摘要：本文通过对绿碳化硅微粉生产能耗环节的总结和分析，提出了碳化硅微粉生产主要节能技术、装备及发展方向。
关键词：绿碳硅微粉 节能减排 光伏行业
1 概述
随着全球温室效应和常规能源危机的加剧，低碳经济，绿色经济已经成为全球经济发展的大方向，发展可再生能源已成为世界各国推动本国经济发展的重要举措。太阳能作为可再生能源，其无限性和环保性具有无可比拟的优势，大力发展光伏产业已成为各国发展本国经济，解决能源问题的重要方向。
绿碳化硅微粉是光伏行业晶硅电池片切割必须的切割辅材，每切割1吨晶体硅需要切割微粉3t。可以说，在目前的技术装备水平下，绿碳化硅微粉的生产是光伏产业链上必不可少的环节。同样，光伏产业的高速发展势必带动整个碳化硅产业的发展。
众所周知，传统的碳化硅生产及其深加工是高能耗高污染的行业，在国家宏观调控政策和节能减排的压力下，面临利润下降，甚至关停的风险。
如何在保证光伏行业发展的前提下，促进整个碳化硅行业绿色发展，已经是整个行业必须要回答的课题。加强碳化硅绿色生产技术，节能技术及装备的研发，确保整行业的生存与发展已经刻不容缓。
值得欣慰的是，目前包括冶炼炉大型化，冶炼尾气综合利用新技术、冶炼用水循环使用、超细粉回炉等节能技术已经进入实质性建设阶段，相信近一两年将会有质的飞跃。本文仅对碳化硅微粉生产的精加工部分的能耗情况进行分析和总结。
2 绿碳化硅微粉生产现状
2.1 生产现状
绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成，每吨的耗电量为8000千瓦时，耗水3t。其硬度均介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉。
2009-2010 年度我国硅和绿碳化硅的产能都在迅速扩张，其中以绿碳化硅的扩张幅度最为突出。绿碳化硅的产能从2009 年的40万吨扩大到98万吨。2011年底的产能将在此基础上增加50%是有可能的，国内生产碳化硅的冶炼工厂主要集中在电力资源相对比较便宜和供电比较充足的西北地区，如宁夏、甘肃、青海、四川、新疆等省和自治区，其中新疆地区的量将达到60 万吨。我国绿碳化硅用于晶片切割的量占总量的90%左右。
绿碳化硅微粉是绿碳化硅经多工序精细加工的高端产品，具有耐高温、耐磨损、高硬度、低膨胀系数、碳化硅含量高、粒度分布范围好等特点，是光伏产业、半导体及压电晶体产业，生产晶硅电池片的主要切割材料，目前主要用于光伏行业。
绿碳化硅微粉生产量在35万吨左右，主要生产厂家集中在河南、山东、江苏和辽宁等省，2010生产量在35万吨左右。我国绿碳化硅用于晶片切割的量占总量的90%左右。
2.2 碳化硅微粉生产工艺流程
从上述流程可以看出，绿碳硅微粉生产的实质是碳化硅块破碎-除杂-分级过程：从100mm破碎为10um左右，除去产品中铁、游离碳、游离硅等杂质，再按照产品标准要求分选出各粒度产品。从碳化硅块破碎到半成品粉成品率在70%左右，半成品经化学处理及分级成品率在85%-88%，总的微粉加工成品率在58%-60%。因此，加强微粉生产能耗研究，对降低整个行业能耗降低具有重要意义。
3 碳化硅微粉生产能耗现状及分析
碳化硅微粉生产主要的能耗是电和水。破碎工序、干燥工序耗电量大，化学处理及分级工序耗水量大。
破碎工序耗电量统计，按照现有主导工艺流程及装备计算，每吨碳化硅微粉半成品生产粗碎耗电量15-20kwh/t，细碎耗电量690kwh/t，破碎总能耗710 kwh/t，折算到碳化硅微粉成品能耗(成品率按88%计)810kwh/t。干燥工序(以电加热，采用散蒸干燥计，成品含水量<0.3%)吨成品耗电量230 kwh/t，其他工序包括离心脱水工序，输送工序，均混工序，搅拌工序等，综合能耗在80-90kwh/t，
配套设备主要包括空压机、除尘风机等吨成品耗电量165 kwh/t，综合能耗在全工序能耗在1285 kwh/t。
每吨碳化硅微粉(分级和化学处理)生产耗新鲜水量35t。
目前碳化硅微粉生产吨产品能耗统计表
4 绿碳硅微粉生产主要节能技术分析及措施
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序号 |
工序 |
耗电量
kwh |
耗水量
t |
备注 |
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1 |
破碎工序 |
810 |
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|
2 |
化学处理及分级工序 |
|
35 |
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3 |
干燥工序 |
230 |
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4 |
其他工序 |
80 |
|
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6 |
其他公用设备能耗（空压机、除尘风机） |
165 |
|
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5 |
合计 |
1285 |
35 |
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4.1 主要节电技术分析及应用
碳化硅物料硬度高，破碎特别是细碎(5mm破碎到10um)，破碎工序需要总体破碎比大，破碎困难，耗电量大。
碳化硅微粉生产电耗主要集中在破碎工序、干燥工序及给破碎工序配套的公用设备。
目前主要的节能措施包括：
1)严格控制产品水分，特别是进入细碎磨机水分，提高设备破碎效率。针对碳化硅产品特点，持续改进磨机设备。通过调整磨机磨环高度，主机分级器及配套风机风量、风压参数，提高破碎效率，减少过粉碎。对破碎细粉进行气力分级，提高成品率。通过上述措施，破碎成品率可以到达70%，产品小时产量可以从80kg提高到85kg。破碎综合能耗可以下降到650kwh/t。
3)对破碎原理进行研发，总体破碎机构造，降低能耗。江苏某企业通过吸收国外技术，研发出新型破碎设备，虽然在晶体形貌，粒度分布等方向还需进一步完善，但小时产量可达到135kg，设备装机容量只要30kw，细碎工序吨产品能耗仅200kwh/t。同时该设备不需要大量压缩空气，公用设备能耗也会降低。
4)采用增加脱水工序，采用高效干燥设备降低干燥工序能耗。
目前，干燥工序前普遍增加离心脱水设备，进干燥设备的物料含水量由原来的20%下降到8%-10%，干燥能耗下降近一倍。主体干燥设备是散蒸干燥机，隧道式干燥窑。较以前采用的烘箱节能效果明显。
近几年，随着微波技术的完善，应积极引用到行业内，同时对现有盘式干燥机的耐磨性进行改进，采用直接加热方式替代目前干燥设备的间接加热方式，提高干燥设备效率，能耗有望下降一半，吨产品能耗120kwh/t。
4.2 主要节水技术分析及应用
碳化硅微粉生产耗水量巨大，行业内经过不断摸索，耗水量已下降到35t，但仍有改进空间。 主要节水技术包括：
1)在酸洗工序前增加湿式除铁工序，降低细粉含铁量，减少酸消
耗量，同时减少酸洗冲中次数。
2)采用酸洗废水及溢流工序废水分别处理工艺及技术，实现生产用水循使用。酸洗废水和溢流废水主要污染物包括铁离子、钽粉、碳化硅细粉、其他生产用添加剂。随着膜处理技术及相关水处理技术的进步，完全可以实现生产用水循环使用。溢流工序废水处理时，参照本流程，加大平流沉淀池面积，多介质过滤后增加细粉过滤器，超滤膜处理即可回用到生产线上。
通过上述流程处理，整个微粉生产用水量仅是制水废水及循环使用蒸发和物料带走水分，整个吨产品耗水量可以由30吨下降到8-10吨。节水效果明显。
5 结语
伴随着光伏行业的高速发展，绿碳化硅微粉生产规模的不断扩大，绿碳化硅微粉生产中节能技术的应用日益受到重视。
采用最完善的节能措施，碳化硅微粉生产吨产品电耗从1285 kwh/t，下降到500 kwh/t左右，水耗从30t下降到8-10t。节能效果明显。
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文章名称：
绿碳化硅微粉生产节能技术探讨
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