JP2009196849A - Silicon recovery method and silicon recovery apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はシリコンウエハの製造工程等に使用された廃スラリーから、シリコン含有率の高い再生シリコンを得るためのシリコン回収方法及び装置に関する。 The present invention relates to a silicon recovery method and apparatus for obtaining reclaimed silicon having a high silicon content from waste slurry used in a silicon wafer manufacturing process or the like.
ICチップや太陽電池用として広く用いられるシリコン単結晶又は多結晶からなる薄板(以下、「シリコンウエハ」と呼ぶ。)の製造工程において、原料シリコンの約60%が切断、面取り又は研磨等により廃液中に廃棄されており、製品に対するコスト負荷ならびに廃棄処分(この廃液は濃縮処理や一部材料の回収の後、埋め立て処分されるのが一般的である)に伴う環境への負荷が大きな問題となっている。 In the manufacturing process of a thin plate made of silicon single crystal or polycrystal (hereinafter referred to as “silicon wafer”) widely used for IC chips and solar cells, about 60% of the raw material silicon is drained by cutting, chamfering or polishing. The cost to the product and the environmental impact associated with disposal (this waste liquid is generally disposed of in landfill after concentrating and collecting some materials) is a major problem. It has become.
また、特に近年、太陽電池の生産量は増加の一途をたどっており、原料シリコンの需要も急激な伸びが見られる。このため太陽電池用のシリコンの不足が顕在化している。 In particular, in recent years, the production of solar cells has been steadily increasing, and the demand for raw material silicon has been increasing rapidly. For this reason, the shortage of silicon for solar cells has become apparent.
そこで従来、上記の切断又は研磨といったシリコンウエハの製造時に発生する廃液からシリコンを回収する方法が提案されてきた。 Therefore, conventionally, a method for recovering silicon from waste liquid generated during the production of a silicon wafer such as cutting or polishing has been proposed.
例えば特許文献1においては、砥粒をクーラントに分散させたスラリーを用いてシリコン単結晶又は多結晶のインゴットを切断又は研磨する処理から排出される廃スラリーから固形分を回収し、回収した固形分に対して、残留クーラント等を除去するための有機溶剤洗浄、有機溶剤を洗い流すための水洗浄、廃スラリーに含まれていた金属(鉄、銅など)を酸水溶液(フッ酸水溶液など)に溶解させて除去するための酸洗浄、酸水溶液を洗い流すための水洗浄等が行われている。
しかしながら、特許文献1に開示されるような従来方法、すなわち洗浄に酸水溶液や純水を用いる場合、シリコンの酸化によりシリコン酸化物が生成するため、シリコンの回収率が低下する、回収したシリコンの純度が落ちるなどという問題が生じることが分かった。
加えて本発明者らは、従来方法においては酸水溶液又は水中での化学反応により固形分が塊状化し、洗浄以後の工程を困難にする場合があるという問題点を見出した。
However, when a conventional method as disclosed in Patent Document 1, that is, when an acid aqueous solution or pure water is used for cleaning, silicon oxide is generated by oxidation of silicon, the silicon recovery rate is reduced. It has been found that problems such as a drop in purity occur.
In addition, the present inventors have found a problem that in the conventional method, the solid content is agglomerated by a chemical reaction in an acid aqueous solution or water, and the process after washing may be difficult.
本発明は、かかる事情に鑑み、廃スラリーから簡易に多くの高純度シリコンを回収することができるシリコン回収方法を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a silicon recovery method that can easily recover a large amount of high-purity silicon from waste slurry.
本発明のシリコン回収方法は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン屑が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン屑を含有するシリコン回収用固形分を取得する第1固液分離工程と、洗浄液を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄後に前記洗浄液と前記シリコン回収用固形分を固液分離する第2固液分離工程とを備え、前記クーラントは、液状有機物を含み、前記洗浄液は、前記液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含むことを特徴とする。 According to the silicon recovery method of the present invention, a silicon lump using a slurry containing abrasive grains and a coolant or a silicon lump or silicon wafer is cut or polished to solid-liquid separate a waste slurry in which silicon scrap is mixed or a concentrated component thereof. A first solid-liquid separation step of obtaining solids for collecting silicon containing scraps, a washing step of washing the solids for collecting silicon using a washing solution, and the washing solution and the solids for collecting silicon after the washing. A second solid-liquid separation step for solid-liquid separation, wherein the coolant includes a liquid organic substance, and the cleaning liquid is compatible with the liquid organic substance and has a lower boiling point than the liquid organic substance And water.
前記洗浄液は、無機酸をさらに含んでもよい。
前記洗浄液中の水の比率は、30wt%未満であってもよい。
前記洗浄液中の低沸点有機溶媒は,炭素数が1〜6のアルコールと炭素数が3〜6のケトンからなる群から選ばれる1つからなるか又は2つ以上の混合物からなってもよい。
前記洗浄液中の低沸点有機溶媒は,メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール及びアセトンからなる群から選ばれる1つからなるか又は2つ以上の混合物からなってもよい。
これらの低沸点有機溶媒は、クーラント中の液状有機物として広く用いられているプロピレングリコール(沸点187℃)などに対して相溶性を有し、且つ、50〜150℃程度の低い融点を示すからである。
前記クーラントは、水溶性クーラントからなってもよい。
The cleaning liquid may further include an inorganic acid.
The ratio of water in the cleaning liquid may be less than 30 wt%.
The low boiling point organic solvent in the cleaning liquid may be composed of one selected from the group consisting of alcohols having 1 to 6 carbon atoms and ketones having 3 to 6 carbon atoms, or may be composed of a mixture of two or more.
The low-boiling organic solvent in the cleaning liquid may be composed of one selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and acetone, or a mixture of two or more.
These low-boiling organic solvents are compatible with propylene glycol (boiling point 187 ° C.) widely used as a liquid organic substance in the coolant and have a low melting point of about 50 to 150 ° C. is there.
The coolant may comprise a water soluble coolant.
また、本発明のシリコン回収装置は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン屑が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン屑を含有するシリコン回収用固形分を取得する第1固液分離部と、洗浄液を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄部と、前記洗浄後に前記洗浄液と前記シリコン回収用固形分を固液分離する第2固液分離部とを備え、前記クーラントは、液状有機物を含み、前記洗浄液は、前記液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含むことを特徴とするシリコン回収装置である。 Further, the silicon recovery apparatus of the present invention solid-liquid separates the waste slurry in which silicon scrap is mixed into the slurry or the concentrated portion thereof by cutting or polishing the silicon lump or silicon wafer using the slurry containing abrasive grains and coolant. A first solid-liquid separation unit for obtaining silicon recovery solids containing silicon scrap, a cleaning unit for cleaning the silicon recovery solids using a cleaning liquid, and the cleaning liquid and the silicon recovery solid after the cleaning A second solid-liquid separation part that separates the liquid into solid and liquid, the coolant includes a liquid organic material, and the cleaning liquid has a low boiling point that is compatible with the liquid organic material and has a lower boiling point than the liquid organic material A silicon recovery apparatus comprising an organic solvent and water.
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、低沸点有機溶媒からなる洗浄液に少量の水を添加した場合に、添加した水の比率から予測できる以上の劇的な洗浄効果の上昇が見られることを見出し、本発明の完成に到った。
また、本発明における洗浄液は、低沸点有機溶媒を含むため、酸水溶液などの洗浄液を用いた場合に比べてシリコンの酸化を抑制することができ、シリコンの酸化に起因するシリコンの回収率の低下および/または回収シリコンの純度低下を抑制することができる。
また、本発明における洗浄液が低沸点有機溶媒を含むので、第1固液分離部後にシリコン回収用固形分に残留しているクーラント由来の液状有機物を洗浄液に溶解させて容易に除去することができる。
As a result of intensive studies, the inventors have found that when a small amount of water is added to a cleaning liquid composed of a low-boiling organic solvent, a dramatic increase in cleaning effect can be seen that can be predicted from the ratio of the added water. As a result, the present invention has been completed.
In addition, since the cleaning liquid in the present invention contains a low-boiling organic solvent, it is possible to suppress silicon oxidation as compared with the case where a cleaning liquid such as an acid aqueous solution is used, and the silicon recovery rate is reduced due to silicon oxidation. And / or purity reduction of recovered silicon can be suppressed.
In addition, since the cleaning liquid in the present invention contains a low-boiling organic solvent, the liquid organic material derived from the coolant remaining in the solids for silicon recovery after the first solid-liquid separation part can be easily removed by dissolving in the cleaning liquid. .
このように本発明によれば、現在は廃棄されている、シリコンの切断又は研磨によって生じるシリコン屑を含む廃スラリーから、高い純度のシリコンを高い回収率で回収できる。 As described above, according to the present invention, high-purity silicon can be recovered at a high recovery rate from waste slurry containing silicon waste generated by cutting or polishing silicon, which is currently discarded.
以下、本発明の種々の実施形態等を例示する。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.
本発明のシリコン回収方法は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン屑が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン屑を含有するシリコン回収用固形分を取得する第1固液分離工程と、洗浄液を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄後に前記洗浄液と前記シリコン回収用固形分を固液分離する第2固液分離工程とを備え、前記クーラントは、液状有機物を含み、前記洗浄液は、前記液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含む。 According to the silicon recovery method of the present invention, a silicon lump using a slurry containing abrasive grains and a coolant or a silicon lump or silicon wafer is cut or polished to solid-liquid separate a waste slurry in which silicon scrap is mixed or a concentrated component thereof. A first solid-liquid separation step of obtaining solids for collecting silicon containing scraps, a washing step of washing the solids for collecting silicon using a washing solution, and the washing solution and the solids for collecting silicon after the washing. A second solid-liquid separation step for solid-liquid separation, wherein the coolant includes a liquid organic substance, and the cleaning liquid is compatible with the liquid organic substance and has a lower boiling point than the liquid organic substance And water.
この方法は、図1に示す本発明の一実施形態のシリコン回収装置を用いて実施することができる。以下、本実施形態のシリコン回収装置を中心に説明を進める。以下の説明は、本実施形態のシリコン回収方法についても基本的に当てはまる。 This method can be implemented using the silicon recovery apparatus of one embodiment of the present invention shown in FIG. Hereinafter, the description will be focused on the silicon recovery apparatus of the present embodiment. The following description is basically applicable to the silicon recovery method of this embodiment.
本実施形態のシリコン回収装置は、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン屑が混入された廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン屑を含有するシリコン回収用固形分を取得する第1固液分離部1と、洗浄液を用いて前記シリコン回収用固形分を洗浄する洗浄部3と、前記洗浄後に前記洗浄液と前記シリコン回収用固形分を固液分離する第2固液分離部4とを備える。前記クーラントは、液状有機物を含み、前記洗浄液は、前記液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含む。 The silicon recovery apparatus of the present embodiment solid-liquid separates the waste slurry in which silicon waste is mixed into the slurry or the concentrated portion thereof by cutting or polishing the silicon lump or silicon wafer using the slurry containing abrasive grains and coolant. A first solid-liquid separation unit 1 that acquires silicon recovery solids containing silicon scrap, a cleaning unit 3 that cleans the silicon recovery solids using a cleaning liquid, and the cleaning liquid and the silicon recovery after the cleaning And a second solid-liquid separation unit 4 for solid-liquid separation of the solid content. The coolant includes a liquid organic material, and the cleaning liquid includes a low-boiling organic solvent that is compatible with the liquid organic material and has a boiling point lower than that of the liquid organic material, and water.
また、本実施形態のシリコン回収装置は、乾燥部7、分級部5、金属屑除去部9、成形部11、加熱部13及び精製部15のうちの1つ以上を必要に応じて備える。精製部15の代わりに固化部17を備えてもよい。
Moreover, the silicon collection | recovery apparatus of this embodiment is provided with one or more of the
以下、詳細に説明する。 This will be described in detail below.
1.廃スラリー、廃スラリーの濃縮分
シリコン回収装置の実施形態について説明する前に、まず、廃スラリーとその濃縮分について説明する。
1. Waste Slurry, Concentration of Waste Slurry Before describing the embodiment of the silicon recovery apparatus, first, the waste slurry and its concentration will be described.
廃スラリーとは、砥粒とクーラントを含むスラリーを用いたシリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨によって前記スラリーにシリコン屑が混入されたものである。廃スラリーの濃縮分とは、廃スラリーを濃縮したものである。
本実施形態のシリコン回収装置は、廃スラリーに混入されたシリコン屑を回収し、再生シリコンとするためのものである。シリコン塊は、シリコンの塊であり、例えば、シリコンインゴットである。シリコン塊の形状は、特に限定されないが、一例では、円柱状や四角柱状である。
The waste slurry is obtained by mixing silicon scraps into the slurry by cutting or polishing a silicon lump or silicon wafer using a slurry containing abrasive grains and coolant. The concentrated portion of the waste slurry is a concentrate of the waste slurry.
The silicon recovery apparatus according to the present embodiment is for recovering silicon scraps mixed in waste slurry to obtain recycled silicon. The silicon lump is a lump of silicon, for example, a silicon ingot. The shape of the silicon lump is not particularly limited, but in an example, it is a columnar shape or a quadrangular prism shape.
シリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨は、切断装置又は研磨装置を用いて行われ、この切断装置又は研磨装置から排出される使用済みのスラリーが廃スラリーである。 The silicon lump or the silicon wafer is cut or polished using a cutting device or a polishing device, and the used slurry discharged from the cutting device or the polishing device is a waste slurry.
切断装置の一例は、シリコンインゴットの切断装置として広く用いられているマルチワイヤソー装置(以下、「MWS」と呼ぶ。)である。MWSとは一般に、複数のローラ間にワイヤを架け渡して巻き付け、砥粒とクーラントを含むスラリーをワイヤに供給しつつ走行させ、このワイヤに被切断物を押し付けて切断する切断装置のことである。このようなMWSを用いてシリコンインゴットを切断すると、スラリー中にシリコンの切断屑、破砕された砥粒及び破砕されなかった砥粒、さらにはワイヤの摩耗片である金属屑などが混入することになる。 An example of the cutting device is a multi-wire saw device (hereinafter referred to as “MWS”) that is widely used as a silicon ingot cutting device. In general, MWS is a cutting device that wraps and winds a wire between a plurality of rollers, travels while supplying slurry containing abrasive grains and coolant to the wire, and presses and cuts an object to be cut against the wire. . When a silicon ingot is cut using such MWS, silicon scraps, crushed abrasive grains and non-crushed abrasive grains, and metal scraps that are wear pieces of wires are mixed in the slurry. Become.
MWSでは、スラリーは、通常、繰り返し使用されるが、使用につれてスラリーに含まれるシリコンなどの比率が高くなる。これらの比率が高くなる、例えばスラリー中のシリコン比率が5wt%以上になると、シリコンウエハに厚みムラや反りなどの不良が起こったり、ワイヤの断線が発生したりするなど、種々の問題が起きることが知られている。このため、適宜、スラリーの一部又は全部が廃スラリーとしてMWSの外に排出され、新しいスラリーがMWSに供給される。このMWSの外に排出された廃スラリーが、本実施形態のシリコン回収装置によって処理される。 In MWS, a slurry is usually used repeatedly, but the proportion of silicon or the like contained in the slurry increases with use. When these ratios increase, for example, when the silicon ratio in the slurry is 5 wt% or more, various problems such as defects such as thickness unevenness and warping occur in the silicon wafer, and wire breakage may occur. It has been known. For this reason, part or all of the slurry is appropriately discharged out of the MWS as a waste slurry, and a new slurry is supplied to the MWS. The waste slurry discharged out of the MWS is processed by the silicon recovery apparatus of this embodiment.
ここでスラリーの構成及び組成について説明する。スラリーは,砥粒とそれを分散するクーラントとからなる。砥粒は,その種類は限定されず,例えば,SiC,ダイヤモンド,CBN,アルミナなどからなる。クーラントは、液状有機物(オイルやグリコール系溶媒等の液状の有機物)を含むものであれば、その種類は限定されず、例えば、油性クーラント(鉱油をベースとしたオイル)や、水溶性クーラント(水をベースとしてグリコール系溶媒、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール又はポリエチレングリコール、界面活性剤、有機酸などが添加されたもの)であってもよい。クーラントは、エチレングリコール、プロピレングリコール又はポリエチレングリコールなどの有機溶媒を主成分とし、ここにpH調整のための有機酸水溶液を好ましくは10wt%以下、ベントナイトなどの添加物を好ましくは10wt%以下、さらに好ましくは3wt%以下添加したものであってもよい。なお、ここでいう「有機溶媒を主成分とする」とは、例えばクーラント中に好ましくは20wt%以下、さらに好ましくは15wt%以下の水分が含まれていても良いことを意味している。
クーラントは、水溶性クーラントが好ましい。この場合、液状有機物を低沸点有機溶媒に溶解させて除去しやすいという利点がある。
Here, the composition and composition of the slurry will be described. The slurry consists of abrasive grains and coolant that disperses them. The type of abrasive grains is not limited, and is made of, for example, SiC, diamond, CBN, alumina, or the like. The type of the coolant is not limited as long as it includes liquid organic matter (liquid organic matter such as oil or glycol solvent). For example, an oil-based coolant (oil based on mineral oil) or a water-soluble coolant (water And a glycol solvent such as ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol, a surfactant, an organic acid, etc.). The coolant is mainly composed of an organic solvent such as ethylene glycol, propylene glycol or polyethylene glycol, wherein an organic acid aqueous solution for adjusting the pH is preferably 10 wt% or less, and an additive such as bentonite is preferably 10 wt% or less. Preferably 3 wt% or less may be added. Here, “having an organic solvent as a main component” means that, for example, the coolant may contain moisture of preferably 20 wt% or less, more preferably 15 wt% or less.
The coolant is preferably a water-soluble coolant. In this case, there is an advantage that the liquid organic substance is easily removed by dissolving in a low boiling point organic solvent.
2.第1固液分離部
第1固液分離部1の構成は、廃スラリー又はその濃縮分を固液分離してシリコン回収用固形分を取得することが可能な構成であれば特に限定されず、第1固液分離部1は、例えば、遠心分離機、濾過装置又は蒸留装置などの固液分離装置を単独で又はこれらを2つ以上直列に組み合わせて構成される。組合せの具体例としては、(1)遠心分離機と蒸留装置、(2)遠心分離機と濾過装置又は(3)濾過装置と蒸留装置などである。(1)〜(3)において、遠心分離機、濾過装置又は蒸留装置は、それぞれ2つ以上含まれていてもよい。各固液分離装置は、分離後の液分と固形分の何れを次の固液分離装置に送ってもよく、液分の一部と固形分の混合物又は固形分の一部と液分の混合物を次の固液分離装置に送ってもよい。
2. The first solid-liquid separation unit The configuration of the first solid-liquid separation unit 1 is not particularly limited as long as it is a configuration capable of solid-liquid separation of the waste slurry or its concentrated content to obtain a solid content for silicon recovery, The 1st solid-liquid separation part 1 is comprised, for example by combining solid-liquid separation apparatuses, such as a centrifuge, a filtration apparatus, or a distillation apparatus, individually or two or more in series. Specific examples of the combination are (1) a centrifuge and a distillation device, (2) a centrifuge and a filtration device, or (3) a filtration device and a distillation device. In (1) to (3), two or more centrifuges, filtration devices, or distillation devices may be included. Each solid-liquid separation device may send either the separated liquid or solid content to the next solid-liquid separation device, a part of liquid and a mixture of solids or a part of solid and liquid. The mixture may be sent to the next solid-liquid separator.
ここで、図2を用いて、第1固液分離部1の構成例について説明する。図2は第1固液分離部1の構成を示すブロック図である。本構成例の第1固液分離部1は、一次遠心分離機19と、二次遠心分離機21と、蒸留装置23とを備えている。
Here, the structural example of the 1st solid-liquid separation part 1 is demonstrated using FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the first solid-liquid separator 1. The first solid-liquid separation unit 1 of this configuration example includes a primary centrifuge 19, a secondary centrifuge 21, and a
一次遠心分離機19は、一次遠心分離により廃スラリー又はその濃縮分を一次液分と一次固形分に分離する。一次遠心分離は、比較的低速で行われ、例えば100G以上1000G以下で行われる。一次固形分は、砥粒が主成分となるので、そのままもしくは洗浄、乾燥などの処理後、再生砥粒としてMWS等にて再利用できる。一次液分は、二次遠心分離機21に送られる。なお、一次液分は、二次遠心分離機21に送る代わりに、蒸留装置23に直接送ってもよい。この場合、二次遠心分離機21は、省略可能である。
The primary centrifuge 19 separates the waste slurry or its concentrated component into a primary liquid component and a primary solid component by primary centrifugation. The primary centrifugation is performed at a relatively low speed, for example, 100 G or more and 1000 G or less. Since the primary solid content is mainly composed of abrasive grains, it can be reused as regenerated abrasive grains as it is or after processing such as washing and drying. The primary liquid is sent to the secondary centrifuge 21. The primary liquid may be sent directly to the
二次遠心分離機21は、二次遠心分離により一次液分を二次液分と二次固形分に分離する。二次遠心分離は、比較的高速で行われ、例えば2000G以上5000G以下で行われる。二次固形分には、主にシリコンが含まれ、一次遠心分離で分離できなかった砥粒も含まれている。二次固形分は、廃棄してもよく、一部又は全部をシリコン再生のために使用してもよい。二次液分中には、主にシリコンが含まれるので、二次液分を蒸留することによりシリコンを主成分とするシリコン回収用固形分を得ることができる。二次液分は、蒸留装置23に送られる。なお、二次液分の代わりに二次固形分を蒸留装置23に送ってもよい。また、二次液分の一部と二次固形分を混合したものや、二次固形分の一部と二次液分とを混合したものを蒸留装置23に送ってもよい。
The secondary centrifuge 21 separates the primary liquid component into a secondary liquid component and a secondary solid content by secondary centrifugation. The secondary centrifugation is performed at a relatively high speed, for example, 2000 G or more and 5000 G or less. Secondary solids mainly contain silicon and also contain abrasive grains that could not be separated by primary centrifugation. The secondary solids may be discarded or part or all of it may be used for silicon regeneration. Since silicon is mainly contained in the secondary liquid, it is possible to obtain a silicon recovery solid content mainly composed of silicon by distilling the secondary liquid. The secondary liquid is sent to the
蒸留装置23は、蒸留により二次液分を蒸留液分と蒸留固形分とに分離する。蒸留は、減圧下(例えば、5Torr以上20Torr以下)で行うことが好ましい。減圧により液体の沸点が下がるため、比較的低温及び/又は高速での蒸留が可能になるからである。なお、蒸留液分は、そのまま(蒸留クーラント)又は別途再生処理を施して再生クーラントとしてMWS等にて再利用できる。蒸留固形分は、シリコン回収用固形分として、洗浄部3に送られる。
The
3.洗浄部
次に、洗浄部3について説明する。洗浄部3は、洗浄液を用いてシリコン回収用固形分の洗浄を行う。洗浄液は、クーラントに含まれる液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含む。洗浄部3は、例えば、シリコン回収用固形分と洗浄液を収容する容器と、容器内のシリコン回収用固形分と洗浄液を攪拌する攪拌部とを備える。
3. Next, the cleaning unit 3 will be described. The cleaning unit 3 cleans the silicon recovery solids using a cleaning liquid. The cleaning liquid contains a low-boiling organic solvent that is compatible with the liquid organic substance contained in the coolant and has a lower boiling point than the liquid organic substance, and water. The cleaning unit 3 includes, for example, a container for storing the silicon recovery solid content and the cleaning liquid, and a stirring unit for stirring the silicon recovery solid content and the cleaning liquid in the container.
シリコン回収用固形分には、通常、グリコール系溶媒やオイルなどのクーラント由来の液状有機物が5wt%〜20wt%程度含まれており、そのままでは再生シリコンの純度を下げる原因となる。以下、シリコン回収用固形分に残留したクーラント由来の液状有機物を残留クーラントと呼ぶ。
残留クーラントは、加熱部13によってシリコン回収用固形分が融解される際にSiCを形成し、融解シリコンが固化されて形成されるシリコンインゴット中に不要なSiCを発生させる原因になる。そこで、残留クーラント濃度を低下させるために、シリコン回収用固形分の洗浄が行われる。
The solid content for silicon recovery usually contains about 5 wt% to 20 wt% of a liquid organic material derived from a coolant such as a glycol solvent or oil, and as it is, it causes a decrease in the purity of the regenerated silicon. Hereinafter, the liquid organic substance derived from the coolant remaining in the solid content for silicon recovery is referred to as residual coolant.
The residual coolant forms SiC when the silicon recovery solid content is melted by the
本工程での洗浄では、残留クーラントを洗浄液中に溶解させる。具体的には、洗浄は、例えば、シリコン回収用固形分と洗浄液中とを混合し、攪拌することによって行うことができる。本実施形態では、洗浄液中の低沸点有機溶媒が液状有機物に対し相溶性を有しているので、残留クーラントを洗浄液中に比較的容易に溶解させることができる。 In the cleaning in this step, the residual coolant is dissolved in the cleaning liquid. Specifically, the cleaning can be performed, for example, by mixing and stirring the solid content for silicon recovery and the cleaning liquid. In this embodiment, since the low boiling point organic solvent in the cleaning liquid is compatible with the liquid organic substance, the residual coolant can be dissolved in the cleaning liquid relatively easily.
上記低沸点有機溶媒の種類は,クーラントに含まれる液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低いものであれば,限定されない。クーラント中に液状有機物が複数種類含まれている場合は、複数種類の液状有機物のうちの少なくとも1種の液状有機物に対し相溶性を有し且つその液状有機物よりも沸点が低ければよく、クーラント中の全種類の液状有機物に対し相溶性を有し且つそれらの液状有機物の何れよりも沸点が低いことが好ましい。前者の場合でも、クーラント中の少なくとも1種の液状有機物を低沸点有機溶媒に溶解させて除去することができ、後者の場合、クーラント中の全種類の液状有機物を低沸点有機溶媒に溶解させて除去することができるからである。
低沸点有機溶媒は、例えば,炭素数が1〜6(好ましくは,1,2,3,4,5及び6の何れか2つの間の範囲)のアルコール又は炭素数が3〜6(好ましくは,3,4,5及び6の何れか2つの間の範囲)のケトンである。このようなアルコールの具体例としては,メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどが挙げられる。このようなケトンの具体例としては,アセトンやメチルエチルケトンが挙げられる。低沸点有機溶媒は,複数種類の有機溶媒の混合物であってもよい。また、低沸点有機溶媒は、メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール若しくはアセトン又はこれらのうちの2つ以上の混合物からなることが好ましい。これらは、洗浄で得られたシリコン回収用固形分を加熱する際、容易に除去されることで太陽電池の特性を向上させる利点がある。
別の観点から,低沸点有機溶媒は,液状有機物よりも,沸点が50℃以上(好ましくは,60℃,70℃,80℃,90℃又は100℃以上)低いものが好ましい。低沸点有機溶媒は、通常、後工程で蒸発させて除去するが、沸点が低いものであれば、蒸発され易いからである。
洗浄液中の低沸点有機溶媒の比率は、例えば、50〜99.9wt%であり、具体的には、50、60,70,71,72,73,74,75,80,90,95,96,97,98,99,99.5,99.9wt%である。洗浄液中の低沸点有機溶媒の比率は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
The kind of the low boiling point organic solvent is not limited as long as it is compatible with the liquid organic substance contained in the coolant and has a lower boiling point than the liquid organic substance. In the case where a plurality of types of liquid organic substances are contained in the coolant, it is sufficient that the coolant has compatibility with at least one of the plurality of types of liquid organic substances and has a lower boiling point than the liquid organic substances. It is preferable that they are compatible with all kinds of liquid organic substances and have a boiling point lower than any of those liquid organic substances. Even in the former case, at least one liquid organic substance in the coolant can be dissolved and removed in the low boiling point organic solvent, and in the latter case, all kinds of liquid organic substance in the coolant can be dissolved in the low boiling point organic solvent. This is because it can be removed.
The low boiling point organic solvent is, for example, an alcohol having 1 to 6 carbon atoms (preferably, a range between any two of 1, 2, 3, 4, 5 and 6) or 3 to 6 carbon atoms (preferably , 3, 4, 5 and 6). Specific examples of such alcohol include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol and the like. Specific examples of such ketones include acetone and methyl ethyl ketone. The low boiling point organic solvent may be a mixture of a plurality of types of organic solvents. Moreover, it is preferable that a low boiling-point organic solvent consists of methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, or a mixture of two or more of these. These have the advantage of improving the characteristics of the solar cell by being easily removed when heating the solid content for silicon recovery obtained by washing.
From another point of view, the low-boiling organic solvent preferably has a boiling point lower by 50 ° C. or more (preferably 60 ° C., 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C. or 100 ° C. or more) than the liquid organic material. This is because the low-boiling organic solvent is usually removed by evaporation in a later step, but if it has a low boiling point, it is easily evaporated.
The ratio of the low boiling point organic solvent in the cleaning liquid is, for example, 50 to 99.9 wt%, specifically, 50, 60, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 80, 90, 95, 96. 97, 98, 99, 99.5, 99.9 wt%. The ratio of the low boiling point organic solvent in the cleaning liquid may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.
また、廃スラリーから回収した固形分には、ワイヤの切り屑である鉄や銅を含む他、ナトリウムやカルシウムなどのアルカリ金属、及びアルカリ土類金属を含む。これらの金属不純物は、単体として存在するほか、化合物、とくに前記クーラントに含まれる有機酸との塩として存在している。これらの化合物は一般に有機溶媒には難溶であり、水に可溶なため、洗浄液に水を加える。これによって、本工程での洗浄中に、上記化合物を洗浄液に溶解させることが容易になる。洗浄液中の水の比率は、例えば、0.1〜50wt%であり、具体的には、0.1,0.5,1,2,3,4,5,10,15,20,25,26,27,28,29,30,40,50wt%である。洗浄液中の水の比率は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
また、洗浄液中の水の割合を大きくすると、水の活量が増加してシリコンを酸化させることによる、シリコン回収率の低下や、アルカリ金属との化学反応による回収用固形分の塊状化が起こりやすくなる。実際に洗浄液中の水の比率が30wt%以上の場合に塊状化が起こりやすいことが確認された。従って、洗浄液中の水の比率は、30wt%未満であることが好ましい。
塊状化がおこると、後述する分級や金属屑除去の効果が得られないため、別途粉砕等を行う必要が生じる。またこのような場合は、酸化が促進されている可能性が高いため、融解により得られるシリコンの回収率を下げるかもしれない。
また、シリコン回収率を高くするために、洗浄液中の水の比率は、1〜10wt%がさらに好ましく、1〜2wt%がさらに好ましい。
In addition, the solid content recovered from the waste slurry contains iron and copper, which are wire chips, as well as alkali metals such as sodium and calcium, and alkaline earth metals. These metal impurities exist not only as a simple substance but also as a salt with a compound, particularly an organic acid contained in the coolant. Since these compounds are generally poorly soluble in organic solvents and soluble in water, water is added to the cleaning solution. This makes it easy to dissolve the compound in the cleaning solution during the cleaning in this step. The ratio of water in the cleaning liquid is, for example, 0.1 to 50 wt%, specifically, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 40, 50 wt%. The ratio of water in the cleaning liquid may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.
In addition, when the proportion of water in the cleaning liquid is increased, the water activity increases and the silicon is oxidized, resulting in a decrease in the silicon recovery rate and agglomeration of the solids for recovery due to a chemical reaction with the alkali metal. It becomes easy. It has been confirmed that agglomeration is likely to occur when the ratio of water in the cleaning liquid is actually 30 wt% or more. Accordingly, the ratio of water in the cleaning liquid is preferably less than 30 wt%.
If agglomeration occurs, the effect of classification and removal of metal debris, which will be described later, cannot be obtained, so that it is necessary to pulverize separately. In such a case, since there is a high possibility that oxidation is promoted, the recovery rate of silicon obtained by melting may be lowered.
In order to increase the silicon recovery rate, the ratio of water in the cleaning liquid is more preferably 1 to 10 wt%, and further preferably 1 to 2 wt%.
また、洗浄液に酸水溶液をさらに加えることが好ましい。上記の金属不純物の化合物は、酸水溶液にも可溶であるため、洗浄液に酸水溶液を含ませることによって上記の金属不純物の化合物を洗浄液に溶解させることをさらに容易にすることができる。酸水溶液の種類は、特に限定されないが、例えば、塩酸、弗酸である。
洗浄液中の水と酸水溶液の合計比率は、例えば、0.1〜50wt%であり、具体的には、0.1,0.5,1,2,3,4,5,10,15,20,25,26,27,28,29,30、40,50wt%である。
Further, it is preferable to further add an acid aqueous solution to the cleaning liquid. Since the metal impurity compound is also soluble in an acid aqueous solution, the metal impurity compound can be further easily dissolved in the cleaning liquid by including the acid aqueous solution in the cleaning liquid. The type of the acid aqueous solution is not particularly limited, and examples thereof include hydrochloric acid and hydrofluoric acid.
The total ratio of water and acid aqueous solution in the cleaning liquid is, for example, 0.1 to 50 wt%, specifically 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 40, 50 wt%.
洗浄液は、低沸点有機溶媒と水のみ又は低沸点有機溶媒と水と酸水溶液のみからなってもよく、他の成分を含んでいてもよい。他の成分を含む場合、低沸点有機溶媒と水の合計比率又は低沸点有機溶媒と水と酸水溶液の合計比率は、例えば、50wt%〜99.9wt%であり、具体的には、例えば、50,60,70,80,90,95,99,99.5,99.9wt%である。この合計比率は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。 The cleaning liquid may consist of only the low-boiling organic solvent and water or only the low-boiling organic solvent, water and the acid aqueous solution, and may contain other components. When other components are included, the total ratio of the low-boiling organic solvent and water or the total ratio of the low-boiling organic solvent, water, and the acid aqueous solution is, for example, 50 wt% to 99.9 wt%. 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99, 99.5, 99.9 wt%. This total ratio may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.
4.第2固液分離部
第2固液分離部4は、前記洗浄後に前記洗浄液と前記シリコン回収用固形分を固液分離してシリコン回収用固形分を取得することが可能な構成であれば特に限定されず、第1固液分離部1と同等の構成を用いてもよく、異なる構成を用いてもよい。ただし、洗浄液に酸水溶液を加えた場合や有機酸を含むクーラントを用いた場合には、この酸水溶液や有機酸のために洗浄後の洗浄液が酸性を帯びる場合がある。従って、第2固液分離部4の装置の材料としては酸に対して耐腐食性のある材料を用いることが好ましい。
4). The second solid-liquid separation unit The second solid-liquid separation unit 4 has a configuration capable of solid-liquid separating the cleaning liquid and the silicon recovery solid content after the cleaning to obtain the silicon recovery solid content. It is not limited, A structure equivalent to the 1st solid-liquid separation part 1 may be used, and a different structure may be used. However, when an aqueous acid solution is added to the cleaning liquid or when a coolant containing an organic acid is used, the cleaning liquid after cleaning may be acidic due to the aqueous acid solution or organic acid. Therefore, it is preferable to use a material that is resistant to acid as the material of the second solid-liquid separation unit 4.
5.乾燥部
乾燥部7は、第2固液分離後のシリコン回収用固形分に残留している洗浄液を除去してシリコン回収用固形分を乾燥させる。シリコン回収用固形分の乾燥は、例えば、シリコン回収用固形分を加熱するか、シリコン回収用固形分の周囲雰囲気を減圧することによって行うことができる。
また、乾燥部7は、シリコン回収用固形分を粉砕する機能を有する乾燥及び粉砕部であってもよい。乾燥と粉砕は、同時に行ってもよく、乾燥を行ってから粉砕を行ってもよく、その逆であってもよい。シリコン回収用固形分の粉砕は、粉砕羽根を用いた粉砕装置、ボールミル、ジェットミル、振動真空乾燥機などの公知の装置を用いて行うことができる。
5. Drying unit The drying
The drying
6.分級部
分級部5は、洗浄後のシリコン回収用固形分に対して分級を行う。分級の目的の1つは、分級前よりも砥粒の含有率を低減させ且つシリコンの含有率を高めることである。分級とは、粒径や密度などの粒子パラメータに基づいて粒子を分別する方法である。分級部5は、篩、慣性分級装置又は遠心分級装置などで構成することができる。
6). Classification unit The
7.金属屑除去部
金属屑除去部9は、磁場を用いて、シリコン塊又はシリコンウエハの切断又は研磨時に廃スラリーに混入するワイヤ屑などの強磁性体の金属屑を除去する機能を有する。金属屑は、シリコン又はSiCが付着した状態で除去されることもある。金属屑除去部9は、例えば、磁石及び振動攪拌機により構成される。
7). Metal Waste Removal Unit The metal waste removal unit 9 has a function of removing ferromagnetic metal waste such as wire waste mixed into waste slurry when cutting or polishing a silicon lump or silicon wafer using a magnetic field. Metal debris may be removed with silicon or SiC attached. The metal scrap removing unit 9 is configured by, for example, a magnet and a vibration stirrer.
金属屑の除去は、洗浄液中に分散された状態のシリコン回収用固形分、又は粉末状態のシリコン回収用固形分、分級時に気流によって搬送されている粉体、分級後のシリコン回収用固形分の何れか1つ又は2つ以上に対して行うことができる。従って、金属屑除去部9は、例えば、第1洗浄部3、乾燥部7及び分級部5のうちの何れか1つ以上に設けることができる。シリコン回収用固形分等から金属屑を除去することによって、再生シリコン中の金属濃度を低下させることができる。また、MWSに用いられるワイヤにはリンが含まれることが多く、この場合、廃スラリーに混入する金属屑にもリンが含まれることになる。リンは、P型太陽電池作製には不要な成分であるために溶解前に取り除くことが好ましいが、本実施形態によれば、金属屑の除去と共にリンも除去される。
The removal of metal debris can be achieved by collecting the solid content for silicon recovery dispersed in the cleaning liquid, or the solid content for silicon recovery in a powder state, the powder being conveyed by airflow during classification, and the solid content for silicon recovery after classification. This can be done for any one or more. Therefore, the metal waste removal unit 9 can be provided in any one or more of the first cleaning unit 3, the drying
8.成形部
成形部11は、シリコン回収用固形分を加圧して板状、ブロック状、ペレット状などに造粒する機能を有する装置であれば、その構成は、特に限定されない。例えば、圧縮造粒機や押出造粒機などの公知の装置を用いて行うことができる。
8). Forming part The shape of the forming
9.加熱部
加熱部13は、シリコン回収用固形分を加熱して融解させる機能を有するものである。加熱部13は、シリコン回収用固形分に対して、シリコンの融点以上の加熱を行いシリコン回収用固形分を融解させることのできるものであればよいが、好ましくは1800℃以上、さらに好ましくは2000℃以上の加熱が可能であり、不活性ガスの導入部を有することがさらに好ましい。
9. Heating unit The
また、好ましくは、シリコンの融点以上の加熱を行う前に、減圧下又は不活性ガスの存在下において、シリコンの融点より低く、洗浄部3で用いる洗浄液の沸点より高い温度でシリコン回収用固形分を焼成し、洗浄液の残液などを除去する処理を前処理として行うことができる。例えば不活性ガス雰囲気でシリコン回収用固形分を300℃以上600℃以下の温度まで加熱して2時間以上保持し、不純物を取り除くことができる。 Further, preferably, before heating at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon, the solid content for silicon recovery is reduced at a temperature lower than the melting point of silicon and higher than the boiling point of the cleaning liquid used in the cleaning section 3 in a reduced pressure or in the presence of an inert gas. Can be performed as a pretreatment by baking and removing residual liquid of the cleaning liquid. For example, the solid content for silicon recovery can be heated to a temperature of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower in an inert gas atmosphere and held for 2 hours or longer to remove impurities.
10.精製部
精製部15は、シリコン回収用固形分が融解されて得られるシリコン含有融解体中に含まれる不純物を除去する機能を有する。精製部15は、例えば、従来の多結晶シリコン鋳造時における各種(例えば減圧融解下におけるリン除去や一方向凝固による偏析不純物の除去など)の公知の精製手法を用いて、不純物の除去を行う。これによって不純物が除去されたシリコン塊が得られる。
10. Purification unit The
精製部15によって得られる不純物が除去されたシリコン塊は、そのまま再生シリコンとして回収することができる。
The silicon lump from which impurities obtained by the
10.固化部
固化部17は、シリコン含有融解体を自然冷却又は強制冷却させて固化する機能を有するものであり、これによってシリコン塊が得られる。このシリコン塊は、再生シリコンとして回収することができる。
10. Solidified part The solidified
1.実施例1
本発明のシリコン回収装置及び回収方法の実施例について、具体的な数値を用いて説明する。本実施例は、図1及び図2に示すシリコン回収装置を用いてシリコンの再生を行ったものであり、図1及び図2を参照して説明を進める。
1. Example 1
Embodiments of the silicon recovery apparatus and recovery method of the present invention will be described using specific numerical values. In this embodiment, silicon is regenerated using the silicon recovery apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and the description will proceed with reference to FIGS.
本実施例には、クーラントと砥粒を重量比1:1で混合したスラリーを用いて多結晶シリコンの切断加工を行い、MWSから排出された廃スラリーを使用した。クーラントには、水(15wt%程度)と、砥粒などの分散を容易にするための分散剤及びpH調整剤としての有機酸など(1wt%程度)とを含み、残部がプロピレングリコールからなるものを用いた。
廃スラリー中にはシリコンからなる切断屑が10wt%〜12wt%程度含まれる。
In this example, polycrystalline silicon was cut using a slurry in which a coolant and abrasive grains were mixed at a weight ratio of 1: 1, and waste slurry discharged from MWS was used. The coolant contains water (about 15 wt%), a dispersant for facilitating dispersion of abrasive grains and the like, and an organic acid as a pH adjuster (about 1 wt%), and the balance is made of propylene glycol Was used.
The waste slurry contains about 10 wt% to 12 wt% of cutting waste made of silicon.
1−1.第1固液分離工程
まず、第1固液分離部1において廃スラリーの固液分離を行ってシリコン回収用固形分を取得した。第1固液分離部1には、一次遠心分離機19、二次遠心分離機21及び蒸留装置23を含むものを用いた。固液分離は、一次遠心分離、二次遠心分離及び蒸留を組み合わせて行った。以下、詳細に説明する。
1-1. First Solid-Liquid Separation Step First, the solid content for silicon recovery was obtained by performing solid-liquid separation of the waste slurry in the first solid-liquid separation unit 1. As the first solid-liquid separator 1, one including a primary centrifuge 19, a secondary centrifuge 21 and a
(1)一次遠心分離工程
まず、廃スラリーを一次遠心分離機19に投入し、遠心力が500G(比較的低い遠心力であり、一般的には「一次分離」と呼ぶ)になるように一次遠心分離機19を動作させることにより砥粒が主成分の一次固形分(重比重液)とクーラント及び切屑(シリコンを主に含む)が主成分の一次液分(低比重液)に分離した。
(1) Primary Centrifugation Step First, the waste slurry is put into the primary centrifuge 19 so that the centrifugal force becomes 500 G (relatively low centrifugal force, generally called “primary separation”). By operating the centrifugal separator 19, the abrasive grains were separated into the primary solid content (heavy specific gravity liquid) of the main component and the coolant and chips (mainly containing silicon) were separated into the primary liquid content (low specific gravity liquid) of the main component.
(2)二次遠心分離工程
次に、一次液分(低比重液)を二次遠心分離機21に投入し、遠心力が3500G(比較的高い遠心力であり、一般的には「二次分離」と呼ぶ)になるように二次遠心分離機21を動作させることによりクーラントが主成分の二次液分及び、切屑と砥粒が主成分の二次固形分に分離した。
(2) Secondary Centrifugation Step Next, the primary liquid (low specific gravity liquid) is put into the secondary centrifuge 21, and the centrifugal force is 3500G (relatively high centrifugal force. By operating the secondary centrifuge 21 so as to be “separation”, the coolant was separated into the secondary liquid component, and the chips and abrasive grains were separated into the secondary solid content.
ここで、二次液分と二次固形分の成分を以下の表1に示す。なお、本実施例では、500kgの廃スラリーから、80kgの二次液分と100kgの二次固形分が得られた。表1中の数値の単位は、特に指定しない限り、wt%である。 Here, the components of the secondary liquid and the secondary solid are shown in Table 1 below. In the present example, 80 kg of secondary liquid and 100 kg of secondary solid were obtained from 500 kg of waste slurry. The unit of numerical values in Table 1 is wt% unless otherwise specified.
(3)蒸留工程
次に、二次液分を蒸留装置23に投入し、二次液分に対して、到達真空度10Torr、160℃の蒸留を行うことによりシリコン回収用固形分と再生クーラントを得た。得られたシリコン回収用固形分の成分を以下の表2に示す。表2中の数値の単位は、特に指定しない限り、wt%である。
1−2.洗浄工程、金属屑除去工程
次に、洗浄部3において、IPAと純水とを98:2の重量比で混合した洗浄液を用いて、前記シリコン回収用固形分と洗浄液を1:10の質量比で混合し、1時間の攪拌洗浄を行った。攪拌中に、さらに磁力1.4Tの磁石からなる金属屑除去部9を用いて、この攪拌溶液に含まれる金属屑を取り除いた。その後、洗浄液のpHが1.5〜5を示すように塩酸を少量加え、この攪拌溶液に含まれる金属屑をさらに取り除いた。
1-2. Next, in the cleaning unit 3, the solid content for silicon recovery and the cleaning liquid are mixed at a mass ratio of 1:10 using a cleaning liquid in which IPA and pure water are mixed at a weight ratio of 98: 2. And mixed with stirring for 1 hour. During the stirring, the metal waste contained in the stirring solution was removed using the metal waste removal unit 9 made of a magnet having a magnetic force of 1.4T. Thereafter, a small amount of hydrochloric acid was added so that the pH of the cleaning solution was 1.5 to 5, and metal scraps contained in this stirring solution were further removed.
1−3.第2固液分離工程
次に、第2固液分離部4において、上記の攪拌溶液の固液分離を行い、シリコン回収用固形分を取り出した。固液分離は、濾過によって行った。
1-3. Second Solid-Liquid Separation Step Next, in the second solid-liquid separation unit 4, the above-mentioned stirred solution was subjected to solid-liquid separation, and the solid content for silicon recovery was taken out. Solid-liquid separation was performed by filtration.
1−4.乾燥工程
次に、乾燥部7において、シリコン回収用固形分の乾燥を行った。この乾燥は、固形分を0.1気圧の空気中で60℃まで加熱することで1時間乾燥させた。
1-4. Next, in the
1−5.分級工程
次に、遠心分級装置からなる分級部5においてシリコン回収用固形分の分級を行った。今回用いたスラリー中には、粒径10um程度のSiC砥粒と、粒径0.1〜3um程度のシリコン切断屑が含まれているため、粒径5um以上の粒子を分離するよう回転数を設定し、SiCの分離を行った。
1-5. Classification process Next, the solid content for silicon recovery was classified in the
1−6.成形工程
次に、押出造粒機からなる成形部11において、25℃、30,000N/m2でシリコン回収用固形分の造粒を行い、1mm×1mm×0.5mm程度のペレット形状とした。
1-6. Molding step Next, in the
1−7.加熱及び精製工程
次に、加熱部13及び精製部15を兼ねる装置において造粒後のペレット状シリコンの焼成、融解及び精製を行った。
1-7. Next, the pelletized silicon after granulation was baked, melted, and purified in an apparatus that also serves as the
具体的には、造粒後のペレット状シリコンをグラファイト坩堝に入れ、10Torrの真空下で抵抗加熱により600℃、1時間の焼成を行うことにより、ペレット状シリコン中にわずかに残った微量有機物を除去し、次に、Ar雰囲気下で高周波誘導加熱により1800℃にてシリコン融解を行い、その後、坩堝下方から温度降下させることで、シリコンの一方向凝固を行ってシリコン塊を得た。さらに、得られたシリコン塊の上部(金属不純物の濃縮部)を切断して除去した。この一方向凝固と不純物濃縮部の除去を2度繰り返して、4.7kgの再生シリコンインゴットを得た。 Specifically, the pelletized silicon after granulation is placed in a graphite crucible and fired at 600 ° C. for 1 hour by resistance heating under a vacuum of 10 Torr, so that a slight amount of organic matter remaining in the pelleted silicon can be removed. Next, silicon was melted at 1800 ° C. by high-frequency induction heating in an Ar atmosphere, and then the temperature was lowered from below the crucible, so that silicon was unidirectionally solidified to obtain a silicon lump. Furthermore, the upper part (concentration part of a metal impurity) of the obtained silicon lump was cut and removed. This unidirectional solidification and removal of the impurity concentration portion were repeated twice to obtain 4.7 kg of a regenerated silicon ingot.
次に、前記再生シリコンインゴットをMWSで厚さ250μmに切断して再生シリコンウエハ(多結晶基板)を得た。この再生シリコンウエハを用いて太陽電池を作製し、光電変換特性を測定した。 Next, the recycled silicon ingot was cut to a thickness of 250 μm with MWS to obtain a recycled silicon wafer (polycrystalline substrate). Using this recycled silicon wafer, a solar cell was fabricated and the photoelectric conversion characteristics were measured.
本実施例における再生シリコンウエハを用いた太陽電池と、市販の通常の太陽電池用シリコンウエハを用いた太陽電池の特性を、表3に示す。表3は、通常の太陽電池用シリコンウエハを用いた太陽電池の特性を100%とし、本実施例における太陽電池特性を相対比較したものである。 Table 3 shows the characteristics of the solar cell using the recycled silicon wafer in this example and the solar cell using a commercially available normal silicon wafer for solar cells. Table 3 shows a relative comparison of the solar cell characteristics in this example, with the characteristics of a solar cell using a normal silicon wafer for solar cells being 100%.
2.比較例1
比較例1では、洗浄部3に用いる洗浄液としてIPAのみを用い、その他は実施例1と全く同等の条件でシリコンの回収を行った。このとき、12.8kgの回収用固形分から、4.8kgの再生シリコンインゴットを得た。
次に、前記再生シリコンインゴットをMWSで厚さ250μmに切断して得られた再生シリコンウエハを用いて太陽電池を作製し、光電変換特性を測定した。
2. Comparative Example 1
In Comparative Example 1, only IPA was used as the cleaning liquid used in the cleaning unit 3, and the rest of the silicon was recovered under the same conditions as in Example 1. At this time, 4.8 kg of regenerated silicon ingot was obtained from 12.8 kg of the solid for recovery.
Next, a solar cell was produced using a recycled silicon wafer obtained by cutting the recycled silicon ingot with a thickness of 250 μm with MWS, and the photoelectric conversion characteristics were measured.
比較例1における再生シリコンウエハを用いた太陽電池の特性を表4に示す。表4は、通常の太陽電池用シリコンウエハを用いた太陽電池の特性を100%とし、比較例1における太陽電池特性を相対比較したものである。 Table 4 shows the characteristics of the solar cell using the recycled silicon wafer in Comparative Example 1. Table 4 shows a relative comparison of the solar cell characteristics in Comparative Example 1 with the characteristics of a solar cell using a normal solar cell silicon wafer being 100%.
表3と表4を比較すると、実施例1では、比較例1よりも最大出力Pmaxが優れていることが分かる。 Comparing Table 3 and Table 4, it can be seen that the maximum output Pmax is superior in the first embodiment than in the first comparative example.
ここまでで述べたように、実施例1を用いたとき光電変換特性が改善され、特性を市販の通常の太陽電池用シリコンウエハにより近づけることができた。これは、後述する関連実験に関する図3からも明らかなように、純水を添加することで洗浄効果が高まり、不純物が低減したことによると考えられる。 As described above, the photoelectric conversion characteristics were improved when Example 1 was used, and the characteristics could be brought closer to those of a commercially available ordinary silicon wafer for solar cells. As is clear from FIG. 3 relating to the related experiment described later, this is considered to be due to the increase in the cleaning effect and the reduction of impurities by adding pure water.
一方、同量の回収用固形分から得られる再生シリコンの回収量はわずかに減少したが、より価値の高い再生シリコンを得ることができる。 On the other hand, the recovered amount of regenerated silicon obtained from the same amount of recovered solid content was slightly reduced, but more highly regenerated silicon can be obtained.
3.洗浄液に水を含ませることの効果を実証するための実験
本実験では、前記シリコン回収用固形分50gに対し、洗浄液を500g加え、15分間攪拌機で攪拌した後、30分間の超音波洗浄を行い、さらに濾過による固液分離を行い、0.1気圧の空気中で固形分を60℃まで加熱することで1時間乾燥させた。
3. Experiment for demonstrating the effect of including water in the cleaning liquid In this experiment, 500 g of the cleaning liquid was added to 50 g of the solid content for silicon recovery, and the mixture was stirred with a stirrer for 15 minutes, followed by ultrasonic cleaning for 30 minutes. Further, solid-liquid separation by filtration was performed, and the solid content was heated to 60 ° C. in air at 0.1 atm to dry for 1 hour.
前記の方法で、純水を含み残部がIPAからなる洗浄液で洗浄を行った。洗浄液中の純水の比率は、1,2,5,10,15,25,30、50wt%とした。また、比較のためにIPAのみの洗浄液についても評価を行った。 In the above-described method, cleaning was performed with a cleaning solution containing pure water and the balance being IPA. The ratio of pure water in the cleaning liquid was 1, 2, 5, 10, 15, 25, 30, 50 wt%. For comparison, a cleaning solution containing only IPA was also evaluated.
それぞれのシリコン回収用固形分について、熱天秤測定法により残留有機不純物量を測定した。また、洗浄前のシリコン回収用固形分に対する融解後のシリコン重量から、シリコン回収率を計算した。測定結果と併せて図3に示す。 About each solid content for silicon | silicone collection | recovery, the amount of residual organic impurities was measured by the thermobalance measuring method. Further, the silicon recovery rate was calculated from the silicon weight after melting with respect to the solid content for silicon recovery before washing. FIG. 3 shows the results together with the measurement results.
図3に示すように、IPAのみの洗浄と比較して純水を添加することにより有機不純物の除去量が増えている。とりわけ、1wt%程度の少量の添加によっても洗浄効果が劇的に増加することがわかった。その作用は、必ずしも明らかでないが、前述したようにシリコン回収用固形分には金属と有機酸の塩が存在しており、これらが電離することで洗浄液が酸性を帯び、洗浄効果が増加したためであると推測される。
また、シリコン回収率は、水の添加量が10wt%以下の場合に大きく、2wt%以下の場合にさらに大きかった。また、シリコン回収率は、水の添加量が15wt%以上の場合に比較的小さかった。このような結果が得られたのは、水の添加量が多い場合はシリコンの酸化が促進されたためであると推測される。
As shown in FIG. 3, the amount of organic impurities removed is increased by adding pure water as compared with cleaning using only IPA. In particular, it was found that the cleaning effect increases dramatically even when a small amount of about 1 wt% is added. The action is not always clear, but as mentioned above, the solids for silicon recovery contain salts of metals and organic acids, and the ionization of these causes the cleaning solution to become acidic, increasing the cleaning effect. Presumed to be.
Further, the silicon recovery rate was large when the amount of water added was 10 wt% or less, and was larger when the amount of water added was 2 wt% or less. Further, the silicon recovery rate was relatively small when the amount of water added was 15 wt% or more. It is assumed that such a result was obtained because the oxidation of silicon was promoted when the amount of water added was large.
また、乾燥後のシリコン回収用固形分の塊状化の有無を表5に示す。表5に示すように、純水の添加量を30wt%以上し、溶媒中で1時間以上経過することにより徐々に塊状化がおこった。その作用は、必ずしも明らかでないが、純水の増加によりアルカリ金属が化学反応を起こすためであると推測される。塊状化が著しく進行すると、一旦粉砕等の工程を経る必要があることから洗浄条件が制限されてしまう。従って、水の添加量は30wt%未満とすることが好ましい。図3から水の添加量を1〜10wt%にすることがさらに好ましく、1〜2wt%にすることがさらに好ましいことが分かる。 In addition, Table 5 shows the presence or absence of agglomeration of the solid content for silicon recovery after drying. As shown in Table 5, when the amount of pure water added was 30 wt% or more and 1 hour or more passed in the solvent, agglomeration gradually occurred. The action is not necessarily clear, but it is assumed that the alkali metal causes a chemical reaction due to an increase in pure water. If the agglomeration progresses remarkably, it is necessary to go through a process such as pulverization, and thus the cleaning conditions are limited. Therefore, the amount of water added is preferably less than 30 wt%. FIG. 3 shows that the amount of water added is more preferably 1 to 10 wt%, and more preferably 1 to 2 wt%.
1:第1固液分離部 3:洗浄部 4:第2固液分離部 5:分級部 7:乾燥部 9:金属屑除去部 11:成形部 13:加熱部 15:精製部 17:固化部 19:一次遠心分離機 21:二次遠心分離機 23:蒸留装置 1: First solid-liquid separation unit 3: Washing unit 4: Second solid-liquid separation unit 5: Classification unit 7: Drying unit 9: Metal scrap removal unit 11: Molding unit 13: Heating unit 15: Purification unit 17: Solidification unit 19: Primary centrifuge 21: Secondary centrifuge 23: Distillation device
Claims (13)
前記クーラントは、液状有機物を含み、
前記洗浄液は、前記液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含むことを特徴とするシリコン回収方法。 Solid silicon for recovery of silicon containing silicon waste by solid-liquid separation of waste slurry mixed with silicon scrap by the cutting or polishing of silicon lump or silicon wafer using slurry containing abrasive grains and coolant or its concentrated component A first solid-liquid separation step for obtaining a fraction, a washing step for washing the solid content for silicon recovery using a washing solution, and a second solid-liquid separation for solid-liquid separation of the washing solution and the solid content for silicon collection after the washing A separation step,
The coolant includes a liquid organic material,
The silicon recovery method, wherein the cleaning liquid includes a low-boiling organic solvent having compatibility with the liquid organic material and having a boiling point lower than that of the liquid organic material, and water.
前記クーラントは、液状有機物を含み、
前記洗浄液は、前記液状有機物に対し相溶性を有し且つ前記液状有機物よりも沸点が低い低沸点有機溶媒と水とを含むことを特徴とするシリコン回収装置。 Solid silicon for recovery of silicon containing silicon waste by solid-liquid separation of waste slurry mixed with silicon scrap by the cutting or polishing of silicon lump or silicon wafer using slurry containing abrasive grains and coolant or its concentrated component A first solid-liquid separation unit for obtaining a fraction, a washing unit for washing the solid content for silicon recovery using a washing liquid, and a second solid-liquid separation for solid-liquid separation of the washing liquid and the solid content for silicon collection after the washing With a separation part,
The coolant includes a liquid organic material,
The silicon recovery apparatus, wherein the cleaning liquid includes a low-boiling organic solvent having compatibility with the liquid organic material and having a boiling point lower than that of the liquid organic material, and water.
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