CN102120576A - 一种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法，该方法首先对废砂浆利用离心机进行固液分离，将分离后的固态砂与水混合搅拌；采用磁选除铁，然后加入一定量的分散剂，并超声处理；通过沉降或进行水力溢流冲洗实现硅和碳化硅颗粒的分离以及碳化硅颗粒自身的分级；最后对分级后的固体进行干燥并进一步采用旋风分级机将未完全分离的硅粉和碳化硅颗粒进一步分离，从而获得高纯度的碳化硅粉。本发明可以有效的回收硅晶棒切割废砂浆中的碳化硅微粉，回收效率高，环境污染小，并能满足硅棒线切割的要求，可循环使用，极大降低了企业生产成本。

Description

一种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法

技术领域

本发明属于废砂浆回收技术领域，涉及一种回收碳化硅微粉的方法，尤其是一种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法。

背景技术

随着太阳能光伏产业和半导体产业的不断发展，对单、多晶硅的使用量不断增加，尤其是近年来太阳能行业对大面积薄硅片的需求量不断增加，并且要求硅片的质量要求不断提高。碳化硅粉体由于化学性质稳定、硬度高、耐磨性能好等优点，在太阳能级大直径单晶硅棒多线切割中广泛应用。

工业上主要是利用游离碳化硅磨料并采用聚乙二醇(分子量200-400)液体作为分散液，按照一定比例混合配制成砂浆，进行多线切割硅棒，进而获得薄硅晶片。多线切割中使用的是切割液和碳化硅混合成游离态稳定悬浮剂…-砂浆，其在切割过程中起主要作用。砂浆是被切割线的往复运动带到切割区域，碳化硅颗粒在切割线高速运动下，通过滚压、镶嵌，刮擦过程，完成切割。这种砂浆理论上是可以循环使用的，但由于切割摩擦作用，会有产生少量硅粉和金属碎屑，并混入砂浆，使得砂浆的粘度增加、流动性变差、导热性能降低，这不但极大的降低了砂浆的切削能力，还导致切割后的硅片受体系温度升高的影响而发生翘曲以及其表面被细碎颗粒过度研磨光洁度变差使得硅晶片产品质量下降，从而限制了砂浆的再循环使用次数。因此在硅晶棒的切割过程中，需要不断的补充或更换新砂浆，进而产生了大量的硅晶圆线切割废砂浆。对于废砂浆中碳化硅粉和聚乙二醇的回收利用是人们研究的一个重要课题。

在切割过程中碳化硅颗粒会很少量不同程度的磨损和破碎，但绝大多数的碳化硅粉，可以通过回收后继续利用。在硅晶圆棒的切割过程中碳化硅颗粒的有效切割粒径为5-16μm，因此只需对少量的5μm以下的颗粒做分离处理即可达到目的，这对于碳化硅资源的节约及有效利用有着突出的贡献。传统的对废砂浆中碳化硅的回收主要是通过化学清洗方式来实现。此外这种回收方式虽然可以有效地获得碳化硅粉，但也产生了大量的废水，直接排放后对人类的生存环境带来了极大的污染，从长远的角度看是一种得不偿失的方式。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法，该方法是通过物理分离或分级的方式实现硅片切割废砂浆中的碳化硅回收再次使用，同时使回收后的碳化硅能够满足硅晶切片工序的使用要求，并在多项性能和指标方面优于全新碳化硅微粉。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法，包括以下步骤：

1)分离液体份：对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物；

2)固液混合：将所得固体沉淀物与水进行固液混合搅拌，得到悬浮液；

3)磁选除铁：将悬浮液经过反复磁选，除去其中的铁合金；

4)沉降分离或分级：步骤3)处理后的悬浮液进行反复混匀沉降不断去除上层悬浮液，或持续水力逆流溢流冲洗获得固体沉淀物或浓悬浮液；

5)粉体的脱水及干燥处理：将步骤4)中所得的固体沉淀物进行干燥处理，或将所得的浓悬浮液进行离心后干燥处理，得到碳化硅微粉。

进一步，在上述步骤1)中，固液分离设备采用离心分离器、真空过滤器、板框压滤器或沉降器中的一个或多个；在固液分离时，通过加水稀释的方法降低废砂浆的粘度。

上述步骤2)中，固液混合设备采用搅拌机、混合槽或固液混合器的一个或多个。在固液混合过程中采用超声清洗机对混合液进行超声处理，或对形成后的悬浮液单独进行超声处理。在超声处理过程中，向混合液或悬浮液中添加硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钠、草酸钠、烷基芳基磺酸盐、烷基苯磺酸钠、烷基酚聚乙烯醚、山梨糖醇烷基化物、聚氧乙烯烷基酚基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、TH-908陶瓷分散剂、马来酸丙烯酸共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸多元共聚物、羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸盐四元共聚物、丙烯酸-丙烯酸羟丙脂共聚物的一种或几种混合物，加入量为待处理的混合液或悬浮液质量的千分之一至百分之一。

上述步骤3)中，所述的磁选设备采用永磁或电磁的磁选机。

上述步骤4)中，对于悬浮液的反复混匀沉降采用离心沉降或重力沉降形式；采用离心分离机、沉降器实现微粉分级或分离，并移除上层悬浮液，移除上层悬浮液采用虹吸、倾倒或阀门排放的方式。对于悬浮液的续水力逆流溢流冲洗采用溢流塔或水力旋流分级器实现微粉水力分级或分离。

上述步骤5)中，干燥处理设备采用振动流化床干燥机、热风循环烘箱、回转筒干燥机、回转筒煅烧机、管束式干燥机、高效旋流干燥机、普通干燥机或真空干燥器。

进一步的，在步骤5)中，本发明可以将干燥后的碳化硅粉体粉碎后，采用涡轮式分级机或旋风分离器进一步提纯。

本发明具有以下有益效果：

通过本发明的回收碳化硅微粉的方法，可以实现同一批料多次回收循环再利用的目的，最大程度地提高了原材料的使用效率，降低硅片切割的成本。本发明可以有效的回收单晶硅棒切割废砂浆中的碳化硅微粉，回收效率高，环境污染小，并能满足硅棒线切割的要求，可循环使用，极大降低了企业生产成本，而且避免了废砂浆排放给环境造成的污染。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法，具体包括以下步骤：

1)分离液体份

对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。其中固液分离设备采用离心分离器、真空过滤器、板框压滤器或沉降器中的一个或多个联用；在固液分离时，通过加水稀释的方法降低废砂浆的粘度。

2)固液混合

将所得固体沉淀物与水进行固液混合搅拌，得到悬浮液；固液混合设备采用搅拌机、混合槽或固液混合器的一个或多个联用的方式。在本发明的较佳实施例中，固液混合过程中可以采用超声清洗机对混合液进行超声处理，或对形成后的悬浮液单独进行超声处理。

另外，为了更好的使固液混合，在超声处理过程中，可以向混合液或悬浮液中添加表面活性剂、无机类分散剂、有机类分散剂、高分子类分散剂包括：硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钠、草酸钠、烷基芳基磺酸盐、烷基苯磺酸钠、烷基酚聚乙烯醚、山梨糖醇烷基化物、聚氧乙烯烷基酚基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、TH-908陶瓷分散剂、马来酸丙烯酸共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸多元共聚物、羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸盐四元共聚物、丙烯酸-丙烯酸羟丙脂共聚物的一种或几种混合物，加入量为待处理的混合液或悬浮液质量的千分之一至百分之一，加入的表面活性剂、无机类分散剂、有机类分散剂、高分子类分散剂之间为任意比。

3)磁选除铁

将悬浮液经过反复磁选，除去其中的铁合金；所述的磁选设备采用永磁或电磁的磁选机。

4)沉降分离或分级

将步骤3)处理后的悬浮液进行反复混匀沉降不断去除上层悬浮液，或持续水力逆流溢流冲洗获得固体沉淀物或浓悬浮液；对于悬浮液的反复混匀沉降采用离心沉降或重力沉降形式；采用离心分离机、沉降器以及其他可实现微粉分级或分离的设备实现微粉分级或分离，并移除上层悬浮液，移除上层悬浮液采用虹吸、倾倒或阀门排放的方式。对于悬浮液的续水力逆流溢流冲洗采用溢流塔或水力旋流分级器实现微粉水力分级或分离。

5)粉体的脱水及干燥处理

将步骤4)中所得的固体沉淀物进行干燥处理，或将所得的浓悬浮液进行离心后干燥处理，得到碳化硅微粉。干燥处理设备采用振动流化床干燥机、热风循环烘箱、回转筒干燥机、回转筒煅烧机、管束式干燥机、高效旋流干燥机、普通干燥机或真空干燥器。

将干燥后的碳化硅粉体粉碎后，可以采用涡轮式分级机或旋风分离器进一步提纯。

以下给出几种本发明的较佳实施例：

实施例1

a采用离心分离器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用搅拌机将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂硬脂酸进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用顺流式永磁磁选机进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用离心沉降将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，采用倾倒实现上层悬浮液与下层沉淀物的分离，不断去除上层悬浮液，获得碳化硅含量较高的浓悬浮液。

c采用振动流化床干燥机将步骤d中所得的浓悬浮液进行干燥处理，然后采用涡轮式分级机实现粉体分级进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例2

a采用板框压滤器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用搅拌机将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂十二烷基磺酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用永磁除铁器进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用沉降器将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，然后通过阀门排放的方式，不断收集下层固体沉淀物，获得碳化硅含量较高的固体沉淀物。

e采用回转筒干燥机将步骤d中所得的固体沉淀物进行干燥处理，然后采用旋风分离机实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例3

a采用真空过滤器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用混合槽将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂六偏磷酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用半逆流式电磁磁选机进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用溢流塔将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，然后采用持续水力逆流溢流冲洗，不断去除上层悬浮液，获得碳化硅含量较高的浓悬浮液。

e采用高效旋流干燥机将步骤d中所得的浓悬浮液进行干燥处理，然后采用涡轮式分级机实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例4

a采用离心分离器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用固液混合器将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂二硅酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用逆流式永磁磁选机进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用水力旋流分级器将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，采用阀门排放实现上层悬浮液与下层沉淀物的分离，不断去除上层悬浮液，获得碳化硅含量较高的浓悬浮液。

e采用普通干燥机将步骤d中所得的浓悬浮液进行干燥处理，然后采用涡轮式分级机实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例5

a采用板框压滤器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用搅拌机将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂烷基苯磺酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用永磁磁选器进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用溢流塔将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，采用阀门排放实现上层悬浮液与下层沉淀物的分离，不断去除上层悬浮液，获得碳化硅含量较高的浓悬浮液。

e采用真空干燥器将步骤d中所得的浓悬浮液进行干燥处理，然后采用旋风分离机实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例6

a采用离心分离器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用搅拌机将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂二辛基琥珀酸磺酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用半逆流电磁磁选机进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用离心分离机将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，采用倾倒实现上层悬浮液与下层沉淀物的分离，不断去除上层悬浮液，获得碳化硅含量较高的浓悬浮液。

e采用热风循环烘箱将步骤d中所得的浓悬浮液进行干燥处理，然后采用旋风分离器实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例7

a采用板框压滤器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用混合槽将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂十二烷基苯磺酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用永磁磁选器进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用沉降器将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，通过阀门排放的方式，不断收集下层固体沉淀物，获得碳化硅含量较高的固体沉淀物。

e采用高效旋流干燥机将步骤d中所得的固体沉淀物进行干燥处理，然后采用旋风分离机实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

实施例8

a采用板框压滤器对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物。

b采用搅拌机将a中所得的固体沉淀物与水和分散剂烷基苯磺酸钠进行混合，得到一定浓度的悬浮液。

c采用电磁磁选器进行反复除铁，不断去处悬浮液中的铁合金，得到铁合金含量较少的悬浮液。

d采用水力旋流分级器将步骤c处理后的悬浮液进行反复混匀沉降，采用持续水力逆流溢流冲洗实现上层悬浮液与下层沉淀物的分离，不断去除上层悬浮液，获得碳化硅含量较高的浓悬浮液。

e采用普通干燥机将步骤d中所得的浓悬浮液进行干燥处理，然后采用涡轮式分级机实现粉体分级，进一步得到较高浓度的碳化硅微粉。

Claims (10)

1.一种从硅片切割产生的废砂浆中回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)分离液体份：对废砂浆进行固液分离，去除液体成份，得到固体沉淀物；

2)固液混合：将所得固体沉淀物与水进行固液混合搅拌，得到悬浮液；

3)磁选除铁：将悬浮液经过反复磁选，除去其中的铁合金；

4)沉降分离或分级：步骤3)处理后的悬浮液进行反复混匀沉降不断去除上层悬浮液，或持续水力逆流溢流冲洗获得固体沉淀物或浓悬浮液；

5)粉体的脱水及干燥处理：将步骤4)中所得的固体沉淀物进行干燥处理，或将所得的浓悬浮液进行离心后干燥处理，得到碳化硅微粉。

2.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤1)中，固液分离设备采用离心分离器、真空过滤器、板框压滤器或沉降器中的一个或多个；在固液分离时，通过加水稀释的方法降低废砂浆的粘度。

3.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤2)中，固液混合设备采用搅拌机、混合槽或固液混合器的一个或多个。

4.根据权利要求3所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤2)中，在固液混合过程中采用超声清洗机对混合液进行超声处理，或对形成后的悬浮液单独进行超声处理。

5.根据权利要求4所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，在超声处理过程中，向混合液或悬浮液中添加硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钠、草酸钠、烷基芳基磺酸盐、烷基苯磺酸钠、烷基酚聚乙烯醚、山梨糖醇烷基化物、聚氧乙烯烷基酚基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、TH-908陶瓷分散剂、马来酸丙烯酸共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸多元共聚物、羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸盐四元共聚物、丙烯酸-丙烯酸羟丙脂共聚物的一种或几种混合物，加入量为待处理的混合液或悬浮液质量的千分之一至百分之一。

6.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤3)中，所述的磁选设备采用永磁或电磁的磁选机。

7.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤4)中，对于悬浮液的反复混匀沉降采用离心沉降或重力沉降形式；采用离心分离机、沉降器实现微粉分级或分离，并移除上层悬浮液，移除上层悬浮液采用虹吸、倾倒或阀门排放的方式。

8.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤4)中，对于悬浮液的续水力逆流溢流冲洗采用溢流塔或水力旋流分级器实现微粉水力分级或分离。

9.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤5)中，干燥处理设备采用振动流化床干燥机、热风循环烘箱、回转筒干燥机、回转筒煅烧机、管束式干燥机、高效旋流干燥机、普通干燥机或真空干燥器。

10.根据权利要求1所述的回收碳化硅微粉的方法，其特征在于，步骤5)中，将干燥后的碳化硅粉体粉碎后，采用涡轮式分级机或旋风分离器进一步提纯。

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