DE102007051934A1

DE102007051934A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Abfall

Info

Publication number: DE102007051934A1
Application number: DE102007051934A
Authority: DE
Inventors: Daniel Thomy
Original assignee: MFG METALL und FERROLEGIERUNGS; Mfg Metall- und Ferrolegierungsgesellschaft Mbh Hafner Blondin & Tidou
Current assignee: MFG METALL und FERROLEGIERUNGS; Mfg Metall- und Ferrolegierungsgesellschaft Mbh Hafner Blondin & Tidou
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-04-30

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von Abfall, der bei der Bearbeitung von Werkstücken aus elementarem Silicium entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfall mit Kohlenstoff in zumindest einer Menge versetzt wird, die für die vollständige Aufkohlung des im Abfall enthaltenen elementaren Siliciums zu SiC erforderlich ist, und dass die so erhaltene Mischung auf eine solche Temperatur und solange erhitzt wird, bis das elementare Silicium in SiC umgewandelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Abfall, der bei der Bearbeitung von Werkstücken aus elementarem Silicium entsteht.
Werkstücke aus elementarem Silicium werden insbesondere bei der Herstellung von Halbleiter-Wafern oder für Solarzellen verwendet. Die Werkstücke liegen gewöhnlich in Blockform zylindrischen Querschnittes vor. Zum Aufteilen des Werkstückes in einzelne Scheiben werden Drahtsägevorrichtungen verwendet, wie sie beispielsweise aus der DE 696 24 977 T2 bekannt sind. Bei solchen Drahtsägevorrichtungen dient ein hin- und herbewegter Schneiddraht aus Stahl als Schneidmittel. Der Schneidzone zugeführt wird eine schleifende Aufschlämmung, die als Schleifmittel SiC-Teilchen enthält. Hierdurch wird eine Läpp-Wirkung erzielt.
Bei dem Schneidvorgang entsteht ein gegebenenfalls schlammartiger Abfall in Form oder mit einer staubkörni gen Teilchenmischung mit ca. 20 bis 40% SiC-Teilchen aus der Schleif-Aufschlämmung und mit ca. 30 bis 50% Si-Teilchen von dem Werkstoffkörper sowie mit metallischen Verunreinigungen, insbesondere in Form von Eisen als Abrieb von dem Schneiddraht. Die Körnung der Teilchenmischung liegt unter 0,2 mm.
Bisher ist dieser Abfall deponiert worden, also nicht der Aufbereitung für Wert befunden worden. Bei der zunehmenden Verwendung von elementarem Silicium in der Halbleitertechnik fallen jedoch bedeutende Mengen an Schneidabfall an. Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Deponierung des Abfalls zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Abfall mit Kohlenstoff in zumindest einer Menge versetzt wird, die für die vollständige Aufkohlung des im Abfall enthaltenen elementaren Siliciums zu SiC erforderlich ist, und dass die so erhaltene Mischung dann auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das elementare Silicium in SiC umgewandelt wird. Grundgedanke der Erfindung ist es also, das in elementarer Form vorliegende Silicium im Abfall zu SiC zu verarbeiten, so dass man aus dem Abfall bis auf die Verunreinigungen ausschließlich SiC erhält, also ein hochwertiges Material, das sich für verschiedene Einsatzzwecke eignet, insbesondere als Schleifmittel sowie als Grundstoff für Feuerfest-Werkstücke und für die Metallurgie als Desoxidations- und Legierungsmittel. Dabei ist von besonderem Vorteil, dass bei der Auf kohlung des elementaren Siliciums zu SiC nicht, wie bei der Herstellung von SiC aus SiO₂, das als Treibhausgas erkannte CO₂ entsteht.
Die Erhitzung der Mischung kann in einem Ofen nach Acheson-Art erfolgen, aber auch in einem Lichtbogenofen. Der Ofen kann geschlossen sein, so dass die Erhitzung unter Luftabschluss erfolgte. Für besondere Fälle kann die Erhitzung auch in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommende Temperatur sollte mindestens 1450°C betragen, da sich bei dieser Temperatur kubisches SiC, auch β-SiC genannt, bildet. Sofern SiC in der α-Modifikation, also hexagonales SiC gewünscht wird, sollte die Temperatur zwischen 2000 und 2300°C liegen.
Der bei dem Verfahren verwendete Kohlenstoff kann in gebundener Form – also als chemische Verbindung mit einem anderen Stoff, beispielsweise in Form eines Carbides – vorliegen. Vorzuziehen ist jedoch ungebundener, also freier Kohlenstoff, wie beispielsweise Graphit, Koksgruß, Petrolkoks, Pechkoks, Gichtstäube oder eine Mischung davon. Dabei können auch Abfälle, beispielsweise Anoden- oder Katodenbruch, Verwendung finden.
Die Dauer der Erhitzung hängt davon ab, was anschließend mit dem SiC geschehen soll. Für eine nachträgliche mecha nische Bearbeitung ist es zunächst von Vorteil, wenn die Erhitzung solange fortgesetzt wird, dass zusammenhängende SiC-Körper in der Größenordnung von mindestens 1 mm erhalten werden. Für technische Anwendungen ist es von Vorteil, wenn diese SiC-Körper anschließend zu einem Granulat gemahlen werden, dessen maximale Teilchengröße 20 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 15 mm liegt. Auch diese Teilchenmischung kann je nach Verwendungszweck durch Sieben klassiert werden, wobei die kleineren Teilchengrößen und die reineren Fraktionen sich für die Herstellung von Schleifkörpern oder Feuerfest-Körpern eignen, während die größeren, üblicherweise auch Verunreinigungen enthaltenen Teilchenfraktionen, für die Herstellung von SiC-Formlingen eingesetzt werden können. Solche Formlinge können beispielsweise als Desoxidations- und Legierungsmittel in der Eisen- und Stahlmetallurgie eingesetzt werden. Hierzu wird das Granulat mit einem Bindemittel, beispielsweise Zement, gemischt und zu einem Formling verpresst (vgl. DE 199 01 574 A1 ). Dabei können auch weitere Stoffe zugesetzt werden (vgl. DE 1 583 262 B1 und DE 27 27 896 C2 ).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69624977 T2 [0002]
- DE 19901574 A1 [0009]
- DE 1583262 B1 [0009]
- DE 2727896 C2 [0009]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Abfall, der bei der Bearbeitung von Werkstücken aus elementarem Silicium entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfall mit Kohlenstoff in zumindest einer Menge versetzt wird, die für die vollständige Aufkohlung des im Abfall enthaltenen elementaren Siliciums zu SiC erforderlich ist, und dass die so erhaltene Mischung auf eine solche Temperatur und solange erhitzt wird, bis das elementare Silicium in SiC umgewandelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung in einem geschlossenen Ofen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung unter Luftabschluss durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung auf wenigstens 1450°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung auf 2000 bis 2300°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ungebundener Kohlenstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als ungebundener Kohlenstoff Graphit, Koksgruß, Petrolkoks, Pechkoks, Gichtstaub oder eine Mischung davon verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung solange fortgesetzt wird, bis zusammenhängende SiC-Körper in der Größenordnung von mindestens 1 mm erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die SiC-Körper zu einem Granulat gemahlen werden, dessen maximale Teilchengröße 20 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Mahlen eine maximale Teilchengröße von 15 mm und eine minimale Teilchengröße von 0,2 mm anfallen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat für die Herstellung eines SiC-Formlings verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung des Formlings das Granulat mit einem Bindemittel gemischt und das so erhaltene Gemisch zu einem Formling verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Zement verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Formling in einem Schachtofen einer Gattierung zur Erschmelzung von Gusseisen zugegeben wird.