的增多而有所下降,但当分散剂的加入量超过0. 30%时,悬浮液粘度不但不会下降反而会上升。
2.4 zeta电位测定
??? 进行电泳沉积首先需要预先制备均匀分散的陶瓷粉末的悬浮液。悬浮颗粒必须要带有均匀表面电荷,电荷量要尽量高。水溶液中的SiC和Si粉末颗粒-水界面的电荷源自表面氢离子和氢氧根离子的吸附或脱附,或者表面硅醇基团的离解,加入阿拉伯胶后通过疏水作用吸附在颗粒表面,增加了颗粒表面的电量。
Zeta电位可以通过在悬浮液中加入荷电剂,改变PH值等方式来调节。不同的添加剂可以影响颗粒带电的电性和电量。在相同大小的电场下,Zeta电位大小决定着粒子的电泳迁移率,进而影响分离的效果。当Zeta电位太低

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