CN103466623B - 硅片切割废浆液的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅片切割废浆液的处理方法，包括以下步骤：将硅片切割废浆液进行离心分离，分别得到液料和固料；利用磁力装置去除所述固料中的铁，得到SiC。本发明利用物理方法去除了硅片切割废浆液中的硅粉、铁杂质和水分等，避免了对SiC棱角的损坏和碱性物质的引入，同时避免了SiC磨料离心回收带来的大量污水排放。与现有技术相比，本发明利用磁力装置去除了固料中的铁，降低了物理回收的碳化硅中的铁粉含量，提高了碳化硅的品质。本发明提供的硅片切割废浆液的处理方法适用于1200#、1500#和2000#SiC砂浆体系，具有广阔的应用前景。

Description

硅片切割废浆液的处理方法

技术领域

本发明涉及硅片切割技术领域，更具体地说，涉及一种硅片切割废浆液的处理方法。

背景技术

硅片切割是太阳能电池用硅片生产中的最重要的环节之一。在硅片切割过程中，需要采用大量的碳化硅浆料，即磨料SiC和聚乙二醇切割液的悬浮体系。随着切割的进行，会有硅粉和铁屑等杂质带入到碳化硅浆料中，影响该切割液出现切割力不足以及杂质影响切割品质的现象，易出现线痕和花污等，从而导致碳化硅浆料不能用来继续切割。但是，碳化硅浆料用量很大，几乎是切割硅棒重量的6~10倍，如果废弃会带来环境问题，并且切割所用的碳化硅浆料的成本要占到切割成本的三成以上。为了降低成本、达到环境目标，硅片切割废浆液的回收再利用已经成为太阳能光伏行业中的重要方面。

硅片切割废浆液的回收再利用主要分为切割液回收和SiC回收，其中，SiC回收是其主要方面。目前，化学回收方法是对SiC进行回收的主要方法，即通过化学反应除去硅粉，从而得到纯度较高的SiC磨料。该方法需要加入了强酸、强碱等化学物质，经过烘烤、碾磨、分选等步骤后得到SiC磨料。但是，在烘烤以及研磨过程中，SiC磨料的圆形度易受到破坏，SiC磨料的切割力会由于细颗粒过多、棱角的磨损而下降，并且NaOH和Na₂SiO₃较难完全洗涤干净，需要使用大量水，从而排放出大量酸性或者碱性废水，可能造成二次污染。

为了避免化学法回收中二次污染等现象的发生，物理法回收SiC得到了广泛的研究与应用。例如，公开号为102071092A的中国专利申请公开了一种硅片切割废砂浆料回收循环利用方法，将硅片切割废砂浆料离心分离后得到的固相与水混合，然后进行多级旋流器分离、酸洗、旋流器分离、带式过滤机过滤和干燥，得到SiC成品。公开号为101792141A的中国专利文献报道了硅晶体加工过程中废砂浆的处理工艺，向废砂浆中加入酸和水自然沉降，然后加入分散剂，调节pH后通过电泳的方法进行分离，得到SiC成品。但是，上述方法得到的SiC成品中的铁含量较高，影响SiC的品质。

发明内容

有鉴于此，本发明解决要解决的技术问题在于，提供一种硅片切割废浆液的处理方法，该方法得到的SiC粉体中铁含量较低。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种硅片切割废浆液的处理方法，包括以下步骤：

步骤a）将硅片切割废浆液进行离心分离，分别得到液料和固料；

步骤b）利用磁力装置去除所述固料中的铁，得到SiC。

优选的，所述步骤a）具体为：

利用螺旋离心机将硅片切割废浆液进行离心分离，进料速度为0.6~1.2T/h，分别得到液料和固料。

优选的，所述螺旋离心机的转速为2000~2500rpm。

优选的，所述螺旋离心机的转鼓长径比为2~2.5。

优选的，所述螺旋离心机的转鼓半径为300~450mm。

优选的，所述螺旋离心机的挡板高度为5~15mm。

优选的，所述步骤b）具体为：

步骤b1）将所述固料与硅片切割液混合，形成混合液；

步骤b2）向所述混合液中插入磁铁去除所述混合液中的铁，离心分离后得到SiC。

优选的，所述磁铁的磁通量为500~1000mT。

优选的，所述步骤b2）的离心分离采用螺旋离心机，所述螺旋离心机的转速为2000~2500rpm。

优选的，所述螺旋离心机的转鼓长径比为2~2.5，转鼓半径为300~450mm。

本发明提供一种硅片切割废浆液的处理方法，包括以下步骤：将硅片切割废浆液进行离心分离，分别得到液料和固料；利用磁力装置去除所述固料中的铁，得到SiC。本发明利用物理方法去除了硅片切割废浆液中的硅粉、铁杂质和水分等，避免了对SiC棱角的损坏和碱性物质的引入，同时避免了SiC磨料离心回收带来的大量污水排放。与现有技术相比，本发明利用磁力装置去除了固料中的铁，降低了物理回收的碳化硅中的铁粉含量，提高了碳化硅的品质。本发明提供的硅片切割废浆液的处理方法适用于1200#、1500#和2000#SiC砂浆体系，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的硅片切割废浆液的处理流程图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种硅片切割废浆液的处理方法，包括以下步骤：

步骤a）将硅片切割废浆液进行离心分离，分别得到液料和固料；

步骤b）利用磁力装置去除所述固料中的铁，得到SiC。

在上述制备过程中，本发明利用物理方法去除了硅片切割废浆液中的硅粉、铁杂质和水分等，避免了对SiC棱角的损坏和碱性物质的引入，同时避免了SiC磨料离心回收带来的大量污水排放。本发明采用简便低成本的分级方法，进行砂浆回收利用，最大程度的降低砂浆成本，同时避免了SiC回收过程中污染环境的可能性。

首先，将硅片切割废浆液进行离心分离处理，所述步骤a）具体为：利用螺旋离心机将硅片切割废浆液进行离心分离，进料速度为0.6~1.2T/h，分别得到液料和固料。

对于本发明，所述螺旋离心机优选采用卧式螺旋离心机。卧式螺旋离心机是一种砂浆分级离心设备，主要包括转鼓和转鼓中间的推料螺杆。转鼓转动产生沿直径向外的离心力，物料在离心力场中发生沉降，由于成浆速度不同导致物料分离，分离的固料沉积在转鼓壁上，通过推料螺杆推出转鼓。

在硅片切割废浆液处理过程中，离心机是关键要素，决定了硅片切割废浆液处理回收的效果，包括转鼓长径比、进料系统、出料系统和溢流挡板高度等。具有合适的长径比、进料系统、出料系统和溢流挡板高度可以更好的得到具有较低的硅粉、铁、水粉等杂质含量的固料和液料。

上述离心机的要素中，溢流挡板高度对固料中的硅粉、铁粉含量等具有一定的影响，但是挡板高度降低则会降低回收比例。同时，离心机的进料速度、转鼓转速、转鼓和螺旋差转速、砂浆粘度对于固料的回收比例以及硅粉的含量均有影响。其中，进料速度和转鼓转速是影响最大的两个工艺参数：进料越慢、转速越高，回收比例越高，硅粉含量增加；进料越快、转速越低，回收比例降低、硅粉含量降低；铁含量和水分主要受进料速度的影响，进料速度越慢则铁与水分含量越高。

按照本发明，所述螺旋离心机的转速优选为2000~2500rpm；所述螺旋离心机的转鼓长径比优选为2~2.5；所述螺旋离心机的转鼓半径优选为300~450mm；所述螺旋离心机的挡板高度优选为5~15mm。

在离心分离过程中，大部分硅粉留在液料中，液体从离心机出液口流出，离心分离得到的液料可以进行再利用；而大部分的5微米以上的大颗粒SiC沉降下来形成固料，固料经过离心机螺杆从离心机出料口出料。利用本发明提供的处理方法得到的液料和SiC可以循环使用，而不出现杂质富集现象。

在得到液料和固料后，液料可以采用离线的方式进行回收，而固料优选采用在线回收的方式，无需循环一定次数后完全废弃废硅片切割废浆液，能够很好的去除其中的铁杂质、微粉和水分等，并且工艺简单。

本发明为了避免闭式在线回收循环的缺陷，采用在线回收砂加离线回收液的方法再利用硅片切割废浆液。本发明提供的处理方法，一方面能大大降低杂质含量，另一方面完全消除或者很大程度上消除杂质富聚，因此切片效果更佳、可以多次循环，甚至在管控完善条件下能长期循环。

在分别得到液料和固料后，利用磁力装置去除所述固料中的铁。所述步骤b）具体为：步骤b1）将所述固料与硅片切割液混合，形成混合液；步骤b2）向所述混合液中插入磁铁去除所述混合液中的铁，离心分离后得到SiC。

所述磁力装置的磁通量即磁场强度对杂质的去除有较大的影响，采用磁场强度较强的磁力装置有利于铁含量越低，同时由于吸附作用也能进一步降低硅粉含量。所述磁铁的磁通量优选为500~1000mT，更优选为700~900mT。

本发明为了保证SiC磨料的长时间循环，无需采用化学方法回收SiC磨料。在传统在线物理离心回收工艺的基础上，本发明增加了使用磁力装置以去除硅片切割废浆液中的铁粉，再通过离心固液分离出碳化硅，降低物理回收碳化硅中铁粉含量以提高物理方法回收碳化硅品质。同时，优选通过离线回收方式回收液料即切割液，使得大量的水分通过离线回收而隔离在砂浆循环使用体系之外，从而使得砂浆使用处于循环状态。

所述步骤b2）的离心分离优选采用螺旋离心机，更优选采用卧式螺旋离心机。所述螺旋离心机的转速优选为2000~2500rpm；所述螺旋离心机的转鼓长径比优选为2~2.5；所述螺旋离心机的转鼓半径优选为300~450mm；所述螺旋离心机的挡板高度优选为5~15mm。

综上所述，本发明利用物理分级方式回收了硅片切割的SiC磨料，去除硅片切割废浆液中的大部分的硅粉、铁杂质、水分以及磨碎的细SiC微粉，避免了对切片质量的影响，同时保留对切割力有效的粗颗粒SiC磨料，避免了对SiC棱角的损坏和碱性物质的引入，比离线回收的SiC磨料切割力更高。

本发明将分离后得到的液料优选进行离线回收，一方面能大大降低在线回收系统投产成本，另一方面能得到几乎不含硅粉、铁杂质和水分的回收切割液，保证砂浆质量稳定性，不会发生硅粉、铁杂质、水分的富集，从而回收、切割的循环能一直进行下去。本发明提供的处理方法可以广泛适用于1200#、1500#和2000#SiC砂浆体系，从而具有广阔的应用前景。

本发明优选按照如下方法对产品进行化学成分分析：

灼烧测定切割液含量：取硅片切割废浆液、离心固料、离心液料或者配置的切割砂浆样品在550℃下灼烧，通过计算失重算得含固比例；

加盐酸溶液后滴定法测定Fe含量：加过量3.6%的HCl溶液浸泡灼烧的样品，通过EDTA二钠盐滴定Fe³⁺和Fe²⁺的含量。灼烧样品，进过碾磨成细粉，在HCl溶液浸泡24H，取出5mL上层清夜，稀释到50mL，调节pH到2~2.5，加入0.2g的过硫酸钾氧化Fe²⁺，滴入指示剂磺基水杨酸钠，溶液变紫色，用0.01M的EDTA-2Na溶液滴定，直到溶液变无色，计算Fe含量。

差量法测定Si粉和SiO₂的含量：灼烧后的样品，加入过量的NaOH溶液反应，用5000转速以上的离心机进行固液分离，倒掉上层清夜，用水洗然后离心的方法洗掉NaOH，然后烘干称量。计算失重，从而计算Si和SiC含量。

离心固体粒径分布测定：取少量离心固体，稀释成千分之一的分散液，超声搅拌10分钟，取10mL分散液，利用库尔特公司的粒径分析仪测定平均粒径和粒径分布。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例采用的化学试剂、原料以及装置均为市购。

实施例1针对1200#硅片切割废浆液

采用转鼓直径350mm、长度860mm的逆流式卧式螺旋离心机对硅片切割废浆液进行处理，利用离心机的溢流孔配置溢流挡板来调控液池深度。

图1为本发明实施例1的硅片切割废浆液的处理流程图。

提供硅片切割废浆液，经过化学方法测定杂质成分为：Si粉含量为7.45%，Fe含量为1.37%。

将2吨硅片切割废浆液在20℃下经卧式螺旋离心机处理，进料速度控制为1.2吨/小时，SiC回率在60~65%；离心机主马达转速为2400转，主马达副马达差速为1000转；离心处理后得到离心砂即固料。

将所述离心砂收集在预先加入的450kg切割液的砂浆缸中，插入500~1000mT的高磁磁铁，离心分离，在离心过程中每20分钟抽出磁铁，取出吸取物。

向上述离心分离得到的产物中加入440kgSiC，同时加入400kg切割液配置成切片砂浆，总重量约2~2.2吨。其中，所用切割液为离心所出的废液经过离线回收所获得的，其水分和离子含量极低。

上述得到的切片砂浆中，SiC含量为69.2%，液含量为26.9%，Si粉含量在3.9%，平均粒径9.74。

对上述配置的切片砂浆通过化学方法分析，杂质含量为：Si粉含量为1.89%，铁粉含量为0.11%,平均粒径为10.05。该切片砂浆用于切片，切片良率与普通配比砂浆良率相当。

上述在线回收工艺和切片砂浆配制工艺下：循环10次后，离心固体中SiC含量为68.72%，液含量为27.2%，Si粉含量在4.03%，平均粒径为9.60。

实施例2针对1200#硅片切割废浆液

利用实施例1的处理方法，降低进料速度至0.9~1吨/小时；离心后得到SiC1060kg，回收比例达到75%。

测定其品质指标为：SiC含量为68.43%，液含量为27.3%，Si粉含量在4.38%，平均粒径9.54。

利用实施例1的方法配置切片砂浆，得到Si粉含量为2.3%，铁粉含量为0.24%。

实施例3针对1200#硅片切割废浆液

利用实施例1的处理方法，采用实施例1所述的离心机，提高转速到2650rpm，进行回收处理。

测定其品质指标为：SiC含量为69.7%，液含量为25.96%，Si粉含量在4.28%，平均粒径9.63。

利用实施例1的方法配置切片砂浆，其得到Si粉含量为1.95%，铁粉含量为0.17%。切割效果相当，但是循环4次后，出片率仅下降了1%、不合格比例增加了2%。

实施例4针对1500#硅片切割废浆液

采用实施例1所述的离心机和处理方法。

将2吨硅片切割废浆液在20℃下经过该卧式螺旋离心机处理，进料速度控制为1.05吨/小时，SiC回率在60~65%；离心机主马达转速为2400转，主马达副马达差速为1000转。离心处理后得到定量的离心砂即固料。

将所述离心砂收集在预先加入的450kg切割液的砂浆缸中，插入500~1000mT的高磁磁铁，离心分离，在离心过程中，每20分钟抽出磁铁，取出吸取物。

向上述离心分离得到的产物中加入440kgSiC，加入300kg切割液配置成切片砂浆，总重量约1.9~2吨。其中，所用切割液，为离心所出的废液经过离线回收所获得的，其水分和离子含量极低。

上述得到的切片砂浆中，SiC含量为68.5%，液含量为27.3%，Si粉含量在4.3%，平均粒径8.07。

对上述配置的切片砂浆通过化学方法分析，杂质含量为：Si粉含量为1.99%，铁粉含量为0.15%,平均粒径为8.03。该砂浆用于切片，切片良率与普通配比（定量新砂+定量回收砂）砂浆略好，出片率提高了1%、不合格比例减少了2%。循环10次后，切片效果仍相当。

实施例5针对1500#硅片切割废浆液

利用实施例4的处理方法，采用实施例4的离心机，降低进料速度到0.85~0.95吨/小时，回收比例达到78%。

通过实施例4的方法测定离心固体即SiC成分为：SiC含量为67.5%，液含量为28.1%，Si粉含量在4.4%，平均粒径7.89。

向离心砂中加入一定量的切割液，调整密度到1.640~1.660，进行切割。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种硅片切割废浆液的处理方法，包括以下步骤：

步骤a)利用螺旋离心机将硅片切割废浆液进行离心分离，进料速度为0.6～1.2T/h，分别得到液料和固料，所述螺旋离心机的转速为2000～2500rpm，所述螺旋离心机的转鼓长径比为2～2.5，所述螺旋离心机的转鼓半径为300～450mm，所述螺旋离心机的挡板高度为5～15mm；

步骤b)利用磁铁去除所述固料中的铁，所述磁铁的磁通量为500～1000mT，得到SiC；

所述处理方法无需采用化学方法。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤b)具体为：

步骤b1)将所述固料与硅片切割液混合，形成混合液；

步骤b2)向所述混合液中插入磁铁去除所述混合液中的铁，离心分离后得到SiC。

3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述步骤b2)的离心分离采用螺旋离心机，所述螺旋离心机的转速为2000～2500rpm。

4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述螺旋离心机的转鼓长径比为2～2.5，转鼓半径为300～450mm。