多晶硅，是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅。利用價(jià)值：從目前國(guó)際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。

近年多晶硅太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，作為太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的上游——多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，現(xiàn)國(guó)內(nèi)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)到50多家。
 
隨著多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多晶硅生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的影響越來(lái)越受到關(guān)注。

多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)主要為改良西門子法和硅烷法。西門子法通過(guò)氣相沉積的方式生產(chǎn)柱狀多晶硅，為了提高原料利用率和環(huán)境友好，在前者的基礎(chǔ)上采用了閉環(huán)式生產(chǎn)工藝即改良西門子法。該工藝將工業(yè)硅粉與HCl反應(yīng)，加工成SiHCl3 ，再讓SiHCl3在H2氣氛的還原爐中還原沉積得到多晶硅。還原爐排出的尾氣H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl經(jīng)過(guò)分離后再循環(huán)利用。硅烷法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。改良西門子法和硅烷法主要生產(chǎn)電子級(jí)晶體硅，也可以生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。

如何安全有效地處理這些廢氣廢液，滿足環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、降耗等方面要求，較好地解決多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染和能耗問(wèn)題，已成為關(guān)系到多晶硅產(chǎn)業(yè)能否健康發(fā)展的大問(wèn)題。在多晶硅項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，應(yīng)采取先進(jìn)工藝技術(shù)，徹底有效地對(duì)廢氣廢液進(jìn)行處理，從而減少對(duì)環(huán)境的危害，這對(duì)確保多晶硅產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。
 
1 改良西門子生產(chǎn)工藝及廢氣傳統(tǒng)處理方式
 
1．1 改良西門子生產(chǎn)工藝
 
目前多晶硅生產(chǎn)大都采用改良西門子法，西門子法是以HCl(或Cl2、H2 )和冶金級(jí)工業(yè)硅為原料，將粗硅粉與HCl在高溫下合成為SiHCl3 (TCS)，然后對(duì)SiHCl3進(jìn)行化學(xué)精制提純，接著對(duì)SiHCl3進(jìn)行多級(jí)精餾，使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99．999 9％(6個(gè)9)以上，最后在還原爐中1050°C的硅芯上用超高純的H2對(duì)SiHCl3進(jìn)行還原而生成高純多晶硅棒。
 
改良西門子工藝過(guò)程實(shí)際上是一種提純過(guò)程，金屬硅先轉(zhuǎn)化成SiHCl3。，再用H進(jìn)行一次性還原，這個(gè)過(guò)程中約有25％的SiHCl3轉(zhuǎn)化為多晶硅，其余大量進(jìn)入尾氣，其中還包括SiCl4 (STC)、SiH2 Cl2(DCS)、H2：、HCl等。即使采用先進(jìn)的回收工藝，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的閉環(huán)運(yùn)行，反應(yīng)過(guò)程中還是有一定量的副產(chǎn)氯硅烷排人到廢氣中。特別是對(duì)于國(guó)內(nèi)多數(shù)多晶硅企業(yè)，由于生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后，沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的閉環(huán)運(yùn)行，會(huì)有大量的氯硅烷、氫氣、氯化氫等危險(xiǎn)有毒物質(zhì)進(jìn)入廢氣中。如何徹底有效地處理這些易燃、易爆、有毒、有害氣體是制約多晶硅產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的難題。
 
1．2 傳統(tǒng)廢氣處理工藝
 
多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、廢液，其主要成分為SiCl4、SiHCl3、SiH-2Cl-2、HC1、H2、N2及少量的金屬氯化物。目前國(guó)內(nèi)多晶硅廠幾乎全都采用堿液淋洗工藝，主要是因?yàn)槠渫顿Y較少，工藝流程簡(jiǎn)單。工藝大致為：多晶硅生產(chǎn)中廢氣、廢液直接進(jìn)入堿液(NaOH或CaO溶液)淋洗塔，生成NaCl、CaCl2、SiO2(粉)、Na2SiO3等，然后送至后續(xù)的廢水處理單元，進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽和固體廢物處理；出淋洗塔的尾氣(含H2、其他惰性氣體)排空。
 
采用堿液淋洗工藝有以下不足之處：
 
(1)安全性不高。廢氣中含有大量的氫氣，傳統(tǒng)的淋洗工藝并不能處理氫氣，大量的氫氣一直伴隨在淋洗工藝中，并且淋洗中堿液與氯硅烷反應(yīng)也要產(chǎn)生氫氣，并伴隨放出一定的熱量，這就帶來(lái)很大的安全隱患。
 
(2)大量氯離子排放。水洗水解本質(zhì)上沒(méi)有進(jìn)行無(wú)害化處理，無(wú)論所得是氯化鈉還是氯化鈣的溶液，都是含有大量氯根的鹽水，不符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，若直接排放，會(huì)危害到整個(gè)自然資源。
 
(3)資源浪費(fèi)。在整個(gè)水洗水解工藝中有兩塊資源可以利用，其一是二氧化硅，是一種現(xiàn)在很多合成材料中的添加劑，為市場(chǎng)供應(yīng)緊缺貨；其二是氯化氫，水洗水解是采用直接中和排放，不僅造成氯根對(duì)自然環(huán)境的污染，而且造成資源浪費(fèi)；若通過(guò)分離后回收氯化氫，不僅可以作為廢鹽酸外售，而且在太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)上利用氯化氫回收工藝可達(dá)到循環(huán)生產(chǎn)、資源化利用的目的。
 
2 廢氣焚燒工藝探討
 
現(xiàn)國(guó)內(nèi)多數(shù)多晶硅生產(chǎn)廠廢氣和廢液一般通過(guò)堿液淋洗進(jìn)行處理，這樣會(huì)產(chǎn)生大量的高鹽廢水，不僅對(duì)環(huán)境有污染，還造成大量的資源浪費(fèi)。而采用焚燒工藝處理廢氣及廢液，就可以變廢為寶，節(jié)能降耗。采用焚燒工藝可回收二氧化硅和鹽酸，余熱還可副產(chǎn)蒸汽用于廢水的蒸發(fā)結(jié)晶，既實(shí)現(xiàn)了廢水的零排放，又可以回收NaCl、CaCl：等鹽類作副產(chǎn)品出售，最后少量的廢氣經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，這樣一方面減少環(huán)境污染，另一方面做到節(jié)能減排，增加經(jīng)濟(jì)效益。
 
2．1 廢氣焚燒工藝及原理
 
采用焚燒工藝處理含氯廢氣已經(jīng)在化工行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，焚燒處理能最大限度地減容、減量并消除廢物對(duì)地下水、大氣和土壤的污染，而且廢物焚燒產(chǎn)生的熱能還可用于熱能回收，含氯廢氣焚燒可對(duì)其產(chǎn)生的氯化氫進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。焚燒處理技術(shù)已在發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，如美國(guó)已建成200多套焚燒裝置，其焚燒處理的有害廢棄物占廢棄物總量的23．6％；日本、德國(guó)、法國(guó)、荷蘭和韓國(guó)等焚燒處理廢棄物的量也在本國(guó)廢棄物處理總量中占有相當(dāng)大的比例。
 
廢氣、廢液焚燒的工作原理是將有機(jī)廢水霧化、廢氣噴入焚燒爐，通人供給氧氣(空氣)和助燃燃料后點(diǎn)火燃燒，完成廢棄物的氧化熱解處理。在多晶硅廢氣、廢液處理中，采用高溫焚燒將廢氣、廢液轉(zhuǎn)化為HCl、SiO2、CO2及水蒸汽等產(chǎn)物，再通過(guò)對(duì)焚燒產(chǎn)物的深度處理和物料收集，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、資源化處理。
 
2．2 廢氣焚燒處理工藝流程
 
焚燒工藝是較為先進(jìn)的廢氣處理工藝，環(huán)保性和安全性都比較高，可做到對(duì)廢氣、廢液徹底有效的治理。其工藝流程為：焚燒一余熱回收一二氧化硅回收一急冷一鹽酸回收一淋洗塔一排放。

多晶硅生產(chǎn)裝置中產(chǎn)生的廢氣、廢液通過(guò)緩沖罐緩沖后，進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行高溫氧化反應(yīng)，把氯硅烷徹底有效地分解，生成SiO2、HCl等，出焚燒爐的高溫?zé)煔夂写罅康臒崃?，進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行降溫并回收煙氣中的余熱，利用煙氣的余熱間接加熱脫鹽水，使其變成蒸汽回用；煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫后進(jìn)入過(guò)濾器進(jìn)行氣固分離，去除煙氣中的SiO2粉塵；除塵后的煙氣進(jìn)入急冷塔，通過(guò)水的噴淋降低煙氣溫度，噴淋降溫塔出來(lái)的鹽酸經(jīng)過(guò)石墨換熱器與冷卻水換熱冷卻后進(jìn)人噴淋裝置繼續(xù)對(duì)煙氣進(jìn)行降溫，除塵降溫后的煙氣進(jìn)入鹽酸回收裝置回收鹽酸，剩余煙氣中少量的Cl2和HCl通過(guò)堿液淋洗塔淋洗，后經(jīng)氣水分離器將處理后的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排放。