多晶硅是光伏产业和半导体产业的基础材料,其主流生产工艺是改良西门子法——用三氯氢硅(SiHCl₃)在还原炉中经化学气相沉积(CVD)生成高纯多晶硅。在生产过程中,会产生大量氯硅烷尾气(SiHCl₃、SiCl₄、H₂、HCl等)和高沸物残液(含氯硅烷聚合物、金属氯化物等)。这些尾气和残液具有强腐蚀性、遇水易水解产生HCl气体,若处理不当会引发严重的安全隐患和环境污染。目前多晶硅生产厂家普遍采用“双塔串联淋洗”工艺处理上述尾气及残液。生石灰(石灰乳)作为淋洗剂,在其中发挥着中和与水解的关键作用。

改良西门子法多晶硅生产中“石灰乳淋洗”处理工艺:将高沸物残液及氯硅烷尾气通入淋洗塔,与淋洗塔内的淋洗剂(10%-30%石灰乳)进行中和反应。在淋洗塔中,氯硅烷(SiHCl₃、SiCl₄)遇水发生水解反应生成SiO₂和HCl:SiCl₄ + 2H₂O → SiO₂↓ + 4HCl;SiHCl₃ + 2H₂O → SiO₂↓ + 3HCl + H₂↑。水解生成的HCl随即与石灰乳发生中和反应:2HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O。反应生成的氯化钙(CaCl₂)溶解于淋洗液中,携带二氧化硅细颗粒从塔底排出。淋洗塔底部设有循环池收集液体,并用泵重新打入塔顶循环使用。中和反应后排出的气体主要是氮气、氢气及少量氯化氢,经过液封罐(装有石灰乳淋洗剂)进一步吸收后排空。淋洗剂在pH>8时循环使用;当pH≤8时,补充10%-30%石灰乳至pH>8后继续循环使用。
石灰乳淋洗剂相比氢氧化钠(NaOH)淋洗剂具有显著优势。在使用过程中,石灰乳中的Ca²⁺与Cl⁻生成的氯化钙结晶缓慢且晶体松散,不易堵塞管道和设备。相比之下,NaOH淋洗剂生成的NaCl结晶致密,容易在管道内壁形成硬垢,堵塞淋洗塔和循环管路。此外,石灰乳可节省8%-10%的淋洗剂用量,节约生产成本。石灰的来源广泛、价格低廉(约为NaOH的1/3-1/5),是多晶硅生产企业经济实用的选择。
经石灰乳中和处理后的液体(含CaCl₂、SiO₂细颗粒、少量金属氯化物)处理至中性后进行无害化处理。固体残渣(主要为SiO₂和金属氢氧化物)经压滤脱水后可作为一般工业固废处置。该工艺使多晶硅生产中的氯硅烷尾气和高沸物残液得到了有效处理,避免了HCl气体泄漏和氯硅烷水解造成的环境污染,是多晶硅行业清洁生产的重要保障。
