CN216427235U - 一种硅片切割液资源化利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种硅片切割液资源化利用装置。包括：酸化池，用于对硅片切割液的pH调节至酸性；超滤膜，连接于酸化池，用于对酸化后的硅片切割液进行超滤处理；压滤机，连接于超滤膜的浓缩侧，用于对超滤膜的浓缩液进行压滤处理；有机膜，连接于压滤机的渗透侧，用于对压滤机的渗透液进行滤除有机物杂质处理；金刚线切割装置，连接于超滤膜和有机膜的渗透侧，用于采用超滤膜和有机膜得到的滤液作为切割液进行硅片切割作业。有效地回收了硅片切割液中的固体粉末，并同时利用纳滤膜对切割液中的有机物进行去除；另外，通过纳滤膜和超滤膜进行滤液调配后，将滤液的量控制于切割作业的可接受程度，使得混合得到的渗透液能够适用于再次的切割加工。

Description

一种硅片切割液资源化利用装置

技术领域

本实用新型涉及一种硅片切割液资源化利用装置，属于废水处理技术领域。

背景技术

现有的硅片金刚线切割使用的闭环切割，在切割时会有大量的硅粉和大颗粒杂质进入切割液中，切割液的pH值逐渐上升，切割产生的硅粉与碱会反应放热，进而导致切割后循环液经过压滤装置时，带来硅泥压滤过程中烧穿滤布、硅泥运输过程中着火的安全隐患。

切割液在循环的过程中，电导率会逐渐升高。电导率升高的原因有三方面：(1)为了调节切割液的pH，需要添加酸调节pH，切割液的电导率逐渐升高。(2)切割液循环过程中，会有部分金属离子溶出；(3)压滤过程中，为了提高滤速添加的助滤剂内含有部分盐分，导致切割液电导率升高。电导率升高，导致硅片的污片率提高，系统的不稳定增加，容易造成硅片切割的崩边和金刚线的卡线、断线。目前针对电导率升高，往往采用离子交换树脂柱进行脱盐同时加大补充和置换纯水维持系统的电导率处在一个稳定的范围内。因为切割液有机物含量高，常规的脱盐树脂运行效果较差、再生频繁、树脂寿命大幅度缩短，导致脱盐系统运行不稳定。

切割液在循环的过程中会产生大量的絮状物，具体原因分为两种可能：(1)在酸性环境下，切割液易生成菌群，菌群的分泌物会生成大量絮状物；(2)硅粉和碱反应生成原硅酸，饱和原硅酸会产生二氧化硅胶体，进而形成絮体，在硅粉存在的情况下，会形成大的絮团。大的絮团进而堵塞污染冷凝模块、输液管道和储液罐，进而导致金刚线切割系统需要经常清洗。

针对切割液电导率上升，脱盐困难、脱盐系统运行不稳定，切割液在循环过程中会产生大量的絮状物，导致系统需要经常清洗的问题。现行的切割液采用板框压滤+树脂脱盐工艺需要进一步优化，实现硅片切割液资源化利用。

实用新型内容

本实用新型提供了一种硅片金刚线切割液资源化利用的方法及装置，主要应用于硅片金刚线切割液回收。本实用新型所要解决的技术问题是，克服树脂脱盐系统不稳定，有效缓解切割液在循环过程中产生的絮状物问题。

技术方案是：

一种硅片切割液资源化利用装置，包括：

酸化池，用于对硅片切割液的pH调节至酸性；

超滤膜，连接于酸化池，用于对酸化后的硅片切割液进行超滤处理；

压滤机，连接于超滤膜的浓缩侧，用于对超滤膜的浓缩液进行压滤处理；

有机膜，连接于压滤机的渗透侧，用于对压滤机的渗透液进行滤除有机物杂质处理；

金刚线切割装置，连接于超滤膜和有机膜的渗透侧，用于采用超滤膜和有机膜得到的滤液作为切割液进行硅片切割作业。

还包括：均质池，连接于酸化池的料液进口，用于对硅片切割液进行均质处理。

还包括：保安过滤器，压滤机的渗透侧通过保安过滤器连接于有机膜，用于对进入有机膜的渗透液进行过滤处理。

超滤膜的渗透侧通过第一调节阀与金刚线切割装置连接。

有机膜的渗透侧通过第二调节阀与金刚线切割装置连接。

还包括：酸加入罐，用于向酸化池中加入稀酸。

所述的超滤膜为管式或者平板式陶瓷膜。

所述的有机膜的截留分子量为100Da-30000Da之间。

有益效果

本实用新型的方法中有效地回收了硅片切割液中的固体粉末，并同时利用纳滤膜对切割液中的有机物进行去除；

另外，通过纳滤膜和超滤膜进行滤液调配后，也不会造成系统运行成本的提高，将滤液的量控制于切割作业的可接受程度，使得混合得到的渗透液能够适用于再次的切割加工。

附图说明

图1是本专利的流程图；

图2是本专利的装置图；

其中，1、均质池；2、酸化池；3、超滤膜；4、压滤机；5、保安过滤器；6、有机膜；7、生化处理装置；8、第一调节阀；9、第二调节阀；10、酸加入罐；11、金刚线切割装置。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

以范围形式表达的值应当以灵活的方式理解为不仅包括明确列举出的作为范围限值的数值，而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子区间，犹如每个数值和子区间被明确列举出。例如，“大约0.1％至约5％”的浓度范围应当理解为不仅包括明确列举出的约0.1％至约5％的浓度，还包括有所指范围内的单个浓度(如，1％、2％、3％和4％)和子区间(例如，0.1％至0.5％、1％至2.2％、3.3％至4.4％)。本实用新型中所述的百分比在无特别说明的情况下，是指重量百分比。

在本说明书中所述及到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施方式”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本申请所要保护的范围内。

本实用新型中所述的百分比在无特别说明的情况下都是指质量百分比。

本实用新型所要处理的硅片金刚线切割液来源于硅棒的切割，废水主要含有硅粉、冷却剂、水等。虽然废水量不大，但是冷却剂、硅粉价值较高。在一个实施方式中，所述的切割液COD含量在5000-6000mg/L之间，电导率在20-30us/cm，pH在6-6.5之间，表面张力在25-30mN/cm，硅粉含量为1.5％。采用本实用新型的装置时，主要是基于了以下的技术：废切割液进入调配罐，在调配罐内调节pH至弱酸性后，经泵送入膜系统，实现固液分离，膜的清液直接回用于切割工段，膜浓缩液利用压滤设备进行脱水，泥饼外运。压滤设备清液经保安过滤器过滤后，进入有机膜系统，脱除带电离子后，有机膜清液回用，浓缩液进入生化处理系统。当切割液不能达标或者某套膜系统清洗检修时，部分切割液超越陶瓷膜，直接进入压滤设备等后续工段处理。

更具体地，本专利的实施过程如下：

第1步，硅片金刚线切割液进行均质化处理；本步骤的目的是使切割废液的水质情况趋于一致；硅片金刚线切割液主要是指硅锭利用金刚线切割时，为保护金刚线而喷淋的含有冷却剂、硅粉的液体。切割金刚线液硅粉含量在0.5％-3％之间，COD在2000mg/L-30000mg/L之间，pH在6-8之间，电导率在3-50uS/cm之间，表面张力在25-30mN/cm。

第2步，对第1步处理后的切割液调节pH至弱酸性；由于在进行金刚线切割的过程中需要加碱处理，为了避免后续的膜分离过程中的聚合物膜受到碱液的影响，本步骤中需要通过加入酸液的方式将切割液的pH控制为弱酸性；切割液需要调节pH小于7，添加的酸包含但不限于柠檬酸、草酸以及硫酸等；调节池含有pH、搅拌装置、液位控制装置、流量控制装置、加药装置。

第3步，对第2步处理后的切割液利用料液泵供入超滤膜过滤系统，膜浓缩液进入压滤系统，膜清液进入清液调配系统；本步骤的目的是可以使切割液中的硅粉、硅酸、细菌和藻类的繁殖等悬浮物，通过超滤膜的过滤的方式可以将这些悬浮液从切割液中去除；超滤膜包含但不局限于管式超滤膜、管式陶瓷膜、管式碳化硅膜、平板陶瓷膜等。超滤膜系统操作压力为0.1-5bar之间，运行温度为5℃-80℃之间；超滤膜系统浓缩液固含量为5％-25％，膜透过液浊度≤3NTU，超滤膜系统的回收率在60％-80％之间。

第4步，对第3步膜的浓缩液采用压滤机进行脱水，得到的泥饼主要成分为硅粉，可以外售或者回收；压滤机为板式压滤机、厢式压滤机、带式压滤机中的一种或几种组合；泥饼含水率在30％-50％之间；

第5步，对第4步板框压滤机透过液用保安过滤器处理后，进入有机膜系统；保安过滤器可以是大流量折叠滤芯、喷熔滤芯、袋式过滤器或者是超滤膜。超滤膜包含但不限于中空纤维膜、平板膜、管式膜。

第6步，对第5步经过保安过滤器处理后的切割液，采用卷式有机膜处理，有机膜的清液和超滤膜的清液混合后调配使用；其主要的用途可以再返回至切割工段中继续处理，由于已经去除掉了废水中的悬浮颗粒，并且通过有机膜去除了部分有机物，因此将有机膜的滤液与超滤膜的滤液调配混合后，可以使返回至切割段的料液的有机物含量在工艺可接受的浓度上，既不会造成工段有机物含量偏高，也不会因为将料液全部通过有机膜进行过滤而导致系统能耗、成本偏高的问题；有机膜为卷式膜，过滤精度为100Da-30000Da之间，操作压力为10bar-30bar之间，温度为5℃-45℃之间；有机膜透过液电导率在3-20uS/cm之间，回收率在60％-80％之间；

第7步，对第6步有机膜的浓缩液排放到生化系统进行处理。本步骤中可以获得被截留的有机膜浓缩液，其中含有较多的有机物杂质，可以通过生化降解的方式进行去除。有机膜浓缩液的电导率在50-5000uS/cm之间，COD含量在10000mg/L-100000mg/L之间。

第8步，对不合格的切割液或者膜设备清洗或者检修时，切割液经第2步处理后直接超越超滤膜系统，进入压滤及后续系统。

基于以上的技术路线，所采用的装置结构如图2所示，包括：

酸化池2，用于对硅片切割液的pH调节至酸性；

超滤膜3，连接于酸化池2，用于对酸化后的硅片切割液进行超滤处理；

压滤机4，连接于超滤膜3的浓缩侧，用于对超滤膜3的浓缩液进行压滤处理；

有机膜6，连接于压滤机4的渗透侧，用于对压滤机4的渗透液进行滤除有机物杂质处理；

金刚线切割装置11，连接于超滤膜3和有机膜6的渗透侧，用于采用超滤膜3和有机膜6得到的滤液作为切割液进行硅片切割作业。

还包括：均质池1，连接于酸化池2的料液进口，用于对硅片切割液进行均质处理。

还包括：保安过滤器5，压滤机4的渗透侧通过保安过滤器5连接于有机膜6，用于对进入有机膜6的渗透液进行过滤处理。

超滤膜3的渗透侧通过第一调节阀8与金刚线切割装置11连接。

有机膜6的渗透侧通过第二调节阀9与金刚线切割装置11连接。

还包括：酸加入罐10，用于向酸化池中加入稀酸。

所述的超滤膜3为管式或者平板式陶瓷膜。

所述的有机膜6的截留分子量为100Da-30000Da之间。

所述的压滤机4选自板式压滤机、厢式压滤机或者带式压滤机中的一种或几种组合。

实施例1

硅片金刚线切割液均质后水质：水量为70m³/h，COD为5500mg/L，电导率为25uS/cm，pH为6.45，表面张力为28mN/cm，硅粉含量为1.5％。采用膜过滤设备浓缩5倍，膜产水电导率为25uS/cm，COD为5200mg/L，膜浓缩液利用板框压滤进行脱水，得到的泥饼含水率为42％，进行外卖，板框滤液的浊度≤100NTU，电导率为43uS/cm，COD为4800mg/L。板框滤液经过保安过滤器预处理后，进入有机膜装置，回收率为75％，有机膜产水电导率为15uS/cm，COD为150mg/L，有机膜浓水电导率为115us/cm，COD为18000mg/L。经过处理后，系统切割液的回收率95％。整个系统混合产水电导率为24uS/cm。经过改系统处理后，整个系统的电导率相对平稳，有降低趋势。

实施例2

硅片金刚线切割液均质后水质：水量为90m³/h，COD为5900mg/L，电导率为32uS/cm，pH为6.61，表面张力为34mN/cm，硅粉含量为1.6％。采用膜过滤设备浓缩4倍，膜产水电导率为26uS/cm，COD为4900mg/L，膜浓缩液利用板框压滤进行脱水，得到的泥饼含水率为41％，进行外卖，板框滤液的浊度≤100NTU，电导率为46uS/cm，COD为4900mg/L。板框滤液经过保安过滤器预处理后，进入有机膜装置，回收率为71％，有机膜产水电导率为17uS/cm，COD为160mg/L，有机膜浓水电导率为119us/cm，COD为19000mg/L。经过处理后，系统切割液的回收率93％。整个系统混合产水电导率为26uS/cm。经过改系统处理后，整个系统的电导率相对平稳，有降低趋势。

实施例3

硅片金刚线切割液均质后水质：水量为80m³/h，COD为5100mg/L，电导率为21uS/cm，pH为6.36，表面张力为26mN/cm，硅粉含量为1.3％。采用膜过滤设备浓缩5倍，膜产水电导率为23uS/cm，COD为5100mg/L，膜浓缩液利用板框压滤进行脱水，得到的泥饼含水率为43％，进行外卖，板框滤液的浊度≤100NTU，电导率为41uS/cm，COD为4600mg/L。板框滤液经过保安过滤器预处理后，进入有机膜装置，回收率为76％，有机膜产水电导率为14uS/cm，COD为140mg/L，有机膜浓水电导率为113us/cm，COD为17000mg/L。经过处理后，系统切割液的回收率96％。整个系统混合产水电导率为22uS/cm。经过改系统处理后，整个系统的电导率相对平稳，有降低趋势。

Claims (9)

1.一种硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，包括：

酸化池(2)，用于对硅片切割液的pH调节至酸性；

超滤膜(3)，连接于酸化池(2)，用于对酸化后的硅片切割液进行超滤处理；

压滤机(4)，连接于超滤膜(3)的浓缩侧，用于对超滤膜(3)的浓缩液进行压滤处理；

有机膜(6)，连接于压滤机(4)的渗透侧，用于对压滤机(4)的渗透液进行滤除有机物杂质处理；

金刚线切割装置(11)，连接于超滤膜(3)和有机膜(6)的渗透侧，用于采用超滤膜(3)和有机膜(6)得到的滤液作为切割液进行硅片切割作业。

2.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，还包括：均质池(1)，连接于酸化池(2)的料液进口，用于对硅片切割液进行均质处理。

3.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，还包括：保安过滤器(5)，压滤机(4)的渗透侧通过保安过滤器(5)连接于有机膜(6)，用于对进入有机膜(6)的渗透液进行过滤处理。

4.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，超滤膜(3)的渗透侧通过第一调节阀(8)与金刚线切割装置(11)连接。

5.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，有机膜(6)的渗透侧通过第二调节阀(9)与金刚线切割装置(11)连接。

6.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，还包括：酸加入罐(10)，用于向酸化池中加入稀酸。

7.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，所述的超滤膜(3)为管式或者平板式陶瓷膜。

8.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，所述的有机膜(6)的截留分子量为100Da-30000Da之间。

9.根据权利要求1所述的硅片切割液资源化利用装置，其特征在于，所述的压滤机(4)选自板式压滤机、厢式压滤机或者带式压滤机中的一种或几种组合。

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