JP2014172121A - ワイヤソースラリのクーラント回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液からクーラントを効率的かつ高い回収率で回収する。
【解決手段】固定砥粒ワイヤソー１からのスラリ廃液３を貯留するスラリ廃液貯留槽５のスラリ廃液３の一部３ａを導入しスラッジ８を分離して得られた１次再生クーラント９を取り出す１次遠心分離装置６と、スラリ廃液貯留槽５のスラリ廃液３の残部３ｂを軽液１３として取り入れる軽液槽１４と、軽液槽１４の軽液１３を導入し２次再生クーラント１６を分離して取り出す濾過器１５と、濾過器１５の濃縮液１８を導入して軽液２０を分離し分離した軽液２０を軽液槽１４に戻すサイクロン分離機１９と、サイクロン分離機１９で軽液２０が分離された重液２１を貯留する重液槽２２と、重液槽２２の重液２１を導入しスラッジ２５を分離して得られた軽液２６を軽液槽１４に戻す２次遠心分離装置２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池等の製造過程でシリコンインゴットのワークを切断する際に使用される固定砥粒ワイヤソーより取り出されるスラリ廃液からクーラントを効率的かつ高い回収率で回収できるようにしたワイヤソースラリのクーラント回収装置に関するものである。

従来、シリコンインゴットからなるワークを切断してウェハを製造するための装置としてワイヤソーが用いられている。このワイヤソーには、テンションを付与した細いワイヤ列を走行させ、そのワイヤ列に、切削熱を除去するためのクーラントに切削を行うための砥粒を含有させたスラリを吹き付けながらワークを押し当てることにより、ワークを複数枚のウェハに同時に切断するようにした遊離砥粒ワイヤソーがある（例えば、特許文献１等参照）。前記クーラントには、水とグリコールを混合したものや水を含まないグリコールのみからなるものが用いられている。

一方、近年、細いワイヤの表面にダイヤモンド砥粒等を予め付着した固定砥粒ワイヤ列を用いて、そのワイヤ列に、前記クーラントを吹き付けながらワークを押し当てることにより、ワークを複数枚のウェハに同時に切断するようにした固定砥粒ワイヤソーがある（例えば、特許文献２等参照）。

前記遊離砥粒ワイヤソー及び固定砥粒ワイヤソーでは、シリコンインゴットを切断して多数のウェハを形成する際に、切断作業の開始から終了までの間を１つのバッチ操作で行っているのが一般的である。又、ワイヤソーからのスラリ廃液は、資源の有効活用、廃棄物の減容化等のために、クーラント及び砥粒を分離回収して再利用するようにしたスラリ管理が検討されている。

前記遊離砥粒ワイヤソーでは、クーラントに砥粒を混合したスラリをワイヤに供給してシリコンインゴットを切断しているために、遊離砥粒ワイヤソーからは、クーラントと砥粒（ＳｉＣ）と切屑（Ｓｉ）が混合したスラリ廃液が排出される。そのため、このようなスラリ廃液を分離回収するには、スラリ廃液をクーラントと固形分とに分離すると共に、固形分は砥粒＝回収、切屑＝廃棄の２段階を踏んで分離することになる。ここで、連続分離を行おうとした場合には、スラリ廃液を連続的に抜き取り、取り出したスラリ廃液からクーラントの回収、砥粒の回収、切屑の廃棄をマッチングさせて行う必要があるが、スラリ廃液の取出量とこれらの回収処理量とはマッチングしないため、遊離砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液の分離・回収は一般にバッチ式が主流となっている。

スラリ廃液からクーラントの回収には、一般に遠心分離機又は濾過器が用いられているが、切断作業の進行に伴って、スラリ廃液中の切粉は増加していくため、良好な切断作業を継続するためには、再生したスラリ中の切粉量が限りなく少なくなるように分離する、或いは、新スラリの添加量を増やすことによって、スラリ中の切粉量（濃度）を低下することが必要になる。

このため、スラリ濃度（切粉の濃度）が規定濃度に保持されるようにスラリの一部を廃スラリとして排出し、これによって新スラリの供給量を減少するようにした本特許出願人の出願による固定砥粒ワイヤソーのスラリ管理装置がある（特許文献３参照）。

特開平１１−３０９６７４号公報 特開２０１０−０２９９９８号公報 特開２０１２−１２５８９１号公報

特許文献３によれば、新スラリの使用量は減少させることができるが、遠心分離機のみにて固形分を分離しているため、切断作業の継続に伴い分離液中における微細な切粉の粒子が蓄積することにより、廃スラリの廃棄量が多くなり、結果的に新スラリの供給量も増加することになる。

スラリ廃液中のクーラントを全量回収するためには、遠心分離機により分離した微細粒子を含む分離液を、更に濾過もしくは蒸留等を行ってほぼ完全に固形物を除去することでより多くのクーラントを回収することが考えられる。

しかし、濾過を用いる方式では、一般的に高価なクロスフローの濾過装置が必要であり、更に、分離した固形物は乾燥せずに濃縮液状のスラッジとして排出される問題があった。即ち、濃縮液状のスラッジに含まれるクーラントは廃棄されていた。又、濾過の過程で濃縮が進行し、処理液の粘度が変わるため、濾過速度が安定しないという問題も有していた。

又、蒸留を用いる方式では、従来主流であったグリコール系クーラントから近年水分率の高い水系クーラントに主流が変わりつつあり、この水系クーラントはグリコールと比較して水の潜熱が大きいことから、蒸留によって固形分を分離する際に水を蒸発させるための多大のエネルギーが必要となり、コストが増加し、実際に実施することは困難である。

本発明の目的は、上記従来の課題に鑑みてなしたもので、固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液からクーラントを効率的かつ高い回収率で回収するようにしたワイヤソースラリのクーラント回収装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のワイヤソースラリのクーラント回収装置は、固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液を貯留するスラリ廃液貯留槽と、該スラリ廃液貯留槽のスラリ廃液の一部を導入しスラッジを分離して得られた１次再生クーラントを取り出す１次遠心分離装置と、前記スラリ廃液貯留槽からのスラリ廃液の残部を軽液として取入れる軽液槽と、該軽液槽の軽液を導入し２次再生クーラントを分離して取り出す濾過器と、濾過器で２次再生クーラントが分離された濃縮液を導入して軽液を分離し分離した軽液を前記軽液槽に戻すサイクロン分離機と、サイクロン分離機で軽液が分離された重液を貯留する重液槽と、該重液槽の重液を導入しスラッジを分離して得られた軽液を前記軽液槽に戻す２次遠心分離装置とを備えたことを特徴とする。

上記ワイヤソースラリのクーラント回収装置において、前記１次遠心分離装置からの１次再生クーラントと、前記濾過器からの２次再生クーラントと、新クーラントとを混合して調整し、調整したクーラントを前記固定砥粒ワイヤソーに供給するクーラント供給槽を有することは好ましい。

本発明のワイヤソースラリのクーラント回収装置によれば、スラリ廃液貯留槽からのスラリ廃液の一部と、２次遠心分離装置からの軽液と、サイクロン分離機からの軽液を軽液槽に供給するので、軽液槽の軽液は固形分濃度が小さく且つ流動性が高くなっている。従って、この軽液を、固形分濃度が小さく且つ流動性が高いスラリの分離に適した濾過器に供給して２次再生クーラントを分離するので、濾過器の分離能力を高めて、２次再生クーラントの取出量を増加することができる。濾過器は、一般的に固形分濃度が低く、安定したスラリの分離に適しており、固形分濃度が高くなったり変動したりすると目詰まりを起こし易くなり、膜の交換や洗浄の頻度が多くなるが、本発明によれば、濾過器の能力が効果的に高められて、膜の交換や洗浄の頻度を低減することができる。

又、前記濾過器で分離されない濃縮液をサイクロン分離機に導入して軽液が分離された重液を重液槽に供給するので、重液槽の重液は固形分濃度が大きく且つ流動性が低くなっている。従って、この重液を、固形分濃度が大きく且つ流動性が低いスラリの分離に適した２次遠心分離機に供給して軽液を分離するので、２次遠心分離機の分離能力を高めて、効率良く固形分を除去することができ、結果的に軽液の固形分濃度を下げ、濾過器の能力を高めることができる。

従って、本発明によれば、スラリ廃液中のクーラントの殆ど全てを回収して再利用できるという優れた効果を奏し得る。

本発明におけるワイヤソースラリのクーラント回収装置の一実施例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は本発明におけるワイヤソースラリのクーラント回収装置の一実施例を示すもので図中、１は固定砥粒ワイヤソーであり、固定砥粒ワイヤソー１ではクーラント２が供給されて図示しない固定砥粒ワイヤによりインゴットの切断を行っており、固定砥粒ワイヤソー１から排出されるスラリ廃液３は液受け容器４で受けられている。

図中、５は前記液受け容器４からのスラリ廃液３を貯留するスラリ廃液貯留槽である。固定砥粒ワイヤソー１が複数備えられている場合には、複数の固定砥粒ワイヤソー１からのスラリ廃液３がスラリ廃液貯留槽５に供給される。

図中６は、１次遠心分離機７を備えた１次遠心分離装置であり、１次遠心分離機７は、前記スラリ廃液貯留槽５のスラリ廃液３の一部３ａを導入して、スラッジ８と１次再生クーラント９とに分離し、スラッジ８はスラッジタンク１０に供給し、１次再生クーラント９は１次再生クーラントタンク１１に供給する。そして、１次再生クーラントタンク１１の１次再生クーラント９はクーラント供給槽１２に供給して貯留する。

図中１４は、前記スラリ廃液貯留槽５からのスラリ廃液３の残部３ｂを軽液１３として受けて貯留する軽液槽である。

図中、１５は前記軽液槽１４に貯留された軽液１３を導入して、２次再生クーラント１６を分離する濾過器であり、濾過器１５で分離した２次再生クーラント１６は予混合タンク１７に供給される。

図中１９は、前記濾過器１５で２次再生クーラント１６が分離された濃縮液１８を導入して軽液２０と重液２１とに分離するサイクロン分離機であり、サイクロン分離機１９で分離された軽液２０は前記軽液槽１４に戻され、重液２１は重液槽２２に供給されて貯留される。前記軽液槽１４と、濾過器１５と、サイクロン分離機１９と、重液槽２２とによりクーラント回収部３２が形成されている。

図中、２３は、２次遠心分離機２４を備えた２次遠心分離装置であり、２次遠心分離機２４は、前記重液槽２２の重液２１を導入してスラッジ２５と軽液２６とに分離し、スラッジ２５はスラッジタンク２７に供給し、軽液２６は軽液タンク２８に供給して貯留する。そして、軽液タンク２８の軽液２６は前記軽液槽１４に戻すようにしている。前記スラッジタンク１０及びスラッジタンク２７のスラッジ８，２５は、殆どがシリコンインゴットの切断で生じた切粉であるため、スラッジ８，２５は図示しないシリコン回収装置に供給してシリコンを回収することができる。

前記２次再生クーラント１６が供給される予混合タンク１７には新クーラント２９が供給されており、予混合タンク１７で前記２次再生クーラント１６と新クーラント２９が混合される。予混合タンク１７で混合された混合クーラント３０は、前記クーラント供給槽１２に供給され、前記１次遠心分離装置６からの１次再生クーラント９と混合調整されてクーラント２を生成している。そして、前記クーラント供給槽１２のクーラント２は前記固定砥粒ワイヤソー１に供給される。固定砥粒ワイヤソー１が複数備えられている場合には、複数の固定砥粒ワイヤソー１に前記クーラント２が供給される。図中、３１はクーラント２の性状を検出する検出器であり、該検出器３１で検出したクーラントの性状が目的の所定の性状になるように、前記１次再生クーラント９と、２次再生クーラント１６と、新クーラント２９の混合を調整するようにしている。図中Ｐはポンプである。

次に、上記実施例の作動を説明する。

固定砥粒ワイヤソー１から液受け容器４に排出されたスラリ廃液３は、スラリ廃液貯留槽５に貯留される。該スラリ廃液貯留槽５のスラリ廃液３の一部３ａは、１次遠心分離機７に供給されて、スラッジ８と１次再生クーラント９とに分離され、スラッジ８はスラッジタンク１０に供給され、１次再生クーラント９は１次再生クーラントタンク１１に供給される。そして、１次再生クーラントタンク１１の１次再生クーラント９はクーラント供給槽１２に供給されて貯留される。

前記スラリ廃液貯留槽５からのスラリ廃液３の残部３ｂは、軽液１３として軽液槽１４に供給される。該軽液槽１４の軽液１３は、濾過器１５に供給されて２次再生クーラント１６が分離され、分離された２次再生クーラント１６は予混合タンク１７に供給される。

前記濾過器１５で２次再生クーラント１６が分離された濃縮液１８は、サイクロン分離機１９に供給されて軽液２０と重液２１とに分離され、軽液２０は前記軽液槽１４に戻される。サイクロン分離機１９で軽液２０が分離された重液２１は重液槽２２に貯留される。

前記重液槽２２の重液２１は、２次遠心分離装置２３の２次遠心分離機２４に供給されてスラッジ２５と軽液２６とに分離され、スラッジ２５はスラッジタンク２７に供給され、軽液２６は軽液タンク２８に供給される。そして、軽液タンク２８の軽液２６は前記軽液槽１４に戻される。

前記予混合タンク１７には新クーラント２９が供給されており、予混合タンク１７で前記２次再生クーラント１６と新クーラント２９が混合された混合クーラント３０は、前記クーラント供給槽１２に供給され、前記１次遠心分離装置６からの１次再生クーラント９と混合調整されてクーラント２となる。そして、検出器３１で検出したクーラントの性状が目的の所定の性状になるように、前記クーラント供給槽１２に貯留される前記１次再生クーラント９と、２次再生クーラント１６と、新クーラント２９の混合割合が調整され、調整されたクーラント２は前記固定砥粒ワイヤソー１に供給される。

前記検出器３１は、粘度計および比重計によりクーラントの性状を管理すると共に、水系クーラントの問題である含水率の増減を監視するために含水率計もしくは屈折率計を設けて含水量を管理することができる。

上記したように、スラリ廃液貯留槽５からのスラリ廃液３の残部３ｂと、２次遠心分離装置２３からの軽液２６と、サイクロン分離機１９からの軽液２０が軽液槽１４に供給されることにより軽液槽１４の軽液１３は、固形分濃度が小さく且つ流動性が高くなっている。従って、この軽液１３を、固形分濃度が小さく且つ流動性が高いスラリの分離に適した濾過器１５に供給して２次再生クーラント１６を分離するので、濾過器１５の分離能力を高めて、２次再生クーラント１６の取出量を増加することができる。

又、前記濾過器１５で分離されない濃縮液１８をサイクロン分離機１９に導入して軽液２０を分離した重液２１が重液槽２２に供給されることにより重液槽２２の重液２１は固形分濃度が大きく且つ流動性が低くなっている。従って、この重液２１を、固形分濃度が大きく且つ流動性が低いスラリの分離に適した２次遠心分離機２４に供給して軽液２６を分離するので、２次遠心分離機２４の分離能力を高めて、軽液２６の取出量を増加することができる。

従って、本発明によれば、スラリ廃液３中のクーラントの殆どを回収して再利用することができる。即ち、前記２次遠心分離機２４によりスラッジ２５を略全量を除去できるようになる。従来の濾過により得られる濃縮液は最大でも含液率が７０〜７５％程度であるのに対し、２次遠心分離機２４からのスラッジ２５の含液率は５０％以下となる。この差の液分がクーラントとして回収されるので、高回収率でのクーラントの回収が可能になる。このように、スラリ廃液から高回収率でクーラントを回収できることにより、新クーラント２９の供給量を極力少なくすることができる。

上記したように、濾過器１５による２次再生クーラント１６の取り出しと、２次遠心分離機２４によるスラッジ２５の分離を、夫々に適した条件で並行して実施することにより、濾過器１５による２次再生クーラント１６の取出量が増加し、遠心分離機のスラッジ２５の除去量が増加するようになり、２次再生クーラント１６の取出量とスラッジ２５の除去量が平衡した時点で、濾過器１５と２次遠心分離機２４との間を循環するスラリ中の固形物量は一定となる。これにより、従来のバッチ式で必要であった濾過速度低下のためのバッファーとしてのタンクを不要として、スラリ廃液３の連続処理が可能になる。

更に、水系クーラントを用いたスラリ廃液では、シリコン切粉と水が反応して凝集することが知られている。この原理においては体積あたりの表面積の大きい微細な粒子が優先的に凝集する。見かけの粒子径が大きくなった切粉は２次遠心分離機２４で優先的に除去されるため、濾過器１５には微細な粒子が低減した軽液１３が供給されて効果的に分離される。従って、水系クーラントにおいては、前記したように濾過器１５と２次遠心分離機２４を組み合わせて備えることが有効となる。

尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 固定砥粒ワイヤソー
３ スラリ廃液
３ａ 一部
３ｂ 残部
５ スラリ廃液貯留槽
６ １次遠心分離装置
７ １次遠心分離機
８ スラッジ
９ １次再生クーラント
１２ クーラント供給槽
１３ 軽液
１４ 軽液槽
１５ 濾過器
１６ ２次再生クーラント
１８ 濃縮液
１９ サイクロン分離機
２０ 軽液
２１ 重液
２２ 重液槽
２３ ２次遠心分離装置
２４ ２次遠心分離機
２５ スラッジ
２６ 軽液
２９ 新クーラント

Claims (2)

1. 固定砥粒ワイヤソーからのスラリ廃液を貯留するスラリ廃液貯留槽と、該スラリ廃液貯留槽のスラリ廃液の一部を導入しスラッジを分離して得られた１次再生クーラントを取り出す１次遠心分離装置と、前記スラリ廃液貯留槽からのスラリ廃液の残部を軽液として取入れる軽液槽と、該軽液槽の軽液を導入し２次再生クーラントを分離して取り出す濾過器と、濾過器で２次再生クーラントが分離された濃縮液を導入して軽液を分離し分離した軽液を前記軽液槽に戻すサイクロン分離機と、サイクロン分離機で軽液が分離された重液を貯留する重液槽と、該重液槽の重液を導入しスラッジを分離して得られた軽液を前記軽液槽に戻す２次遠心分離装置とを備えたことを特徴とするワイヤソースラリのクーラント回収装置。
2. 前記１次遠心分離装置からの１次再生クーラントと、前記濾過器からの２次再生クーラントと、新クーラントとを混合して調整し、調整したクーラントを前記固定砥粒ワイヤソーに供給するクーラント供給槽を有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤソースラリのクーラント回収装置。

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