DE102010025606A1 - Reprocessing saw liquid used in preparing silicon wafers comprises sawing silicon ingots by wire separation honing-lapping and/or wire abrasive cuttings, suspending silicon abrasive particles and separating the abrasives by sedimentation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Aufbereitung von verbrauchter Schneidflüssigkeit oder Sägeflüssigkeit aus dem Sägeprozess der Silizium Waferherstellung, insbesonders die Aufbereitung und Wiedergewinnung der darin enthaltenen Feststoffpartikel, sowie Flüssigkeitsmischungen bzw. deren Bestandteile.The invention relates to the treatment of spent cutting fluid or sawing fluid from the sawing process of silicon wafer production, in particular the preparation and recovery of the solid particles contained therein, as well as liquid mixtures or their constituents.
Siliziumwafer dienen als Trägerplatte für elektronische Bauteile sowie insbesonders für Photovoltaikelemente. Sie bilden daher die Basis für die Herstellung von einzelnen Solarzellen, welche zu gebrauchsfertigen Solarmodulen weiterverarbeitet werden. Die Wafer werden dabei selbst üblicherweise durch Zersägen größerer Blöcke, sogenannter Ingots, erhalten, wobei das Zersägen mittels Drahtsägen erfolgt, bei denen eine Vielzahl parallel verlaufender, eng nebeneinander liegender Drähte mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit entlang ihrer Längsrichtung über das zu sägende Gut bewegt werden. Eine derartige Drahtsäge ist beispielsweise in der
Dieses meist als Sägen bezeichnete Trennen ist in einer ersten Variante der Prozessführung eigentlich ein Trenn-Läppen. Dabei werden Schneide- bzw. Trennwerkzeuge, d. h. die Sägedrähte, zumindest an der jeweiligen Schneidestelle (Schneidefront) mit einem fluiden Kühl- oder Trennslurry in Kontakt gebracht, welches Abrasions- bzw. Schleif- oder Sägepartikel enthält, die an der Schneidefront durch Materialabtrag einen Schneidspalt entstehen lassen und so durch Vertiefen des- Schneidspaltes das Zerteilen- bzw. Abtrennen der einzelnen Waferscheiben bewirken. In derartigen Sägeprozessen werden als Schneid- oder Sägeflüssigkeit unterschiedliche Aufschlämmungen oder Schlicker (sog. Slurries) eingesetzt, die aus einer als Träger dienenden Flüssigkeitskomponente, wie z. B. Öl oder unterschiedlichen Glykolen, und einem sog. losen Korn als Abrasivmedium, wie z. B. Siliziumcarbid, zusammengesetzt sind, und bei dem die reine Flüssigkeitskomponente üblicherweise zusätzlich Additive enthält, die z. B. das vorzeitige Absetzen der abrasiven Teilchen verhindern. Eine in diesem Trennläppprozess entstehende, verbrauchte Schneid- oder Sägeflüssigkeit (Slurry) besteht aus der verwendeten, reinen Flüssigkeit, dem verwendeten Abrasiv, abgespantem bzw. abgeriebenem Si-Material (Si-Abrieb) und metallischem Drahtabrieb sowie ggf. zugesetzte Additive.This separation, usually referred to as sawing, is actually a separating lapping in a first variant of the process control. This cutting or separating tools, d. H. the saw wires, at least at the respective cutting point (cutting front) brought into contact with a fluid cooling or Trennslurry containing Abrasions- or grinding or sawing particles, which create a cutting gap on the cutting front by material removal and so by deepening des- cutting gap cause the dividing or separating the individual wafer slices. In such sawing processes, different slurries or slurries (so-called slurries) are used as the cutting or sawing liquid, which slurries are made of a liquid component serving as a carrier, such as, for example, slurries. As oil or different glycols, and a so-called. Loose grain as abrasive medium, such as. As silicon carbide, are composed, and in which the pure liquid component usually additionally contains additives, the z. B. prevent premature settling of the abrasive particles. A consumed cutting or sawing liquid (slurry) arising in this separation lapping process consists of the pure liquid used, the abrasive used, chipped or abraded Si material (Si abrasion) and metallic wire abrasion as well as possibly added additives.
In einer anderen Variante der Prozessführung kommt als Sägedraht ein mit harten Schleifpartikeln wie z. B. Diamant besetzter Sägedraht zum Einsatz. Die auf der Oberfläche des Drahtes festhaftend aufgebrachten Schleifpartikel, sog. gebundenes Korn bewirken einen Schleifprozess, durch den sich ebenfalls ein Schneidspalt herausbildet.In another variant of the process comes as a sawing wire with hard abrasive particles such. B. diamond saw wire used. The adhered to the surface of the wire abrasive particles, so-called. Bound grain cause a grinding process through which also forms a cutting gap.
Die bei diesem Drahttrennschleifen (wie z. B. dem Diamond Wire Cutting(DWC)-Prozess) entstehende verbrauchte Schneidflüssigkeit besteht aus dem verwendeten Kühlschmiermittel, abgeschliffenem Si-Material (Si-Abrieb), wenigen ausgebrochenen Schleifkörnern und einer sehr geringen Menge an metallischen Drahtabrieb. Eine Übersicht über die verschiedenen Arten der Waferhestellung ist in
Durch den steigenden Bedarf an elektronischen Bauteilen, insbesonders Wafern für Photovoltaikelemente, mikroelektronische Bauelemente, sowie auch für Licht emittierende Dioden (LEDs) fallen immer größere Mengen derart verbrauchter Slurries an, von denen bisher nur einzelne Bestandteile recycelt werden können und ein derzeit nicht recycelfähiger Rest aufwändig entsorgt werden muss. Es sind daher bereits vielfältige Versuche unternommen worden, derart verbrauchte Slurries wieder aufzubereiten und ihre Bestandteile wiederzuverwenden oder einer anderen technisch brauchbaren Verwendung zuzuführen.Due to the increasing demand for electronic components, in particular wafers for photovoltaic elements, microelectronic components, as well as for light-emitting diodes (LEDs) are increasingly larger amounts of so consumed slurries of which previously only individual components can be recycled and a currently not recyclable remnant consuming must be disposed of. Many attempts have therefore already been made to recycle slurries consumed in this way and to reuse their constituents or to supply them with another technically useful use.
So beschreibt z. B. die
Typische Verfahrensschritte beim Aufarbeiten verbrauchter Sägeslurries bzw. der Wiedergewinnung der darin enthaltenen Fluide und großen Abrasivpartikel umfassen das Auffangen bzw. Auskreisen verbrauchter Slurries aus dem Sägeprozess bzw. dem Trennläppen, insbesonders dem Drahttrennläppen, und das Auftrennen der verbrauchten Slurry in ein Fluid und eine Feststofffraktion (z. B. mittels eines Zyklons oder eines Filters). Da ein Flüssig-Zyklon eine begrenzte Trennschärfe aufweist, wird in der ersten Stufe (1. Zyklon) nur das wiederverwendbare grobkörnige Abrasiv abgeschieden, und in der zweiten Stufe (2. Zyklon) wird aus dem Rest der 1. Stufe nun das wiederverwendbare Fluid abgeschieden. Dabei bleibt in der zweiten Stufe ein Restschlamm zurück, der entweder deponiert oder für den Einsatz in der Stahlindustrie weiterverarbeitet wird. Ein solches Verfahren wird in der
Gebrauchte Schneidflüssigkeit aus dem Trennläppprozess besteht aus der reinen Flüssigkeitskomponente (z. B. Polyäthylenglykol), welches ggf., weitere Additive enthalten kann, Abrasivteilchen (z. B. SiC-Partikeln), abgespanntes Siliziummaterial und metallischem Abrieb vom Sägedraht. Gebrauchte Schneidflüssigkeit aus dem Trennschleifprozess (z. B. Diamond Wire Cutting Prozess-DWC) besteht aus der reinen Schneidflüssigkeit (z. B. additiviertem Wasser oder einem Polyäthylenglykol), abgespantem Siliziummaterial, aus der Oberfläche des Sägedrahtes ausgebrochenen Abrasivteilchen und Metallabrieb.Used cutting fluid from the Trennläppprozess consists of the pure liquid component (eg., Polyethylene glycol), which may optionally contain other additives, Abrasivteilchen (eg SiC particles), strained silicon material and metallic abrasion from the saw wire. Used cutting fluid from the cut-off process (eg Diamond Wire Cutting Process DWC) consists of the pure cutting fluid (eg, additized water or a polyethylene glycol), swept silicon material, abrasive particles erupted from the surface of the saw wire, and metal abrasion.
Generell bestehen solche Restschlämme bzw. Filterrückstände aus Mischungen der reinen Flüssigkeitskomponente mit einem Rest von feinen zum Trennschleifen oder Trennläppen verwendete Abrasivteilchen wie z. B. Siliziumcarbid oder Diamant, Bruchstücken davon, Abrasivpartikeln die vom Sägedraht abgeplatzt sind (z. B. beim DWC-Verfahren), sowie Siliziumpartikeln, welche durch Zersägen eines Siliziumbricks bzw. -ingots entstanden sind. Gegebenenfalls sind ebenfalls geringe Mengen von abgelösten Metallpartikeln des Sägedrahtes enthalten. Sowohl das im Restschlamm bzw. dem Filterrückstand enthaltene Silizium, die Säge- oder Trennteilchen bzw. Abplatzungen von diesen als auch die Flüssigkeit sind für sich allein genommen durchaus brauchbare, industriell verwertbare Materialien, sofern sie in einer ausreichenden Reinheit getrennt voneinander vorliegen.In general, such residual sludge or filter residues consist of mixtures of the pure liquid component with a remainder of fine abrasive particles used for cutting or Trennläppen abrasive particles such. As silicon carbide or diamond, fragments thereof, abrasive particles which have chipped from the saw wire (eg., In the DWC process), and silicon particles, which are caused by sawing a Siliziumbricks or -ingots. Optionally, small amounts of detached metal particles of the saw wire are also included. Both the silicon contained in the residual sludge or the filter residue, the sawing or separating particles or flaking of these and the liquid are by themselves quite useful, industrially utilizable materials, provided that they are present in a sufficient purity separately.
Die in der Schneidflüssigkeit enthaltenen Feststoffe umfassen neben Si und Metallteilchen von Sägedraht vor allem lose d. h. ungebundenes Abrasivpartikel(loses Korn) sowie von Sägedraht abgebrochene Schleifpartikel (losgelöstes, gebundenes Korn). Typische Abrasivpartikel aus dem Trennläppen, sowie Schleifpartikel aus dem Drahttrennschleifen umfassen SiC, sowie Diamant.The solids contained in the cutting fluid include in addition to Si and metal particles of saw wire especially loose d. H. unbound abrasive particle (loose grain) and abrasive particles broken off by saw wire (detached, bound grain). Typical abrasive particles from the separation lapping, as well as abrasive particles from wire cutting grinding include SiC, as well as diamond.
Ein derartiger Restschlamm bzw. Filterrückstand weist beim Trennläppen üblicherweise einen Feststoffgehalt von mindestens 50 Gew.-%, insbesonders mindestens 60 Gew.-% auf, wobei Restschlämme mit einem Feststoffgehalt von mindestens 70, insbesonders mindestens 80% aufgrund des geringen Restanteils an Fluid erhalten werden. Dabei besteht der Feststoffgehalt aus 70–95% Säge- bzw. Schleifteilchen (z. B SiC), 5–30 bzw. 29% Siliziumabrieb und bis zu 3% Sägedrahtabrieb.Such residual sludge or filter residue usually has a solids content of at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight, whereby residual sludges having a solids content of at least 70, in particular at least 80%, are obtained due to the small residual proportion of fluid , The solids content consists of 70-95% sawing or abrasive particles (eg SiC), 5-30 or 29% silicon abrasion and up to 3% saw wire abrasion.
Eines der zurzeit größten Probleme beim Gebrauch solcher Sägeslurries liegt in ihrer unvollständigen Recyclingfähigkeit. Dabei wird insbesonders der Restschlamm verworfen, wie dies in der
Weiterhin beschreibt beispielsweise die
In der
Des Weiteren beschreibt die
Aus der
In der
Die
Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit sämtlichen Verfahren des Standes der Technik die in der Sägeflüssigkeit vorliegenden gelösten oder feinst suspendierten Additive ebenfalls mit abgetrennt werden, so dass diese entweder in einem aufwendigen Verfahren aus dem Retentat bzw. dem Filter extrahiert werden oder mit diesen verworfen werden müssen. Weiterhin ist der in der verbrauchten Sägeflüssigkeit, dem Restschlamm oder dem Filterrückstand enthaltene Siliziumabrieb bislang nicht einem Recycling zugänglich.However, it has been shown that with all the processes of the prior art, the dissolved or finely suspended additives present in the sawing liquid are likewise separated off, so that they are either extracted from the retentate or the filter in a complicated process or discarded with them Need to become. Furthermore, the silicon abrasion contained in the used sawing liquid, the residual sludge or the filter residue has not yet been available for recycling.
Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, verbrauchte Säge- bzw- Schneidflüssigkeiten und zwar sowohl Sägeslurries als auch verbrauchte Säge- bzw. Schneidflüssigkeit aus dem Drahttrennschleifen (wie z. B. aus dem DWC-Prozess) derart wieder aufzubereiten, dass sowohl die flüssige Phase, als auch die feste Phase, insbesondere die darin enthaltene Abrasiv- oder Schleifteilchen(loses bzw. ehemals gebundenes Korn) und der Si-Abrieb in einer ausreichenden hoher Reinheit so voneinander getrennt werden können, dass diese industriell und als reines Produkt wiederverwendet werden können und nicht kostenintensiv entsorgt werden müssen.The invention therefore has the task of reprocessing used sawing or cutting fluids both saw slurries and spent sawing or cutting fluid from wire cutting grinding (such as from the DWC process) in such a way that both the liquid phase, as well as the solid phase, in particular the abrasive or abrasive particles contained therein (loose or formerly bound grain) and the Si-abrasion in a sufficiently high purity can be separated from each other so that they can be reused industrially and as a pure product and not must be disposed of costly.
Dieses Ziel wird durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale erreicht.This object is achieved by the features defined in the claims.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass sich die in der gebrauchten Säge- bzw. Schneidflüssigkeit aus dem Trennläppprozess (Sägeslurry) oder in der gebrauchten Säge- bzw. Schneidflüssigkeit des Drahttrennschleifens vorliegenden Mischungen aus Feststoffkomponenten, auf einfache Weise voneinander trennen lassen, wenn die gebrauchte Säge- bzw. Schneidflüssigkeit mit einem flüssigen Suspensionsmediumlösung bzw. Suspensionsfluid, welches Alkohol, Fettsäuren und/oder ionische Tenside als Suspendiermittel enthält, suspendiert wird. In einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung kann das Fluid zusätzlich zum oder anstatt des Alkohols weitere Flüssigkeiten geringerer Dichte als die der reinen Schneidflüssigkeit enthalten wie z. B. Wasser und/oder weitere Alkohole. Erfindungsgemäß verwendbare Alkohole umfassen Monoalkohol, insbesonders einen Alkylalkohol, speziell Methanol bzw. C2-C5-Alkohol, wie Ethanol, Propanol etc. Es hat sich nämlich gezeigt, dass sich in einem solchen Suspensionsmedium die Siliziumpartikel suspendieren lassen und so schwebend in der flüssigen Phase verbleiben, wohingegen die Schleif- bzw. Sägepartikel, wie z. B. SiC oder Diamant rasch sedimentieren. Im Folgenden werden die Begriffe Sägeflüssigkeit, Sägeslurry und Schneidflüssigket synonym verwendet.It has now surprisingly been found that in the used sawing or cutting fluid from the Trennläppprozess (Sägeslurry) or in the used sawing or cutting fluid of the wire cutting grinding present mixtures of solid components, can be easily separated from each other when the used saw or cutting fluid with a liquid suspension medium solution or suspension fluid containing alcohol, fatty acids and / or ionic surfactants as suspending agent is suspended. In an alternative embodiment of the invention, in addition to or instead of the alcohol, the fluid may contain other liquids of lower density than the pure cutting fluid, such as, for example, As water and / or other alcohols. Alcohols which can be used according to the invention include monoalcohol, in particular an alkyl alcohol, specifically methanol or C 2 -C 5 -alcohol, such as ethanol, propanol, etc. It has been found that in such a suspension medium, the silicon particles can be suspended and thus remain floating in the liquid phase, whereas the grinding or sawing particles , such as B. SiC or diamond sediment rapidly. The terms sawing fluid, sawing slurry and cutting fluid are used synonymously below.
Auf diese Weise ist es daher möglich, Siliziumpartikel von Schleif-, Säge- und Schneideartikeln wie z. B. Siliziumcarbidpartikel oder Diamantpartikel zu trennen. Prinzipiell ist es zwar möglich, die Trennung mittels einfacher Sedimentation durchzuführen, jedoch ist es bevorzugt, die Sedimentation durch Zentrifugation zu beschleunigen.In this way it is therefore possible, silicon particles of grinding, sawing and cutting articles such. B. silicon carbide particles or diamond particles to separate. In principle it is possible to carry out the separation by means of simple sedimentation, but it is preferred to accelerate the sedimentation by centrifugation.
Bevorzugte Suspendiermittel sind Methanol, Fettsäuren, insbesonders C1-C5-, vorzugsweise C1-C3-Fettsäuren, ionische Tenside, und zwar sowohl kationische als auch vorzugsweise anionische Tenside, sowie Seifen. Es hat sich gezeigt, dass es zweckmäßig ist, die Suspendiermittel in einer ausreichenden Menge zuzusetzen, um sicherzustellen, dass möglichst sämtliche Siliziumpartikel in Schwebe gehalten werden. Zweckmäßigerweise wird es im Überschuss, bezogen auf das Gewicht der Feststoffpartikel, insbesonders der Siliziumpartikel, eingesetzt.Preferred suspending agents are methanol, fatty acids, in particular C 1 -C 5 -, preferably C 1 -C 3 -fatty acids, ionic surfactants, both cationic and preferably anionic surfactants, and soaps. It has been found that it is expedient to add the suspending agents in an amount sufficient to ensure that all possible silicon particles are kept in suspension. It is expedient to use it in excess, based on the weight of the solid particles, in particular the silicon particles.
Wird ein Alkohol, im Besonderen Methanol als Suspendiermittel verwendet, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dieses, bezogen auf das Gesamtgewicht der zu behandelnden, verbrauchten Sägeflüssigkeit oder Schlammes, in mindestens der doppelten Menge (bezogen auf das Gewicht) zu verwenden. Besonders bevorzugt ist mindestens die dreifache Gewichtsmenge, wobei das mindestens Vierfache besonders bevorzugt ist.When an alcohol, especially methanol, is used as the suspending agent, it has been found desirable to use it in at least twice the amount (by weight) based on the total weight of the spent sawing liquid or sludge to be treated. At least three times the amount by weight is particularly preferred, with at least four times being particularly preferred.
Die Suspension lässt sich mittels üblichen Verfahren wie beispielsweise Rühren, Ultraschall oder mittels eines elektrischen Feldes problemlos erzeugen.The suspension can easily be produced by conventional methods such as, for example, stirring, ultrasound or by means of an electric field.
In einer bevorzugten Form der Erfindung wird von der Sägeflüssigkeit nur der Restschlamm weiterbehandelt. Restschlamm entsteht wenn der gebrauchten oder verbrauchten Schneidflüssigkeit aus dem Trennschleifprozess bereits reine Flüssigkeit entzogen wurde, das heißt Restschlamm ist in diesem Fall eine eingedickte gebrauchte Schneidflüssigkeit. Restschlamm entsteht aber auch, wenn der gebrauchten Schneidflüssigkeit (gebrauchte Slurry) aus dem Trennläppprozess einem ersten Recyclingschritt wieder verwendbare große Abrasivpartikel von typischerweise größer 4 bzw. größer 5 μm Durchmesser und wieder verwendbare reine Flüssigkeit entzogen wurden. Wie dies bereits zuvor beschrieben ist hat Restschlamm einen Feststoffgehalt von größer 50 Masse-%. Ob dieser Restschlamm das Ergebnis einer Zentrifugation oder Filtration ist, spielt dabei keine Rolle.In a preferred form of the invention, only the residual sludge is treated further by the sawing liquid. Residual sludge occurs when the used or used cutting fluid from the Trennschleifprozess already pure liquid was withdrawn, that is residual sludge is in this case a thickened used cutting fluid. Residual sludge also arises when the used cutting fluid (used slurry) from the separation leach process has been removed from a first recycling step reusable large abrasive particles of typically greater than 4 or greater than 5 microns in diameter and reusable pure liquid. As already described above, residual sludge has a solids content of more than 50% by mass. Whether this residual sludge is the result of centrifugation or filtration does not matter.
In dieser bevorzugten Ausführungform werden diesem Restschlamm bzw. dem Filterrückstand vor der Zugabe der Suspendierlösung metallische Beimengungen wie z. B. Eisen, Kupfer, Nickel, Mangan, Chrom etc. entzogen. Derartige Metallpartikel entstehen z. B. durch Abrieb der metallenen Säge, insbesonders des Sägedrahtes. Dies kann mittels magnetischer Abscheidung, einer Abscheidung wie in der
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Suspensionsmedium einen leicht sauren pH, vorzugsweise von 4 bis 6,5 auf, wobei Mindestwerte von 4,5, insbesonders von 5 bevorzugt sind. Vorzugsweise beträgt der maximale pH-Wert nicht mehr als 6.In a preferred embodiment, the suspension medium has a slightly acidic pH, preferably from 4 to 6.5, with minimum values of 4.5, in particular of 5 being preferred. Preferably, the maximum pH is not more than 6.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die gebrauchte ggf. weiterbehandelte Sägeflüssigkeit (z. B. durch Eindicken oder Leaching) zur Erzeugung der Suspension zusätzlich zum Suspendiermittel noch ein Trägerfluid. Typische Trägerfluids sind Wasser und/oder die Bestandteile der Flüssigkeitskomponenten aus der Sägeflüssigkeit. Zweckmäßigerweise enthält daher das Suspensionsmedium mindestens 10 Gew.-% der in der Sägeflüssigkeit verwendeten Flüssigkeitskomponente oder Teilkomponente davon, vorzugsweise jedoch mindestens 15 Gew.-%, wobei mindestens 20 Gew.-% besonders bevorzugt sind. Ganz besonders bevorzugt sind Mengen von mindestens 25 Gew.-%.In a further preferred embodiment, the used optionally further treated sawing liquid (for example by thickening or leaching) for producing the suspension additionally contains a carrier fluid in addition to the suspending agent. Typical carrier fluids are water and / or the Components of the liquid components from the sawing liquid. Conveniently, therefore, the suspension medium contains at least 10% by weight of the liquid component or partial component thereof used in the sawing liquid, but preferably at least 15% by weight, with at least 20% by weight being particularly preferred. Very particular preference is given to amounts of at least 25% by weight.
Typische Sägeflüssigkeiten sind Wasser, Glykole wie z. B. Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol sowie wasserbasierte, additivierte Kühlschmierstoffe. Sofern die Sägeflüssigkeit (Schneidflüssigkeit) keine Glykole enhält, können diese der Suspendierflüssigkeit zugesetzt werden.Typical Sägeflüssigkeiten are water, glycols such. As polyethylene glycol or polypropylene glycol and water-based, additierte cooling lubricants. If the sawing fluid (cutting fluid) contains no glycols, these can be added to the suspending fluid.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist das flüssige Suspensionsmedium eine Dichte zwischen 1,55 und 1,8 g/cm3 auf. Vorzugsweise betragen die Mindestdichte 1,6, insbesonders 1,63. Bevorzugte Höchstdichten betragen 1,75, insbesonders 1,7.In a preferred embodiment according to the invention, the liquid suspension medium has a density between 1.55 and 1.8 g / cm 3 . Preferably, the minimum density is 1.6, especially 1.63. Preferred maximum densities are 1.75, especially 1.7.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, vor dem Suspendieren des Siliziums einen Großteil der Flüssigkeitskomponente der verbrauchten Sägeflüssigkeit mittels üblichen Sedimentations- und/oder Filtertechniken zu entfernen. Zweckmäßigerweise wird mindestens 50 Gew.-% der reinen Flüssigkeit, vorzugsweise jedoch mindestens 70 Gew.-% entfernt. Besonders bevorzugt ist es, mindestens 80 bzw. 90 Gew.-% des in der Schneidflüssigkeit vorliegenden Fluids zu entfernen.It has proven expedient to remove a large part of the liquid component of the used sawing liquid by means of conventional sedimentation and / or filtering techniques before suspending the silicon. It is expedient to remove at least 50% by weight of the pure liquid, but preferably at least 70% by weight. It is particularly preferred to remove at least 80 or 90% by weight of the fluid present in the cutting fluid.
Darüber hinaus hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nach dem Entfernen des zumindest größeren Teils der Schneidflüssigkeit von den Si und Schleif- bzw. Abrasiv Partikeln dem Sediment bzw. Filtrat ein Viskosiätsmittel, wie einem Glykol, beispielsweise Polyethylenglykol, zuzusetzen, so dass die entstehende Aufschlämmung mindestens 20, insbesonders mindestens 30 Gew.-% dieses Mittels enthält. Besonders bevorzugt ist es, dieses Mittel in einer Menge zuzusetzen, dass eine Aufschlämmung mit 40 bis 60 Gew.-% (bezogen auf die Flüssigkeit) dieses Viskositätsmittels enthält. Erst anschließend wird das Suspendiermittel vorzugsweise im Überschuss (bezogen auf das Gewicht der Partikel) zugesetzt. Typische Glykole sind Diethylenglykol (DEG), Diethylenglykolmonomethylether (DEGME), Ethylenglykol (EG), Triethylenglykol (TEG), Propylenglykol (PEG), Polyethylenglykol (PEG), insbesonders PEG-200 und PEG-300, sowie Dipropylenglykol (DPG).Moreover, it has proven expedient, after removing the at least larger part of the cutting fluid from the Si and abrasive particles, to add to the sediment or filtrate a viscosifying agent, such as a glycol, for example polyethylene glycol, so that the resulting slurry contains at least 20, in particular at least 30 wt .-% of this agent. It is particularly preferable to add this agent in an amount containing a slurry of 40 to 60% by weight (based on the liquid) of this viscosity agent. Only then is the suspending agent preferably added in excess (based on the weight of the particles). Typical glycols are diethylene glycol (DEG), diethylene glycol monomethyl ether (DEGME), ethylene glycol (EG), triethylene glycol (TEG), propylene glycol (PEG), polyethylene glycol (PEG), especially PEG-200 and PEG-300, and dipropylene glycol (DPG).
Die Schleif- bzw. Abrasionspartikel wie SiC und Diamant neigen zur schnellen Sedimentation. Durch Zentrifugation kann dieser Sedimentationsprozess beschleunigt werden. In der dabei im Überstand verbliebenen Suspension ist als Feststoff dann nur noch der in Schwebe verbliebene Siliziumabrieb enthalten. Dieses Si wird z. B. durch Filtration abgetrennt und weist eine hohe Reinheit auf. Das bei der Filtration enthaltene Permeat kann mittels typischer Destillation bzw. Rektifikation aufgetrennt werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, nicht nur das Suspendiermittel wie z. B. Methanol sondern auch z. B. ein ggf. enthaltenes das Trägerfluid des Suspensionsmediums wie z. B. PEG mit einem Wassergehalt von weniger als 0,1% zu erhalten.The abrasive particles such as SiC and diamond tend to sediment quickly. Centrifugation can accelerate this sedimentation process. In the case of the suspension remaining in the supernatant, only the suspended silicon abrasion remains as a solid. This Si is z. B. separated by filtration and has a high purity. The permeate contained in the filtration can be separated by means of typical distillation or rectification. In this way it is possible, for example, not only the suspending agent such. As methanol but also z. B. an optionally contained the carrier fluid of the suspension medium such. B. PEG with a water content of less than 0.1%.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Wiedergewinnung von reinem Silizium geeignet. Ein dermaßen gereinigtes Silizium eignet sich insbesonders zur Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauteilen.The inventive method is particularly suitable for the recovery of pure silicon. Such purified silicon is particularly suitable for further processing into electronic components.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Siliziumcarbid in einer Reinheit von mindestens 95%, insbesonders mindestens 96% zu erhalten, wobei ohne weiteres auch Reinheiten von mindestens 98 bzw. 99% erreicht werden. Die so wiedergewonnenen Siliziumteilchen weisen eine Reinheit von mindestens 98, insbesonders mindestens 99% auf. Derartiges aufbereitetes Siliziumcarbid sowie Silizium kann ohne weiteres für metallurgische Prozesse verwendet werden und stellt damit einen wichtigen verwertbaren Rohstoff dar. Darüber hinaus ist das so erhaltene Silizium rein genug, um gegebenenfalls nach weiterer Reinigung als Solar-Grade-Silizum für die Züchtung multikristalliner Solaringots verwendet werden können.According to the inventive method, it is possible to obtain silicon carbide in a purity of at least 95%, in particular at least 96%, with purities of at least 98 or 99% being readily achieved. The thus recovered silicon particles have a purity of at least 98, especially at least 99%. Such recycled silicon carbide as well as silicon can be readily used for metallurgical processes and thus constitutes an important utilizable raw material. In addition, the resulting silicon is pure enough to be optionally used after further purification as a solar grade silicon for the growth of multicrystalline solar ingots can.
Die Erfindung wird durch die
Restschlamm wird erhalten, nachdem aus verbrauchter Schneidflüssigkeit wiederverwendbares großkörniges Abrasiv und ein Teil der Schneidflüssigkeit, z. B. Glykol, meist durch zwei hintereinandergeschaltete Zentrifugen, abgetrennt wurden. Restschlamm wird ebenso erhalten, nachdem aus verbrauchter Schneidflüssigkeit aus dem DWC-Prozess (Diamant Wire Cutting) der darin enthaltene Feststoff wie Si-Abrieb und vom Draht agbeplatzte Schleifkörner z. B. durch Zentrifugieren abgetrennt wurde.Residual sludge is obtained after reusable large-grain abrasive from spent cutting fluid and a portion of the cutting fluid, e.g. As glycol, mostly by two cascaded centrifuges were separated. Residual sludge is also obtained after, from spent cutting fluid from the DWC (Diamond Wire Cutting) process, the solid contained therein, such as Si abrasion and abrasive grains agglomerated by the wire, e.g. B. was separated by centrifugation.
Restschlamm, welcher üblicherweise in einem Tank zwischengelagert ist, wird zur weiteren Abtrennung von Trägerfluid, meist PEG, in einem ersten Schritt filtriert. (Dieser Schritt ist vorteilhaft aber nicht zwingend notwendig). Dabei wird ein aufkonzentrierter Restschlamm erhalten, welcher ca. 70% Feststoffe und 30% des Fluids (PEG) enthält. Die Feststoffe des Restschlammes bestehen aus Reinstsilizium, Siliziumcarbid (nur im Fall, wenn der Restschlamm aus verbrauchter Slurry gewonnen wurde), abgeplatzten Schleifkörnern (nur beim DWC-Prozess) sowie Metallabrieb.Residual sludge, which is usually stored in a tank, is filtered in a first step for further separation of carrier fluid, usually PEG. (This step is advantageous but not mandatory). This results in a concentrated residual sludge, which is about 70% Solids and 30% of the fluid (PEG). The residual sludge solids consist of ultrapure silicon, silicon carbide (only in the case of residual sludge from spent slurry), chipped abrasive grains (DWC only), and metal abrasion.
Zur Entfernung des Metallabriebs wird in Schritt
Diese Sedimentation erfolgt in Schritt
Die Erfindung soll an den folgenden Beispielen näher erläutert werden:
100 g eines Restschlammes werden einer Filtration unterzogen, aus derdie im Restschlamm enthaltene Schneidflüssigkeit, im konkreten Fall PEG 300, abgetrennt wurde. Der so erhaltene Filterkuchen wurde mit 2,5 g Oxalsäure versetzt. Es wurden im Filterkuchen enthaltene Metallverunreinigungen in Oxalate umgesetzt. Diese Oxalate wurden mit 500 g PEG 300 gelöst. Durch Filtration wurde das zugegebene PEG 300 inklusive der darin gelösten Oxalate abgetrennt. Danach wurde dem Filterkuchen erneut 150 g PEG 300 zugegeben, um ein fließfähiges Gemisch bestehend aus ca. 50% PEG und ca. 50% Si- und SiC-Partikel zu erhalten. Diesem Gemisch wurde die 4-fache Masse an Methanol zugegeben und das Gemisch wurde 120 Minuten gerührt. Aus der entstehenden Suspension setzt sich auch ohne zusätzliche Krafteinwirkung das SiC bereits durch die Schwerkraft ab. Dieser Prozess wurde jedoch beschleunigt, indem die durch Rühren entstandene Suspension zentrifugiert wurde. Das dabei erhaltene Sediment bestand zu 99% aus SiC. Im Überlauf der Zentrifuge befand sich eine Suspension aus PEG, Methanol und Si-Partikeln. Dieser Überlauf wurde filtriert. Der Filterkuchen wurde zu Analysezwecken mit Essigsäure gewaschen und analysiert. Es wurde festgestellt, dass er zu 99% aus Si bestand. Das Permeat der Filtration wurde destillativ in seine Bestandteile PEG und Methanol aufgetrennt, die dadurch einem erneuten Einsatz zur Verfügung stehen.The invention will be explained in more detail by the following examples:
100 g of a residual sludge are subjected to a filtration, from which the cutting fluid contained in the residual sludge, in this specific case PEG 300, was separated off. The filter cake thus obtained was admixed with 2.5 g of oxalic acid. There were implemented in the filter cake metal impurities in oxalates. These oxalates were dissolved with 500 g of PEG 300. Filtration was used to separate the added PEG 300, including the oxalates dissolved therein. Thereafter, 150 g of PEG 300 was added to the filter cake again to obtain a flowable mixture consisting of about 50% PEG and about 50% Si and SiC particles. To this mixture was added 4 times the mass of methanol, and the mixture was stirred for 120 minutes. From the resulting suspension, the SiC already settles by gravity even without additional force. However, this process was accelerated by centrifuging the suspension formed by stirring. The sediment was 99% SiC. In the overflow of the centrifuge was a suspension of PEG, methanol and Si particles. This overflow was filtered. The filter cake was washed with acetic acid for analysis and analyzed. It was found to be 99% Si. The permeate of the filtration was separated by distillation into its components PEG and methanol, which are thus available for reuse.
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