CN102746936A - 硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，是一种硅片切割废液资源化回收利用。本发明包括：向硅片切割废液中加入稀释剂搅拌，以达到降低粘度和去除铁屑的目的；将反应后的悬浮液进行固液分离；用蒸馏水洗涤固体物料至中性，离心，烘干；将该固体物料与一定量的焦炭混合，放置在1500℃～2000℃的气氛炉中反应，将固体物料中的硅转化成碳化硅；反应制得固体粉料经过氧气气氛炉反应除去过量的焦炭得到高纯碳化硅粉体，将该粉体经分级设备进行分级；对分出的不同粒径的碳化硅粉体进行分号包装。本发明提供了一种工艺简单，回收成本较低的工艺，这不仅有效的避免了切割废液直接排放造成的资源浪费及环境污染，同时还降低了硅片切割的生产成本，是一种变废为宝的技术。

Description

硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法

技术领域

本发明涉及一种废物回收利用工艺，具体涉及一种硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法 。

背景技术

新能源硅片材料是制作集成电路的重要材料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成各种半导体器件，也是制造光伏电池基板的主要生产材料，是晶体光伏电池技术中最昂贵的部分。硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术。现代线锯的核心是在切割液配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线。最多可达1000条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线网。马达驱动导线轮使整个切割线网以每秒5米到25米的速度移动。切割线的速度、直线运动或来回运动都会在整个切割过程中根据硅锭的形状进行调整。在切割线运动过程中，喷嘴持续向切割线喷射含有悬浮碳化硅颗粒的切割液。

碳化硅在当代非氧化物高技术耐火原料中应用最广泛，最经济的一种；碳化硅是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，属于α-SiC，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm²。其中黑碳化硅是以石英砂、石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，性脆而锋利。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。碳化硅的硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。因此，主要应用于功能陶瓷、高级耐火材料、冶金原料及切割磨料。用于切割硅片的碳化硅目前一般都是含SiC含量大于 97%的绿碳化硅。

在切割过程中由于机械力的作用，导致碳化硅微粒的球形系数、粒径和粒径分布发生变化；另外，硅被切割的粉末和其它机械杂质混于其中，形成混合性切割加工副产物。硅片切割废液中主要组分为（质量百分数）：聚乙二醇含40%～50%；碳化硅含23%～33%；硅含20%～24%；铁屑含2.5%～3.0%。

目前，硅片切割废液中回收碳化硅技术主要以简单的化学处理方法为主。

专利CN101113029中公开了单晶硅切割液的处理回收方法。采用硝酸、氢氟酸组成的混合溶液清洗固体混合物，将硅腐蚀掉，所得溶液经蒸出、冷凝得到硅氟酸溶液，再通过其它工艺回收硅，剩余的固体物质则为碳化硅。

专利CN101623898中公开一种线切割工艺中砂浆的化学回收方法。采用碱溶液处理切割废料，硅粉与碱反应生成可溶性的硅酸钠溶液，稀释后过滤分离得到碳化硅。

化学分离方法能够回收切割废料中的碳化硅，但抛弃了高价值的硅粉材料；此外，回收过程可能产生有毒物质，不符合环保要求，经济的合理性待进一步评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保、节约能源的硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，其特殊之处在于包括如下步骤：

 (1)向切割废液中加入一定量的稀释剂搅拌；

 (2)将反应后的悬浮液进行固液分离，得到固体物；

 (3)用蒸馏水洗涤固体物至中性，离心，烘干；

 (4)将一定量的固体物料和过量的焦炭混合，放置在1500℃～2000℃的气氛炉中反应；

 (5)将反应制得固体物料放置在氧气气氛炉中反应除去多余焦炭粉提纯碳化硅粉体；

 (6)将高纯碳化硅粉体经分级设备进行分级；

 (7)对分出的不同粒径的碳化硅粉体进行分号包装。

步骤(1)中所述的稀释剂为无机酸或有机酸，其中无机酸为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸，有机酸为醋酸、柠檬酸。稀释剂的质量浓度为5%～30%，其中固体与稀释剂的比为1:2到1:6（g/mL），反应时间

为2～5小时，反应温度为室温或者40℃～70℃。

步骤(4)中的固体物料和焦炭的质量比为4:1～4:5；反应温度

温度为1500℃～2000℃。

步骤(4)中高温气氛炉中通入气体为氮气、氩气、氦气中的一种。

步骤(5)中氧气气氛炉反应温度为800℃～1000℃。

步骤(6)中的分级设备为风力分级机。

具体实施例

实施例1：

一种硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，包括如下步骤：

 (1)向切割废液中加入5%的硫酸，固体物与硫酸的比为1:2（g/mL），在室温下反应2h；

 (2)将反应后悬浮液进行固液分离，得到固体物；

 (3)用蒸馏水洗涤固体物至中性，离心，烘干；

 (4)将一定量的固体物料和过量的焦炭混合，放置在高温氮气气氛炉中反应，其中固体物料与焦炭的质量比为4:1，反应温度为1500℃；

 (5)将反应后固体物料放置氧气气氛炉中使碳化硅和剩余焦炭进行分离提纯反应，反应温度800℃；

 (6)将高纯碳化硅粉体经通过风力分级设备进行分级；

 (7)对分出的不同粒径碳化硅粉体进行分号包装。

实施例2：

一种硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法 ，包括如下步骤：

 (1)向切割废砂浆中加入15%的盐酸，固体物与盐酸的比为1:4（g/mL），在室温下反应4h；

 (2)将反应后的悬浮液进行固液分离，得到固体物；

 (3)用蒸馏水洗涤固体物至中性，离心，烘干；

 (4)将一定量的固体物料和过量的焦炭混合，放置在高温氩气气氛炉中反应，其中固体物料与焦炭的质量比为4:5，反应温度为2000℃；

 (5)将反应后固体物料放置氧气气氛炉中使碳化硅和剩余焦炭进行分离提纯反应，反应温1000℃；

 (6)将高纯碳化硅粉体经通过风力分级设备进行分级；

 (7)对分出的不同粒径碳化硅粉体进行分号包装。

实施例3：

一种硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法 ，包括如下步骤：

 (1)向切割废砂浆中加入20%的柠檬酸，固体物与柠檬酸的比为1:5（g/mL），在室温下反应5h；

 (2)将反应后的悬浮液进行固液分离，得到固体物；

 (3)用蒸馏水洗涤固体物至中性，离心，烘干；

 (4)将一定量的固体物料和过量的焦炭混合，放置在高温氦气

气氛炉中反应，固体物料与焦炭的质量比为4:3，反应温度为1700℃；

 (5)将反应后固体物料放置氧气气氛炉中使碳化硅和剩余焦炭进行分离提纯反应，反应温度900℃；

 (6)将高纯碳化硅粉体经通过风力分级设备进行分级；

 (7)对分出的不同粒径碳化硅粉体进行分号包装。

Claims (6)

1.硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，其特征是，包括下述步骤：

(1)稀释步骤　向切割废液中加入稀释剂搅拌；

(2)固液分离步骤　将反应后的悬浮液进行固液分离，得到固体物；

(3)洗涤步骤　用蒸馏水洗涤固体物至中性，离心，烘干；

(4)炭混合反应步骤　将一定量的固体物料和过量的焦炭混合，放置在1500℃～2000℃的气氛炉中反应；

(5)提纯步骤　将反应制得固体物料放置在氧气气氛炉中反应除去多余焦炭粉提纯碳化硅粉体；

(6)分级步骤　将高纯碳化硅粉体经分级设备进行分级；

(7)成品包装步骤　对分出的不同粒径的碳化硅粉体进行分号包装。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述步骤(1)中的稀释剂为无机酸或有机酸，其中无机酸为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸，有机酸为醋酸、柠檬酸；稀释剂的质量浓度为5%～30%，其中固体与稀释剂的比为1:2到1:6（g/mL），反应时间为2～5小时，反应温度为室温或者40℃～70℃。

3.根据权利要求1所述的硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，其特征在于所述步骤(4)中的固体物料和焦炭的质量比为4:1～4:5；反应温度为1500℃～2000℃。

4.根据权利要求1所述的硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，其特征在于所述步骤(4)中高温气氛炉中气体是氮气、氩气、氦气中的一种。

5.根据权利要求1所述的硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，其特征在于所述步骤(5)中氧气气氛炉反应温度为800℃-1000℃。

6.根据权利要求1所述的硅片切割废液中碳化硅粉体回收提纯方法，其特征在于所述步骤(6)中的分级设备为风力分级机。