CN108162216B - 一种金刚线切割晶体硅生产线及其用水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚线切割晶体硅生产线，所述金刚线切割晶体硅生产线包括：(i)金刚线切割晶体硅单元，包括至少一台线切机，所述线切机具有一个储存循环水的储水罐，所述储水罐连接第一试剂罐和第二试剂罐；(ii)废水收集系统；(iii)废水处理系统；(iv)供水系统。本发明通过在金刚线切割晶体硅线切机的储水罐选择性调控循环水，能够实现根据线切机的工作状态分别调控不同线切机循环水组成的目的，所述调节能够实现针对线切机工作状态适当调节组成，避免过度加入试剂造成生产用水过度富集某一组分的问题。
Description
技术领域
本发明属于金刚线切割晶体硅技术领域，具体涉及一种金刚线切割晶体硅生产线的用水方法及用水系统。
背景技术
金刚石线锯切割(金刚线切割)相比砂线切割具有显著的成本优势，主要表现在切割产能高、环境污染小、锯缝硅料损失少等方面。
金刚石线锯切割过程中使用纯水冷却锯缝，清洁、分散切割下来的硅粉。在纯水中添加含分散剂、渗透剂等的冷却液增强清洁分散效果；相比砂线(使用聚乙二醇分散碳化硅刃料进行切割)，金刚石线锯对切割过程的环境湿度无要求，但是因切割线速高，钢线对异物的容忍度低，线网、导轮、导线轮、循环水及其管道等部位的硅粉沉积、异物沾染会在切割过程中带来严重的钢线扰动，损伤硅片表面，拉低切割良率。所以，下棒后每刀都需要用大量的纯水清洁设备，金刚石线锯切割的用水工艺和设备清洁方法与切割的良品率直接相关。
现有技术中，金刚石线锯切割的用水方法之一包括如下步骤：
(1)切割结束后，放空冷却液循环缸，通过外接软管，冲洗加工室、线网、导轮、导线轮等部位，设备清洗干净后，将冷却液循环缸拆下，拉至清洗区冲洗干净；
(2)装载冷却液缸，关闭排水阀，放水，打开线切机管道的内外循环，通过放水-循环过水-换水-循环过滤的方法反复清洁线切机热交换器和设备管道，每次循环需要3～5min，一般重复1～2次；
(3)设备清洁后，重新放水，加药剂，热机，开切；
(4)上述添加有药剂的切割用水和清洁用水混合排至回收系统，通过压滤、或者压滤-陶瓷膜过滤的方法回收，循环使用。
所述用水方法之一具有如下问题：
(1)切割后废水集中排放，集中用水，排水和用水峰值过大，回收水的制造能力和存储能力需满足峰值制程要求；峰值与闲时排放的废水中，硅粉和药剂浓度差异大，供水质量波动，存在使用隐患；
(2)切割加工中后期，循环水的硅粉含量高，易沉积，造成设备清洁困难大，耗时长，用水量大。
本领域为了解决上述问题开发了联动循环用水的方法之二，具体包括如下步骤：
(1)切割过程中，线切机冷却液循环缸和废水循环回收系统连通，添加有一定浓度药剂的回收水，通过流量计，以一定流量，自循环液缸底部持续给线切机补水。循环液缸顶部溢流阀门打开，补水和溢流同时进行，切割结束后，冲洗、清洁线切机加工室、管道，溢流为持续状态，每7天清洗一次冷却液循环缸；
(2)在回收系统端补充药剂和纯水，以COD值判定药剂和纯水的补充量，检测合格后供应线切机。
所述用水方法之二存在如下技术问题：
废水经过循环系统压滤、陶瓷膜过滤等二级处理后，冷却液中消泡剂、分散剂、渗透剂等成分的去除率不尽相同，需要通过COD浓度进行大致表征，但是COD浓度单次测试耗时长，一般≥40min，药剂浓度调节滞后，无法快速判断循环水是否合格。
此外，由于废水处理过程处理废液不彻底，造成某些物质容易富集，比如消泡剂富集明显：废水处理过程中无法确认处理后的生产用水中消泡剂的余量，只能当做不含有消泡剂来处理，重新加入新的配方量的消泡剂，从而造成多次循环后，消泡剂富集明显。
本领域需要开发一种能够降低循环水中试剂富集的用水方法，解决某些试剂富集程度，延长循环水的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种金刚线切割晶体硅生产线，所述金刚线切割晶体硅生产线包括：
(i)金刚线切割晶体硅单元，包括至少一台线切机，所述线切机具有一个储存循环水的储水罐，所述储水罐连接第一试剂罐和第二试剂罐；
(ii)废水收集系统，用于收集金刚线切割晶体硅单元产生的废水；
(iii)废水处理系统，用于将废水收集系统收集的废水处理成生产用水；
(iv)供水系统，进水口与废水处理系统的出水口连接，用于将生产用水提供给金刚线切割晶体硅单元的线切机，所述生产用水由供水系统输送至线切机的储水罐。
本发明将金刚线切割晶体硅的线切机的循环水的调配步骤设置在线切机的储水罐，通过与储水罐单独连接的试剂罐进行调配循环水，可以灵活控制线切机的用水的组成，例如可以在线切机切割过程中接通试剂罐和储水罐的管路，在线切机切割完毕冲洗过程中关闭试剂罐和储水罐的管路，也可以根据冲洗或切割过程中的现象，如泡沫多少时时调整试剂罐向储水罐中输入的试剂的量。本发明提供的金刚线切割晶体硅生产线能够根据线切机的工作状态适应性的调整每台线切机的用水组成，而不是如现有技术那样调节整个用水系统的循环水组成，这种设计能够更加恰到好处的调节循环水组成，尽可能减少成分富集。
优选地，所述供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐连接同一个管路混合器，所述管路混合器与储水罐联通。
所述管路混合器具有3个进水口分别连接供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐，以及1个出水口连接储水罐。所述供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐分别通过流量计与管路混合器连接，用于控制流量。
优选地，所述供水系统连接有纯水补充罐。纯水补充罐用于补充水处理系统的水损失。
优选地，所述(iii)废水处理系统包括依次连通的第一废液储存罐、压滤装置、第二废液储存罐、陶瓷膜过滤装置、第三液体储存罐；所述第三液体储存罐设置检测装置；
所述第三液体储存罐通过切换阀门与供水系统的生产用水储存罐、第一废液储存罐和工业废水罐连接，切换阀门构造为使得第三液体储存罐与生产用水储存罐、第一废液储存罐和工业废水罐选择性联通。
在废水处理系统中，废水经过压滤、陶瓷膜过滤后，得到处理液，处理液检测合格则作为生产用水进入供水系统，检测不合格，则返回第一废水储存罐继续进行压滤、陶瓷膜过滤，或者直接排入工业废水罐。
本发明目的之二是提供一种如目的之一所述金刚线切割晶体硅生产线的用水方法，所述方法包括重复进行的如下步骤：
(1)打开供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐的管路开关，按照配方比例配制循环水，并将循环水输送至储水罐中，打开储水罐出水口，用循环水冲洗线切机；
(2)开启线切机切割晶体硅，保持循环水输送至储水罐，同时保持储水罐出水，用循环水冲洗线锯缝，直至切割完毕，切割过程中冲洗的废水回收进入废水收集系统；
(3)切割完毕关闭第一试剂罐和第二试剂罐的管路开关，保持供水系统管路打开，用生产用水冲洗线切机，冲洗产生的废水收集进入废水收集系统；
(4)废水从废水收集系统进入废水处理系统经过处理得到生产用水，生产用水通过供水系统进入线切机储水罐。
优选地，所述循环水输送至储水罐的方式为溢流方式。
所谓溢流方式可以理解为，在储水罐灌满水的前提下，仍然以溢流量的流量注水。
优选地，溢流量为100L/h以上，例如100L/h、150L/h、200L/h、300L/h、400L/h、600L/h等，优选100～400L/h。
选用溢流方式将循环水输送至储水罐，能够保证线切机切割过程中废水产生、废水处理、生产用水产出循环联动，解决现有技术线切机一切一停的问题。保证溢流量在100L/h以上能够使得废水经过废水处理后满足生产用水的条件，若溢流量过小，废水经过废水处理后仍然不满足生产用水的条件，无法实现系统用水的循环。
优选地，所述生产用水的COD≤1800mg/L，pH值为5.5～7.5，电导率指标为≤30μs/cm，浊度≤100NTU。
优选地，所述废水处理系统的处理过程包括依次进行的压滤和陶瓷膜过滤。
优选地，所述循环水按重量份数包括300～400重量份稀释水、1x重量份冷却液、0.1x重量份消泡剂。
当稀释水的COD≤800mg/L时，x＝1。
当稀释水的COD满足800＜COD≤1200mg/L时，x为0.9。
当稀释水的COD满足1200＜COD≤1600mg/L时，x为0.8。
当稀释水的COD＞1600，x为0.7。
本发明所述冷却液为任何一种本领域技术任意能够获得的用于金刚线切割晶体硅用冷却液，可以通过商购获得。
本发明所述消泡剂为任何一种本领域技术任意能够获得的用于金刚线切割晶体硅用消泡剂，可以通过商购获得。
优选地，所述稀释水包括纯水和/或生产用水，优选为纯水和生产用水的混合水，其中纯水的添加量为废水处理过程中的水损失量。
优选地，所述生产用水进入供水系统之前补入纯水；
所述纯水的补入量为废水处理系统过程中的水损失量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在金刚线切割晶体硅线切机的储水罐选择性调控循环水，能够实现根据线切机的工作状态分别调控不同线切机循环水组成的目的，所述调节能够实现针对线切机工作状态适当调节组成，避免过度加入试剂造成生产用水过度富集某一组分的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的金刚线切割晶体硅生产线的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的金刚线切割晶体硅生产线的废水处理系统20的示意结构；
图3是本发明实施例2提供的金刚线切割晶体硅生产线的结构示意图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种金刚线切割晶体硅生产线，示意结构如图1，具体包括：
(i)金刚线切割晶体硅单元40，其包括至少一台线切机404，所述线切机404具有一个储存循环水的储水罐401，所述储水罐401连接第一试剂罐403、第二试剂罐402和供水系统30；
(ii)废水收集系统10，所述废水收集系统10具有至少一个进水口，与金刚线切割晶体硅单元40的线切机404废水出口连接，线切机404产生的废水被收集进入废水收集系统10；
(iii)废水处理系统20，包括依次连通的第一废液储存罐201、压滤装置202、第二废液储存罐203、陶瓷膜过滤装置204、第三液体储存罐205；所述第三液体储存罐205设置检测装置206；
所述第三液体储存罐205通过切换阀门与供水系统30的生产用水储存罐、第一废液储存罐201和工业废水罐80连接，切换阀门构造为使得第三液体储存罐205与供水系统30的生产用水储存罐(图1未示出)、第一废液储存罐201和工业废水罐80选择性联通；所述废水处理系统20的示意结构如图2所示；
(iv)供水系统30，与废水处理系统20的出口连接，用于将生产用水提供给金刚线切割晶体硅单元40的线切机404，所述生产用水由供水系统30输送至线切机的储水罐401。
所述金刚线切割晶体硅生产线的工作方法，具体包括如下步骤：
(1)打开供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐的管路开关，按照配方比例配制循环水(300～400重量份稀释水、1x重量份冷却液、0.1x重量份消泡剂)，并将循环水输送至储水罐中，按照100L/h的流量溢流方式注水入储水罐，打开储水罐出水口，用循环水冲洗线切机；
当稀释水的COD≤800mg/L时，x＝1；
当稀释水的COD满足800＜COD≤1200mg/L时，x为0.9；
当稀释水的COD满足1200＜COD≤1600mg/L时，x为0.8；
当稀释水的COD＞1600，x为0.7；
(2)开启线切机切割晶体硅，保持循环水100L/h的流量溢流方式输送至储水罐，同时保持储水罐出水，用循环水冲洗线锯缝，直至切割完毕，切割过程中冲洗的废水回收进入废水收集系统；
(3)切割完毕关闭第一试剂罐和第二试剂罐的管路开关，保持供水系统管路打开，保持生产用水100L/h的流量溢流方式输送至储水罐，用生产用水冲洗线切机，冲洗产生的废水收集进入废水收集系统；
(4)废水从废水收集系统10进入废水处理系统20进入第一废液储存罐201中，经过压滤装置202压滤后进入陶瓷膜过滤装置204，之后经过陶瓷膜过滤进入第三液体储存罐205；所述废水经过压滤装置202和陶瓷膜过滤装置204后损失20wt％；
(5)通过检测装置206检测第三液体储存罐205的液体，并进行如下判断：
①若pH值为5.5-7.5，电导率≤30μs/cm，浊度为＜50，则为生产用水，进入供水系统30的生产用水储存罐；
②若pH值不在5.5-7.5范围，电导率＞30μs/cm，则进入工业废水罐80；
③若浊度为50～100，则进入第一废液储存罐201；
(6)进入供水系统30后的生产用水，补入废水处理系统30的水损失20％，生产用水和补入水一同进入线切机储水罐401，并重复步骤(1)～(5)。
实施例1提供的金刚线切割晶体硅生产线的用水系统，不同的压滤装置202和陶瓷膜过滤装置204会导致水损失变化，可以是25％、30％、15％等，相应的补入的纯水和水损失相同。
实施例2
一种金刚线切割晶体硅生产线，示意结构如图3，具体包括：
由至少1台线切机组成的金刚线切割单元40，包括线切机404，所述线切机404具有一个储存循环水的储水罐401，所述储水罐401连接一个管路混合器，所述管路混合器具有3个进口分别连接第一试剂罐403用于储存试剂A冷却液、第二试剂罐402用于储存试剂B消泡剂和生产用水储存罐301；所述线切机404还具有一个废水回收腔(未示出)用于回收切割后产生的废水；所述废水回收腔通过管路与废水收集系统10的进水口连接，废水收集系统10的出水口与废水处理系统20(废水处理系统20的结构示意图与图2相同)的第一废液储存罐201连接，之后依次连接压滤装置202、第二废液储存罐203、陶瓷膜过滤装置204、第三液体储存罐205；所述第三液体储存罐205设置检测装置206；所述第三液体储存罐205通过切换阀门与供水系统30的生产用水储存罐301、第一废液储存罐201和工业废水罐80连接，切换阀门构造为使得第三液体储存罐205与供水系统30的生产用水储存罐301、第一废液储存罐201和工业废水罐80选择性联通。供水系统30的纯水补充罐302连接生产用水储存罐301，生产用水储存罐301分成n路与n台线切机404对应的储水罐401连接，向所述储水罐401中溢流输入生产用水。
线切机的台数n可以根据生产线自行选择，可以是100、200、300、500等。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (11)
1.一种金刚线切割晶体硅生产线的用水方法，其特征在于，所述金刚线切割晶体硅生产线包括：
金刚线切割晶体硅单元，包括至少一台线切机，所述线切机具有一个储存循环水的储水罐，所述储水罐连接第一试剂罐和第二试剂罐；
废水收集系统，用于收集金刚线切割晶体硅单元产生的废水；
废水处理系统，用于将废水收集系统收集的废水处理成生产用水；
供水系统，进水口与废水处理系统的出水口连接，用于将生产用水提供给金刚线切割晶体硅单元的线切机，所述生产用水由供水系统输送至线切机的储水罐；
所述供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐连接同一个管路混合器，所述管路混合器与储水罐联通；
所述方法包括重复进行的如下步骤：
(1)打开供水系统、第一试剂罐和第二试剂罐的管路开关，按照配方比例配制循环水，并将循环水输送至储水罐中，打开储水罐出水口，用循环水冲洗线切机；
(2)开启线切机切割晶体硅，保持循环水输送至储水罐，同时保持储水罐出水，用循环水冲洗线锯缝，直至切割完毕，切割过程中冲洗的废水回收进入废水收集系统；
(3)切割完毕关闭第一试剂罐和第二试剂罐的管路开关，保持供水系统管路打开，用生产用水冲洗线切机，冲洗产生的废水回收进入废水收集系统；
(4)废水从废水收集系统进入废水处理系统经过处理得到生产用水，生产用水通过供水系统进入线切机储水罐。
2.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述供水系统连接有纯水补充罐。
3.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述废水处理系统包括依次连通的第一废液储存罐、压滤装置、第二废液储存罐、陶瓷膜过滤装置、第三液体储存罐；所述第三液体储存罐设置检测装置；
所述第三液体储存罐通过切换阀门与第一废液储存罐、工业废水罐和供水系统的生产用水储存罐连接，切换阀门构造为使得第三液体储存罐与生产用水储存罐、第一废液储存罐和工业废水罐选择性联通。
4.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述循环水输送至储水罐的方式为溢流方式。
5.如权利要求4所述的用水方法，其特征在于，溢流量为100L/h以上。
6.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述生产用水的COD≤1800mg/L，pH值为5.5～7.5，电导率指标为≤30μs/cm，浊度≤100NTU。
7.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述废水处理系统的处理过程包括依次进行的压滤和陶瓷膜过滤。
8.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述循环水按重量份数包括300～400重量份稀释水、1x重量份冷却液、0.1x重量份消泡剂；
当稀释水的COD≤800mg/L时，x＝1；
当稀释水的COD满足800＜COD≤1200mg/L时，x为0.9；
当稀释水的COD满足1200＜COD≤1600mg/L时，x为0.8；
当稀释水的COD＞1600，x为0.7。
9.如权利要求8所述的用水方法，其特征在于，所述稀释水包括纯水和/或生产用水。
10.如权利要求9所述的用水方法，其特征在于，所述稀释水为纯水和生产用水的混合水，其中纯水的添加量为废水处理过程中的水损失量。
11.如权利要求1所述的用水方法，其特征在于，所述生产用水进入供水系统之前补入纯水；
所述纯水的补入量为废水处理系统过程中的水损失量。
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