JP6085500B2 - Wire source slurry coolant recovery system - Google Patents
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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。 The present invention relates to a wire source slurry in which coolant can be recovered efficiently and at a high recovery rate from slurry waste liquid taken out from a fixed abrasive wire saw used when cutting a silicon ingot workpiece in the manufacturing process of solar cells and the like. The present invention relates to a coolant recovery device.
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。 Conventionally, a wire saw is used as an apparatus for manufacturing a wafer by cutting a workpiece made of a silicon ingot. In this wire saw, a thin wire row to which tension is applied is run, and a workpiece is pressed against the wire row while spraying a slurry containing abrasive grains for cutting on a coolant for removing cutting heat. Thus, there is a free abrasive wire saw that cuts a workpiece into a plurality of wafers simultaneously (see, for example, Patent Document 1). As the coolant, a mixture of water and glycol or a mixture made only of glycol not containing water is used.
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)。 On the other hand, in recent years, by using a fixed abrasive wire array in which diamond abrasive grains or the like are preliminarily adhered to the surface of a thin wire, the workpiece is pressed against a plurality of wafers by pressing the workpiece against the wire array while spraying the coolant. There is a fixed abrasive wire saw that is cut simultaneously (see, for example, Patent Document 2).
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。 In the loose abrasive wire saw and the fixed abrasive wire saw, when a silicon ingot is cut to form a large number of wafers, it is generally carried out by one batch operation from the start to the end of the cutting operation. is there. In addition, the slurry waste liquid from the wire saw is being studied for slurry management in which coolant and abrasive grains are separated and recovered for effective use of resources, volume reduction of waste, and the like.
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。 In the loose abrasive wire saw, a slurry in which abrasive particles are mixed with coolant is supplied to the wire to cut the silicon ingot. Therefore, from the loose abrasive wire saw, coolant, abrasive grains (SiC) and chips (Si) Slurry waste liquid mixed with is discharged. Therefore, in order to separate and recover such slurry waste liquid, the slurry waste liquid is separated into a coolant and a solid content, and the solid content is separated in two stages of abrasive grains = recovery and chips = discard. Here, when continuous separation is to be performed, it is necessary to continuously extract slurry waste liquid and match coolant recovery, abrasive grain recovery, and chip disposal from the extracted slurry waste liquid. In general, the batch type is the mainstream for separating and recovering slurry waste liquid from the loose abrasive wire saw because the amount of the recovered material does not match the amount of the recovered material.
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。 Generally, a centrifuge or filter is used to collect coolant from the slurry waste liquid. As the cutting operation progresses, the amount of chips in the slurry waste liquid increases, so good cutting work continues. In order to achieve this, it is necessary to separate so that the amount of chips in the regenerated slurry is as small as possible, or to reduce the amount (concentration) of chips in the slurry by increasing the amount of new slurry added. become.
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)。 For this reason, the patent applicant's application that discharges a part of the slurry as waste slurry so that the slurry concentration (chip concentration) is maintained at the specified concentration, thereby reducing the supply amount of new slurry There is a slurry management device for fixed abrasive wire saws (see Patent Document 3).
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。
According to
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。 In order to recover the total amount of coolant in the slurry waste liquid, more liquid coolant can be obtained by removing solids almost completely by further filtering or distilling the separated liquid containing fine particles separated by the centrifuge. It is conceivable to collect.
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。 However, the method using filtration generally requires an expensive cross-flow filtration device, and further, there is a problem that the separated solid matter is discharged as concentrated liquid sludge without being dried. That is, the coolant contained in the concentrated liquid sludge has been discarded. In addition, since the concentration progresses in the process of filtration and the viscosity of the treatment liquid changes, there is also a problem that the filtration rate is not stable.
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。 In addition, in the method using distillation, the mainstream is changing from the conventional glycol-based coolant to the water-based coolant having a high water content, and this water-based coolant has a larger latent heat of water than glycol. A large amount of energy is required to evaporate water when separating the solid content, which increases the cost and is difficult to implement in practice.
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。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a coolant recovery device for a wire source slurry that recovers coolant from slurry waste liquid from a fixed abrasive wire saw efficiently and at a high recovery rate. There is.
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。 In order to achieve the above object, the wire source slurry coolant recovery apparatus of the present invention introduces a slurry waste liquid storage tank for storing slurry waste liquid from a fixed abrasive wire saw, and a part of the slurry waste liquid in the slurry waste liquid storage tank. A primary centrifugal separator for taking out the primary regeneration coolant obtained by separating the sludge, a light liquid tank for taking in the remainder of the slurry waste liquid from the slurry waste liquid storage tank as a light liquid, and a light liquid in the light liquid tank A filter for separating and taking out the secondary regeneration coolant, and a cyclone for introducing the concentrated liquid from which the secondary regeneration coolant has been separated by the filter, separating the light liquid and returning the separated light liquid to the light liquid tank A separator, a heavy liquid tank for storing the heavy liquid separated from the light liquid by the cyclone separator, and the light liquid obtained by introducing the heavy liquid in the heavy liquid tank and separating the sludge into the light liquid tank. A secondary centrifuge to return And wherein the door.
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。 In the above-described wire source slurry coolant recovery device, the primary regeneration coolant from the primary centrifugal separator, the secondary regeneration coolant from the filter, and new coolant are mixed and adjusted, and the adjusted coolant is fixed. It is preferable to have a coolant supply tank that supplies the abrasive wire saw.
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。 According to the wire source slurry coolant recovery apparatus of the present invention, a part of the slurry waste liquid from the slurry waste liquid storage tank, the light liquid from the secondary centrifugal separator, and the light liquid from the cyclone separator are supplied to the light liquid tank. Therefore, the light liquid in the light liquid tank has a low solid content concentration and a high fluidity. Therefore, this light liquid is supplied to a filter suitable for separating a slurry having a low solid content concentration and a high fluidity to separate the secondary regeneration coolant, so that the separation capacity of the filter is enhanced and the secondary regeneration is performed. The amount of coolant taken out can be increased. Filters are generally low in solids concentration and are suitable for stable slurry separation. When the solids concentration increases or fluctuates, clogging is likely to occur, and membrane replacement and cleaning are frequently performed. However, according to the present invention, the ability of the filter is effectively enhanced, and the frequency of membrane replacement and cleaning can be reduced.
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。 In addition, since the concentrated liquid that is not separated by the filter is introduced into the cyclone separator and the heavy liquid separated from the light liquid is supplied to the heavy liquid tank, the heavy liquid in the heavy liquid tank has a high solid content concentration and fluidity. Is low. Therefore, since this heavy liquid is supplied to a secondary centrifuge suitable for separating a slurry having a high solid content concentration and low fluidity to separate light liquid, the separation capacity of the secondary centrifuge is increased. The solid content can be efficiently removed, and as a result, the solid content concentration of the light liquid can be lowered and the capacity of the filter can be increased.
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。 Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that almost all of the coolant in the slurry waste liquid can be recovered and reused.
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 shows an embodiment of a coolant recovery apparatus for a wire source slurry according to the present invention. In the figure,
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。
In the figure, reference numeral 5 denotes a slurry waste liquid storage tank for storing the
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。
In the figure, reference numeral 6 denotes a primary centrifuge provided with a primary centrifuge 7, and the primary centrifuge 7 introduces a
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。
In the figure,
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。
In the figure,
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。
In the figure,
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。
In the figure,
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。
A
次に、上記実施例の作動を説明する。 Next, the operation of the above embodiment will be described.
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。
The
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。
The remaining
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。
The concentrated liquid 18 from which the
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。
The heavy liquid 21 in the
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。
A
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。
The
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。
As described above, the remaining
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。
Further, the
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。
Therefore, according to the present invention, most of the coolant in the
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。
As described above, the removal of the secondary
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。
Furthermore, it is known that in a slurry waste liquid using an aqueous coolant, silicon chips and water react and aggregate. In this principle, fine particles having a large surface area per volume aggregate preferentially. Since the chips whose apparent particle diameter has become larger are preferentially removed by the
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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
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
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