KR100716064B1 - Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon - Google Patents

Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon Download PDF

Info

Publication number
KR100716064B1
KR100716064B1 KR1020070031410A KR20070031410A KR100716064B1 KR 100716064 B1 KR100716064 B1 KR 100716064B1 KR 1020070031410 A KR1020070031410 A KR 1020070031410A KR 20070031410 A KR20070031410 A KR 20070031410A KR 100716064 B1 KR100716064 B1 KR 100716064B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
waste
tetraalkoxysilane
producing
ethanol
Prior art date
Application number
KR1020070031410A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김병규
장희동
Original Assignee
한국지질자원연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국지질자원연구원 filed Critical 한국지질자원연구원
Priority to KR1020070031410A priority Critical patent/KR100716064B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100716064B1 publication Critical patent/KR100716064B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic System
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/04Esters of silicic acids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Abstract

본 발명은 테트라알콕시실란의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폐기된 금속 실리콘과 저급알콜을 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, 고비점 칼륨알콕사이드 촉매의 존재 하에서 폐기물로부터 분리, 회수한 금속 실리콘과 메탄올, 에탄올 등과 같은 알콜과 175 ~ 210℃에서 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a tetraalkoxysilane, and more particularly, to a method for producing a tetraalkoxysilane by reacting a discarded metal silicon with a lower alcohol, which is separated from waste in the presence of a high boiling potassium alkoxide catalyst, It relates to a method for producing a tetraalkoxysilane by reacting the recovered metal silicon with an alcohol such as methanol, ethanol at 175 ~ 210 ℃.

본 발명에 따른 테트라알콕시실란의 제조방법은 종래의 기술이 갖는 트리알콕시실란과 같은 알콕시실란의 생성을 크게 억제시키고, 궁극적으로 목적화합물인 테트라알콕시실란의 수율을 크게 증가시킬 수 있고, 실리콘 폐슬러지로부터 분리한 실리콘을 재활용할 수 있다.The method for producing tetraalkoxysilane according to the present invention can greatly suppress the production of alkoxysilanes such as trialkoxysilanes of the prior art, and can ultimately increase the yield of tetraalkoxysilane, the target compound, and silicon waste sludge. The silicon separated from can be recycled.

폐슬러지, 자력선별, 중액선별, 실리콘, 알콜, 테트라알콕시실란 Waste sludge, magnetic screening, heavy liquid screening, silicone, alcohol, tetraalkoxysilane

Description

폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법{Preparation Method of Tetraalkoxysilane from waste silicon}Preparation method of tetraalkoxysilane using waste silicon metal {Preparation Method of Tetraalkoxysilane from waste silicon}

도 1은 본 발명에 따른 폐실리콘 슬러지에서 실리콘 분리 공정도1 is a silicon separation process in the waste silicon sludge according to the present invention

도 2은 본 발명에 따른 실리콘알콕사이드 제조 공정도Figure 2 is a silicon alkoxide manufacturing process according to the present invention

본 발명의 테트라알콕시실란(Tetraalkoxysilane)의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 고비점 알카리 알콕사이드 촉매의 존재 하에서 폐기물로부터 분리, 회수한 금속 실리콘(Silicon)과 메탄올, 에탄올 등의 저가알콜을 175 - 210℃에서 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a tetraalkoxysilane of the present invention, and more particularly, to a metal alcohol (Silicon), which is separated and recovered from waste in the presence of a high boiling alkali alkoxide catalyst, and low-cost alcohols such as methanol and ethanol. It relates to a method for producing tetraalkoxysilane by reacting at 210 ° C.

실리콘 잉코트로부터 실리콘 웨이퍼를 만드는 절단공정에서는 와이어쇼(wire saw)를 일반적으로 사용하고 있으며, 이때 와이어는 직경 약 0.14㎛ 정도, 그리고 평균 입경 20㎛의 실리콘카바이드 등을 함유한 절단용 슬러리를 사용하고 있다. 이러한 절단공정에서 많은 양의 실리콘카바이드와 실리콘 입자, 그리고 절삭유 등이 함유되어 있는 폐슬러리가 발생되고 있으며, 이 폐슬러리는 몇 년 전까지만 해도 폐기물 처리업체에 의해 매립처리되어 왔다.In the cutting process for making silicon wafers from silicon ingots, wire saws are generally used. In this case, a cutting slurry containing about 0.14 μm in diameter and silicon carbide having an average particle diameter of 20 μm is used. Doing. In this cutting process, waste sludge containing a large amount of silicon carbide, silicon particles, and cutting oil is produced, which has been landfilled by a waste disposal company until a few years ago.

현재 이 폐슬러리 중에 함유되어 있는 평균 입경 20㎛ 정도의 실리콘카바이드와 절삭유는 분리, 회수하여 실리콘 웨이퍼의 절단공정에서 재이용할 수 있는 설비를 가동하고 있으며, 회수한 실리콘카바이드와 절삭유는 실리콘 웨이퍼 제조업체에 제공하고 있다. 그리나, 이와 같이 재이용할 경우에도 잔류물로 남는 폐슬러지가 년간 수천톤 정도로 알려져 있다. 이 폐슬러지에는 평균 입경이 5㎛ 이하인 실리콘카바이드와 저입경의 실리콘 금속, 그리고 유용성 오일이 함유되어 있으므로, 이를 효과적으로 분리, 회수하여 유용한 자원으로 재이용 또는 재활용하는 자원의 효율적인 이용은 물론 환경적으로도 의미가 있는 것이다. 여기에서 유용한 자원을 효과적으로 분리, 회수할 경우, 실리콘카바이드는 고온 내화물 또는 실리카 복합체 등과 같은 세라믹의 원료로 사용할 수가 있고, 실리콘 분말은 고순도 실리콘 화합물의 합성 원료로 사용이 가능하다.Currently, silicon carbide and cutting oil with an average particle size of 20㎛ contained in this waste slurry are separated and recovered, and a facility that can be reused in the cutting process of silicon wafer is operated. Providing. However, the waste sludge remaining as a residue even in the case of such reuse is known as thousands of tons per year. The waste sludge contains silicon carbide with an average particle diameter of 5 μm or less, silicon metal with a low particle size, and oil-soluble oil. Therefore, the waste sludge can be effectively separated and recovered and reused or recycled as a useful resource. It is meaningful. In the case of effectively separating and recovering useful resources, silicon carbide can be used as a raw material for ceramics such as high temperature refractory materials or silica composites, and silicon powder can be used as a synthetic raw material for high purity silicon compounds.

또한, 와이어 소우 절단용 폐 절단액 재생을 위한 방법은 개발되어 있다. 이러한 절단용 폐 절단액 재생기술에 관한 공지기술로서는 한국특허 제0385177호가 있으며, 이 기술은 디켄터에 폐슬러지를 인입 시키기전에 이를 쿨란트와 일정비율로 희석, 혼합시켜 디켄터에 의하여 분리 시킴으로서 톱밥 및 파쇄 절삭제의 보다 효율적인 제거를 기하고, 혼합공급시 온도 가열장치를 두어 가열함으로서 액상의 점도를 조정하는 수단을 확보하며 1 차 디켄터로 부터의 여액은 2 차 디켄터에 의하여 쿨란트를 회수하여 회수된 쿨란트는 상시 가압하여 세정 및 폐 슬러지와의 혼합시 압출공급토록 하는 것에 그 특징이 있다. 또한 폐슬러지의 오염입자 세정 및 분리장치에 위한 기술로는 한국특허 제0535808호가 있으며, 피가공물의 세공 및 연마공정에서 발생되는 유분이 다량 함유된 현탁액인 폐슬러지의 오염입자 세정 및 분리장치에 관한 것으로서 절삭제, 절삭유 그리고 파편미립자가 포함된 폐슬러지 중에 포함된 절삭제 및 절삭유를 효과적으로 분리에 관한 것이다. In addition, a method for recycling waste cutting fluid for cutting wire saws has been developed. Known technology for the waste cutting fluid regeneration technology for cutting is the Korean Patent No. 0,385,177, which dilutes and mixes the coolant with a certain ratio before the waste sludge is introduced into the decanter and separates it by a decanter to separate sawdust and shredding. To ensure more efficient removal of the cutting agent, and to provide a means for adjusting the viscosity of the liquid phase by heating the temperature heating device during mixing supply, the filtrate from the primary decanter is recovered by recovering the coolant by the secondary decanter The coolant is characterized in that it is pressurized at all times to allow extrusion to be supplied during cleaning and mixing with the waste sludge. In addition, Korean Patent No. 0535808 is a technique for cleaning and separating the contaminated particles of waste sludge, and relates to a contaminant washing and separating apparatus for waste sludge, which is a suspension containing a large amount of oil generated in the pore and polishing process of the workpiece. The present invention relates to the effective separation of the cutting agent and the cutting oil contained in the waste sludge containing the cutting agent, the cutting oil and the fine particles.

금속 알콕사이드는 1970년대 이전까지는 합성용 시약 혹은 촉매 등으로 사용되었으며, 공업적으로는 그다지 주목받지 못했다. 그러나 1970년대부터는 세라믹, 요업 분야에서 금속알콕사이드를 사용하게 되었고, 최근 전자재료는 물론 정밀요업 분야에 필수적인 원료로 사용되게 되고있다. 특히 테트라에톡시실란 (tetraethyl orthosilicate)와 테트라메톡시실란(tetramethyl orthosilicate)와 같은 알콕시 실란은 졸겔법에 의한 광섬유, 세라믹의 합성을 위한 출발물질, 그리고 반도체 절연막 형성재료 등으로 많이 사용되고 있다. Metal alkoxides were used as synthetic reagents or catalysts until the 1970s and were not received much attention industrially. However, since the 1970s, metal alkoxides have been used in ceramics and ceramics, and have recently been used as essential materials for precision ceramics as well as electronic materials. In particular, alkoxy silanes such as tetraethyl orthosilicate and tetramethyl silane are widely used as sol-gel optical fibers, starting materials for the synthesis of ceramics, and materials for forming semiconductor insulating films.

1846년 Ebelmen은 사염화실리콘과 에탄올으로부터 테트라에톡시실란를 합성하여 최초의 알콕시 실란 합성반응에 대해 보고하였고, 1920년 이후 알콕시 실란을 비롯한 각종 금속 알콕사이드의 합성반응 메커니즘과 물성에 관한 많은 연구가 추진되어 왔다. 알콕시 실란의 합성방법은 1) 실리콘 염화물과 알콜의 반응, 2) 금속 실리콘과 알콜의 반응, 3) 실리콘 수산화물 혹은 산화물과 알콜의 반응, 4) 알콜의 교환반응 등의 여러 가지 방법이 알려져 있다. In 1846, Ebelmen synthesized tetraethoxysilane from silicon tetrachloride and ethanol to report on the first alkoxy silane synthesis reaction. Since 1920, many studies on the reaction mechanism and physical properties of various metal alkoxides including alkoxy silane have been conducted. . Various methods of synthesizing alkoxy silane are known, such as 1) reaction of silicon chloride and alcohol, 2) reaction of metal silicon and alcohol, 3) reaction of silicon hydroxide or oxide and alcohol, and 4) exchange of alcohol.

현재, 알콕시실란의 제조에 가장 널리 사용되는 방법은 사염화실란과 알콜을 반응시켜 제조하는 방법이다. 그러나, 상기 방법은 염화수소가 부생되어 제조장치의 부식으로 이를 방지하기 위한 특수한 재질의 장치가 필요하며, 이의 제거 및 폐 기에 많은 경비가 소요되는 단점이 있다. 이를 극복하기 위하여, 금속실리콘 분말과 저급 알콜을 구리촉매를 이용하여 반응시킴으로써 테트라알콕시실란을 제조하는 방법이 제안되었으나, 실제로 이 반응에서는 목적 화합물인 테트라알콕시실란 뿐만 아니라 트리알콕시실란 및 기타 실리콘 유도체들이 함께 생성되며, 분자량이 크고, 비등점이 높은 디실란류 화합물도 생성되는 단점이 있다. 그리고 실리콘 금속 혹은 산화물과 알콜의 반응은 고온, 고압, 금속의 넓은 표면적, 그리고 실질적인 빠른 반응속도를 얻기 위한 이들 인자를 최적화할 필요가 있다. 그리고, 전해 방법으로 실리콘 알콕사이드를 제조할 수 있으나, 이 방법은 많은 투자비와 운전 경비가 필요하고, 생성물의 분리도 어렵다는 문제가 있다. At present, the most widely used method for the production of alkoxysilanes is a method for preparing by reacting tetrachloride silane with an alcohol. However, the method requires a device of a special material to prevent this by the corrosion of the production apparatus by the hydrogen chloride by-produced, there is a disadvantage in that a large cost is required for its removal and disposal. In order to overcome this problem, a method of preparing a tetraalkoxysilane by reacting a metal silicon powder with a lower alcohol using a copper catalyst has been proposed, but in this reaction, a trialkoxysilane and other silicone derivatives as well as tetraalkoxysilane as a target compound are proposed. Produced together, there are disadvantages in that a disilane compound having a high molecular weight and a high boiling point is also produced. And the reaction of silicon metal or oxide with alcohol needs to optimize these factors to obtain high temperature, high pressure, large surface area of metal and substantial fast reaction rate. In addition, the silicon alkoxide may be produced by the electrolytic method, but this method requires a lot of investment cost and operation cost, and there is a problem that separation of the product is difficult.

이러한 테트라알콕시실란의 생산효율을 향상시키기 위해 촉매로서 금속 구리나 이의 화합물을 사용하는 방법이 이미 공개되어 있다. 예를 들면 미국특허 제 4,289,889호와 제 4,762,939호에서는 구리 촉매와 특수한 형태의 용매를 혼합사용하여 액상에서 반응시키거나, 미국특허 제 4,447,632호에서는 알칼리 금속 카보네이트를 고압반응 촉매로 사용하는 방법이 있으며, 또는 미국특허 제 4,211,717호, 제 4,752,647호에서는 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 알콕사이드를 촉매로 하고 특수한 형태의 용매를 사용하여 액상에서 반응시키는 방법 등이 공개되어있다.In order to improve the production efficiency of such tetraalkoxysilane, a method using metal copper or a compound thereof has already been disclosed. For example, US Pat. Nos. 4,289,889 and 4,762,939 use a copper catalyst and a special type of solvent to react in a liquid phase, or US Pat. No. 4,447,632 uses alkali metal carbonate as a high pressure reaction catalyst. Or US Pat. Nos. 4,211,717 and 4,752,647 disclose methods for reacting in a liquid phase using an alkali metal or alkali metal alkoxide as a catalyst and using a special type of solvent.

상기의 직접합성법에 의한 테트라알콕시실란의 순도를 개선할 수 있다고 주장하고 있나, 고압하에서 진행되어 고압반응 용기가 필요하거나, 또한 트리알콕시실란 등의 다양한 알콕시실란이 동시에 생성되고, 연속공정이 불가능 하다는 등의 문제점이 있다. 또한 사용하는 실리콘 금속은 고순도 금속 실리콘을 사용하고 있으 며, 폐실리콘을 사용한 방법은 언급되어 있지 않았다.It is claimed that the purity of the tetraalkoxysilane can be improved by the direct synthesis method, but it is required that a high-pressure reaction vessel is required under high pressure, or that various alkoxysilanes such as trialkoxysilane are simultaneously produced and that a continuous process is impossible. There is such a problem. In addition, the silicon metal used is made of high-purity metal silicon, and the method using waste silicon is not mentioned.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems,

원료인 실리콘은 반도체 제조 폐기물인 실리콘웨이퍼의 절단공정에서 발생하는 슬러지에서 분리, 회수한 실리콘을 시료로 사용하였고, 상기 실리콘과 알콜이 효율적으로 반응할 수 있는 반응장치를 최적화하여 원료인 실리콘의 알콕시실란으로의 전환율을 높여 궁극적으로 테트라알콕시실란에 대한 수율을 높일 수 있는 촉매의 채택으로 알콕시실란의 반응속도와 테트라알콕시실란에 대한 선택성이 커질 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.The raw material of silicon was used as a sample of the silicon separated and recovered from the sludge generated during the cutting process of the silicon wafer, which is a semiconductor manufacturing waste. The purpose of the present invention is to increase the reaction rate of alkoxysilane and selectivity to tetraalkoxysilane by adopting a catalyst that can increase the conversion rate to silane and ultimately increase the yield of tetraalkoxysilane.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법은, Method for producing a tetraalkoxysilane using the waste silicon metal of the present invention for achieving the above object,

폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, In the method for producing a tetraalkoxysilane using waste silicon metal,

실리콘 잉고트의 절단공정에서 발생하는 폐슬러지인 절삭오일, 실리콘, 실리콘카바이드의 혼합물에 유기용매 2 ~ 3 v/v% 를 혼합하여 절삭오일을 용해하여 분리하는 용해과정과; 잔유물에서 불순물인 철분을 자력선별에 의해 제거하는 자력선별과정과; 실리콘과 실리콘카바이드의 혼합물말을 중액선별을 통해 고순도의 실리콘을 분리하는 중액선별과정;으로 폐기물로부터 회수실리콘을 분리하고,A dissolving process of dissolving and cutting the cutting oil by mixing 2 to 3 v / v% of an organic solvent with a mixture of cutting oil, silicon and silicon carbide, which are waste sludges generated in the cutting process of the silicon ingot; A magnetic screening process for removing iron, which is an impurity, from the residue by magnetic screening; A heavy liquid sorting process for separating high purity silicon through a heavy liquid sorting of a mixture of silicon and silicon carbide; separating the recovered silicon from the waste,

고비점 칼륨알콕사이드 촉매의 존재 하에서, 상기 폐기물로부터 분리한 회수실리콘을 175 ~ 210 ℃에서 저급알코올과 반응시켜 제조한다.In the presence of a high boiling potassium alkoxide catalyst, recovered silicon separated from the waste is prepared by reacting with lower alcohol at 175-210 ° C.

상기 칼륨알콕사이드 촉매 제조에 사용되는 고비점알콜은, 2-2-부톡시에톡시에탄올(2-2-butoxyethoxy ethanol), 2-부톡시에탄올(2-butoxyethanol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 디에틸렌글리콜에틸에테르(diethylene glycol ethylether), 2-에톡시에탄올(2-ethoxyethanol)로 이루어진 군으로부터 단독 또는 이종 이상 혼합사용하며,High boiling alcohols used in the preparation of the potassium alkoxide catalyst, 2-2-butoxyethoxy ethanol (2--2-butoxyethoxy ethanol), 2-butoxyethanol (2-butoxyethanol), diethylene glycol (diethylene glycol), Diethylene glycol ethyl ether (diethylene glycol ethylether), 2-ethoxyethanol (2-ethoxyethanol) from the group consisting of single or two or more mixed use,

상기 저급알콜은 메탄올, 에탈올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 2차 부탄올 및 3차 부탄올로 이루어진 군으로부터 단독 또는 이종 이상 혼합사용한다.The lower alcohol is used alone or in combination of two or more from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol and tertiary butanol.

상기 회수실리콘과 저급알코올의 최적 반응온도는 180∼195℃이다.The optimum reaction temperature of the recovered silicon and lower alcohol is 180 to 195 ° C.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 노말핵산, 아세톤 및 에테르로 이루어진 군으로부터 단독 또는 이종이상 선택 사용되고, 상기 중액선별에 사용되는 유기용매는 테트라브로모에탄과 아세톤 혼합물로 비중이 2.8인 것을 특징으로 한다.The organic solvent is used alone or two or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, normal nucleic acid, acetone and ether, the organic solvent used for the selection of the heavy liquid is a mixture of tetrabromoethane and acetone with a specific gravity of 2.8 It is characterized by.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for producing tetraalkoxysilane using waste silicon metal according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 폐슬러리로부터 유용성 오일 분리, 철분 제거, 그리고 실리콘과 실리콘카바이드의 분리, 회수에 대한 공정도를 나타내었다. 도 2은 본 발명에 따른 실리콘알콕사이드 제조 공정도를 나타내었다. 이하에 각 공정에 대해 간단히 설명한다.Figure 1 shows a flow chart for oil-soluble oil separation, iron removal, and the separation and recovery of silicon and silicon carbide from the waste slurry according to the present invention. Figure 2 shows a silicon alkoxide manufacturing process according to the present invention. Each process is briefly described below.

알콕시 실란의 합성은 먼저 슬러리로부터 분리, 회수한 금속 실리콘과 촉매인 칼륨알콕사이드의 반응에 의한 고비점의 알콕시 실란 합성, 그리고 이 고비점 알콕시 실란과 저비점 알콜과의 반응에 의한 테트라알콕시실란 합성의 2단계 반응으로 구성되어 있다. 이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Synthesis of the alkoxy silane is first performed by the reaction of the metal silicon recovered and recovered from the slurry with the potassium alkoxide, which is a catalyst, and alkoxysilane synthesis by high boiling alkoxy silane and low boiling alcohol. It consists of a step reaction. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

유용성 오일은 고비점으로 증류에 의한 방법으로 분리 회수하기 위해서는 많은 에너지 비용이 들고, 또한 높은 처리온도로 인해 열화가 발생할 우려가 있다. 따라서 유용성 오일과 잘 혼합될 수 있는 유기 용매를 사용하여 분리하는 방법을 사용하였다. 즉, 다량의 아세톤 혹은 디클로로메탄(CH2Cl2)을 폐슬러리와 혼합하여 강력한 교반을 실시하여 폐슬러리로부터 유용성 오일을 선택적으로 용해하였다. 그리고, 고상과 액상은 여과와 원심분리에 의해 고상인 실리콘, 실리콘카바이드와 액상인 유용성 오일을 분리하였다.Oil-soluble oils have a high boiling point and have a high energy cost in order to separate and recover them by distillation, and deterioration may occur due to high processing temperatures. Therefore, a separation method using an organic solvent which can be mixed well with oil-soluble oil was used. That is, a large amount of acetone or dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) was mixed with the waste slurry and vigorously stirred to selectively dissolve the oil-soluble oil from the waste slurry. The solid phase and the liquid phase separated the solid silicon, silicon carbide and the liquid oil-soluble oil by filtration and centrifugation.

실리콘 절단 폐슬러지 100g에 아세톤, 디클로로메탄 260ml을 첨가하여 3시간 강력한 교반을 한 후에 여과하여 여액과 잔사를 분리하였다. 여액은 증류하여 디클로로메탄을 제거하여 유용성 오일을 분리, 회수하였다.Acetone and dichloromethane 260 ml were added to 100 g of silicon cut waste sludge, followed by vigorous stirring for 3 hours, and the filtrate and residue were separated by filtration. The filtrate was distilled to remove dichloromethane to separate and recover the oil-soluble oil.

유용성 오일을 제거한 폐슬러리에는 실리콘과 실리콘카바이드 이외에도 다량의 철분이 함유되어 있다. 이 철분은 wire saw와 실리콘의 마찰에 의해 생성되는데, 그 양은 시료의 발생상태나 후처리 상태에 따라 함유량이 다양하다. 따라서 유용성 오일이 분리, 제거된 고상의 혼합물 중의 철분은 자속밀도 500 gauss의 자력선별기를 사용하여 분리하였다.Waste oil from which oil-soluble oil is removed contains a large amount of iron in addition to silicon and silicon carbide. This iron is produced by the friction of the wire saw and silicon, and its amount varies depending on the generation state of the sample and the post-treatment state. Therefore, iron in the solid-phase mixture from which oil-soluble oil was separated and removed was separated using a magnetic separator with a magnetic flux density of 500 gauss.

금속 실리콘의 비중은 2.33 g/cm3이고, 실리콘의 비중은 3.23 g/cm3이다. 따라서 중액선별은 테트라브로모에탄(tetra bromoethane)과 아세톤 혼합물의 비중을 2.8로 하여 사용하였다. 중액선별하여 얻은 실리콘과 실리콘카바이드는 다량의 아세톤으로 세척하여 분석으로 시료로 사용하였다. 그리고 세척한 용매는 분별 증류하여 재사용하였다.The specific gravity of the metal silicon is 2.33 g / cm 3 , and the specific gravity of the silicon is 3.23 g / cm 3 . Therefore, the middle liquid screening was performed using the specific gravity of tetra bromoethane and acetone mixture as 2.8. The silicon and silicon carbide obtained by the solid solution was washed with a large amount of acetone and used as a sample for analysis. The washed solvent was fractionally distilled and reused.

폐슬러지는 항상 일정한 성분으로 배출되는 것은 아니며, 또한 시료의 채취 조건에 따라 오일, 실리콘과 실리콘카바이드의 양이 현저하게 달라질 수가 있다. 표1에는 실리콘 잉고트 절단 폐슬러지로부터 유용성 오일 분리, 철분 제거, 그리고 실리콘과 실리콘카바이드의 분리, 회수한 후의 생성물에 대한 정리한 결과를 나타내었다. 실리콘의 순도는 96% 이상이었고, 회수율은 약 90%이었다Waste sludge is not always released as a constant component, and depending on the sampling conditions, the amount of oil, silicon and silicon carbide can vary significantly. Table 1 summarizes the results of oil soluble oil removal, iron removal, and the separation and recovery of silicon and silicon carbide from silicon ingot-cut waste sludge. The purity of silicon was over 96% and the recovery was about 90%.

[표 1]실리콘 잉고트 절단 슬러지로부터 실리콘과 실리콘카비이드 분리Table 1 Separation of Silicon and Silicon Carbide from Silicon Ingot Cutting Sludge

Figure 112007024971789-pat00001
Figure 112007024971789-pat00001

실시예Example 2 2

고비점의 알콜인 2-2-부톡시에톡시에탄올(2-2-butoxyethoxy ethanol) 2.0몰(324.4 g), 50 ml의 톨루엔과 입상의 KOH 1.0몰(65.4g)을 500 ml 3구플라스크 반응기에 넣고, 질소 분위기하의 180℃에서 약 2.5시간의 강한 교반시키면서 환류반응에 의해 칼륨 알콕사이드(potasium alkoxide) 촉매를 합성하였다. 이때 생성된 촉매에 함유된 물은 톨루엔을 사용한 공비증류에 의해 24 ml의 물을 제거하였다. 그리고 잔여 톨루엔도 증류하여 제거하였다. 고비점의 알콜은 2-(2-butoxyethoxy) ethanol 이외에도 2-부톡시에탄올(2-butoxyethanol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 디에틸렌글리콜에틸에테르(diethylene glycol ethylether) 등의 알콜을 사용할 수가 있다.500 ml three-necked flask reactor with 2.0 mol (324.4 g) of 2-2-butoxyethoxy ethanol, a high boiling alcohol, and 1.0 mol (65.4 g) of 50 mL of toluene and granular KOH Potassium alkoxide catalyst was synthesized by reflux with vigorous stirring at 180 ° C. under nitrogen atmosphere for about 2.5 hours. At this time, the water contained in the resulting catalyst was removed 24 ml of water by azeotropic distillation using toluene. The residual toluene was also distilled off. As the high boiling alcohol, in addition to 2- (2-butoxyethoxy) ethanol, alcohols such as 2-butoxyethanol, diethylene glycol and diethylene glycol ethylether can be used. .

실시예Example 3 3

알콕시 실란의 합성을 위한 반응장치는 250 ml 둥근바닥 3구 플라스크에 고무마개, 테플론 날개 장착 교반기, 증류 세트, 50 ml 용기 3세트, 온도계를 부착하 였고, 그리고 Wet Test Meter를 설치하여 발생하는 수소의 부피를 측정하였다.The reactor for the synthesis of alkoxy silane was attached to a 250 ml round bottom three-necked flask with a rubber stopper, a Teflon vane stirrer, a distillation set, three sets of 50 ml containers, a thermometer, and a hydrogen produced by installing a wet test meter. The volume of was measured.

합성 반응은 질소분위기에서 96%의 실리콘 분말 0.2 mol(5.6g)에 앞에서 합성한 촉매 10g을 넣고, 180℃에서 수소 발생이 멈출 때까지 반응시켰다. 수소발생이 멈추면, 정량펌프를 사용하여 알콜(에탄올/메탄올)을 0.33 ml/min 속도로 반응액체의 표면 아래에 주입하여 반응시켰으며, 이때 반응온도는 175 ~ 210℃ 범위에서 반응시켰다. 반응과 동시에 반응 생성물 테트라알콕시실란은 각각 에탄올 혹은 메탄올과 연속적으로 증류되며, 응축기에서 냉각하여 30분 단위로 모아서 회수하여 가스크로마토그래피로 정성, 정량 분석을 실시하였다.In the synthesis reaction, 10 g of the catalyst synthesized above was added to 0.2 mol (5.6 g) of 96% silicon powder in a nitrogen atmosphere, and reacted at 180 ° C. until hydrogen generation stopped. When hydrogen evolution stopped, alcohol (ethanol / methanol) was injected under the surface of the reaction liquid at a rate of 0.33 ml / min using a metering pump, and the reaction temperature was reacted in the range of 175 to 210 ° C. At the same time, the reaction product tetraalkoxysilane was continuously distilled with ethanol or methanol, cooled in a condenser, collected in 30-minute increments, and subjected to qualitative and quantitative analysis by gas chromatography.

실시예Example 4  4

실시예 3에 기술한 방법으로 180℃에서 촉매인 칼륨알콕사이트 첨가량에 따른 테트라에톡시실란의 수율을 측정하였다. Si 0.2mol 당 촉매의 양은 5, 10, 20, 30g을 첨가하였으며, 촉매 첨가량에 따라 테트라에톡시실란의 수율이 달라졌다. 촉매량을 10 g으로 하였을 때, 테트라에톡시실란의 생성율 60%로 가장 높은 값을 나타내었다.By the method described in Example 3, the yield of tetraethoxysilane according to the amount of potassium alkoxide added as a catalyst was measured at 180 ° C. The amount of catalyst per 0.2 mol of Si was added 5, 10, 20, 30g, the yield of tetraethoxysilane was changed according to the amount of catalyst added. When the amount of the catalyst was 10 g, the highest value was obtained with a production rate of tetraethoxysilane of 60%.

실시예Example 5  5

실시예 3에 기술한 방법으로 반응온도 185℃ - 205℃ 범위에서 5℃간격으로 반응온도가 수율에 미치는 영향을 검토하였다. 반응온도가 높아짐에 따라 수율이 높아지며 195℃ 에서 가장 높은 값을 나타내고 있다. 그러나 그 이상으로 온도가 높아지면 수율이 낮아지고 있다. 따라서 최적반응온도는 195℃ 로 판단된다. 또한 최적 반응온도인 195℃ 에서 반응시간별로 분취한 생성물의 가스크로마토그래피 분석 결과, 반응 시작 30분까지는 테트라에톡시실란은 소량 형성되고, 반응 부생성물의 피크가 관찰되지만, 그 반응시간이 경과함에 따라 불순물의 피크는 사라지고 테트라에톡시실란 만이 생성되는 것을 알 수가 있다. 즉, 30분까지 TEOS는 소량 생성되지만, 30분부터 테트라에톡시실란 생성량이 증가되어 150분에 최고 값을 보이며 이후 점차 감소되는 것을 알 수 있다. 6시간 반응시킨 후, 테트라에톡시실란의 수율은 각각 60%을 보였다.By the method described in Example 3, the effect of the reaction temperature on the yield was examined at intervals of 5 ° C in the reaction temperature range of 185 ° C to 205 ° C. As the reaction temperature increases, the yield is increased and shows the highest value at 195 ° C. However, if the temperature is higher than that, the yield is falling. Therefore, the optimum reaction temperature is determined to be 195 ℃. In addition, as a result of gas chromatography analysis of the product fractionated by the reaction time at the optimum reaction temperature of 195 ° C., a small amount of tetraethoxysilane was formed until 30 minutes after the start of the reaction, and a peak of the reaction by-product was observed. Therefore, it can be seen that the peak of the impurities disappears and only tetraethoxysilane is produced. That is, a small amount of TEOS is produced by 30 minutes, but the amount of tetraethoxysilane produced is increased from 30 minutes, showing the highest value at 150 minutes, and then gradually decreasing. After reacting for 6 hours, the yield of tetraethoxysilane was 60%.

실시예Example 6  6

실시예 5에 기술한 방법으로 반응온도가 테트라메톡시실란 수율에 미치는 영향을 검토하였다. 테트라메톡시실란 합성반응에서는 반응온도가 높아질수록 수율이 높아져 180℃에서 가장 높은 수율을 보이며, 그 이상으로 온도가 상승해도 수율은 높아지지 않음을 알 수가 있어 최적반응온도는 180℃로 판단된다. 6시간 반응시킨 후, 테트라메톡시실란의 수율은 88%이었고, 테트라메톡시실란의 생성속도가 실시예 5의 테트라에톡시실란 생성속도 보다 빠름을 알 수가 있다. 저급알콜은 메탄올, 에탈올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 2차 부탄올 및 3차 부탄올과 같은 알콜을 사용할 수가 있다. The effect of reaction temperature on the yield of tetramethoxysilane was examined by the method described in Example 5. In the tetramethoxysilane synthesis reaction, the higher the reaction temperature, the higher the yield, and the highest yield is obtained at 180 ° C. The higher the temperature, the higher the yield, the higher the yield, it is determined that the optimum reaction temperature is 180 ℃. After the reaction for 6 hours, the yield of tetramethoxysilane was 88%, it can be seen that the production rate of tetramethoxysilane is faster than the production rate of tetraethoxysilane of Example 5. Lower alcohols may use alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol and tertiary butanol.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.In addition, the above-mentioned example is only an example to demonstrate this invention. Therefore, it is obvious that the ordinary skilled in the art to which the present invention pertains uses the partial change with reference to the detailed description.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법은, As described above, the method for producing tetraalkoxysilane using the waste silicon metal of the present invention,

반도체 제조 폐기물인 실리콘웨이퍼의 절단공정에서 발생하는 슬러지에서 분리, 회수한 실리콘을 시료로 사용하였고, 상기 실리콘과 알콜이 효율적으로 반응할 수 있는 반응장치를 최적화하여 원료인 실리콘의 알콕시실란으로의 전환율을 높여 궁극적으로 테트라알콕시실란에 대한 수율을 높일 수 있는 촉매의 채택으로 알콕시실란의 반응속도와 테트라알콕시실란에 대한 선택성이 커질 수 있도록 하는 등 폐실리콘의 재활용을 향상시키는 유용한 방법의 제공이 가능하게 된 것이다.The sample separated and recovered from the sludge generated during the cutting process of the silicon wafer, which is a semiconductor manufacturing waste, was used as a sample. It is possible to provide a useful method for improving the recycling of waste silicon by increasing the reaction rate of the alkoxysilane and the selectivity to the tetraalkoxysilane by adopting a catalyst that can ultimately increase the yield of the tetraalkoxysilane by increasing the yield. It is.

Claims (4)

폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, In the method for producing a tetraalkoxysilane using waste silicon metal, 실리콘 잉고트의 절단공정에서 발생하는 폐슬러지인 절삭오일, 실리콘, 실리콘카바이드의 혼합물에 유기용매 2 ~ 3 v/v% 를 혼합하여 절삭오일을 용해하여 분리하는 용해과정과; 잔유물에서 불순물인 철분을 자력선별에 의해 제거하는 자력선별과정과; 실리콘과 실리콘카바이드의 혼합물말을 중액선별을 통해 고순도의 실리콘을 분리하는 중액선별과정;으로 폐기물로부터 회수실리콘을 분리하며;A dissolving process of dissolving and cutting the cutting oil by mixing 2 to 3 v / v% of an organic solvent with a mixture of cutting oil, silicon and silicon carbide, which are waste sludges generated in the cutting process of the silicon ingot; A magnetic screening process for removing iron, which is an impurity, from the residue by magnetic screening; A heavy liquid sorting process for separating high purity silicon through heavy liquid sorting of a mixture of silicon and silicon carbide; separating recovered silicon from the waste; 고비점 칼륨알콕사이드 촉매의 존재 하에서, 상기 폐기물로부터 분리한 회수실리콘을 175 ~ 210 ℃에서 저급알코올과 반응시켜 제조하되,In the presence of a high boiling potassium alkoxide catalyst, the recovered silicon separated from the waste is prepared by reacting with lower alcohol at 175 ~ 210 ℃, 상기 칼륨알콕사이드 촉매 제조에 사용되는 고비점알콜은, 2-2-부톡시에톡시에탄올(2-2-butoxyethoxy ethanol), 2-부톡시에탄올(2-butoxyethanol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 디에틸렌글리콜에틸에테르(diethylene glycol ethylether), 2-에톡시에탄올(2-ethoxyethanol)로 이루어진 군으로부터 단독 또는 이종 이상 혼합사용하며,High boiling alcohols used in the preparation of the potassium alkoxide catalyst, 2-2-butoxyethoxy ethanol (2--2-butoxyethoxy ethanol), 2-butoxyethanol (2-butoxyethanol), diethylene glycol (diethylene glycol), Diethylene glycol ethyl ether (diethylene glycol ethylether), 2-ethoxyethanol (2-ethoxyethanol) from the group consisting of single or two or more mixed use, 상기 저급알콜은 메탄올, 에탈올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 2차 부탄올 및 3차 부탄올로 이루어진 군으로부터 단독 또는 이종 이상 혼합사용됨을 특징으로 하는 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법.The lower alcohol is a method for producing tetraalkoxysilane using waste silicon metal, characterized in that used alone or in combination of two or more from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol and tertiary butanol. . 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회수실리콘과 저급알코올의 반응온도는 180∼195℃임을 특징으로 하는 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법.The reaction temperature of the recovered silicon and lower alcohol is a method for producing tetraalkoxysilane using waste silicon metal, characterized in that 180 ~ 195 ℃. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 노말핵산, 아세톤 및 에테르로 이루어진 군으로부터 단독 또는 이종이상 선택 사용됨을 특징으로 하는 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법.The organic solvent is methanol, ethanol, propanol, butanol, normal nucleic acid, acetone and ether selected from the group consisting of one or more selected from the group consisting of tetraalkoxysilane using waste silicon metal, characterized in that used. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중액선별에 사용되는 유기용매는 테트라브로모에탄과 아세톤 혼합물로 비중이 2.8인 것을 특징으로 하는 폐실리콘 금속을 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법.The organic solvent used for the selection of the heavy liquid is tetrabromoethane and acetone mixture, specific gravity of 2.8 The method for producing tetraalkoxysilane using waste silicon metal, characterized in that.
KR1020070031410A 2007-03-30 2007-03-30 Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon KR100716064B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070031410A KR100716064B1 (en) 2007-03-30 2007-03-30 Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070031410A KR100716064B1 (en) 2007-03-30 2007-03-30 Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060005031 Division 2006-01-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100716064B1 true KR100716064B1 (en) 2007-05-09

Family

ID=38270129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070031410A KR100716064B1 (en) 2007-03-30 2007-03-30 Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100716064B1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101045815B1 (en) * 2008-09-19 2011-07-01 인천대학교 산학협력단 Separation method of high purity silicon from backgrinding silicon waste
KR101102697B1 (en) 2010-10-13 2012-01-05 전북대학교산학협력단 Method for separating silicon and silicon carbide from the disposed sludge produced in the process of silicon wafer
KR101340601B1 (en) 2012-11-23 2013-12-11 금오공과대학교 산학협력단 Recovery method of elemental silicon by electrolysis in non-aqueous electrolyte from silicon sludge
KR101472486B1 (en) 2013-07-02 2014-12-12 주식회사 시알에스 Recycling system for waste sludge
CN107934968A (en) * 2017-07-31 2018-04-20 河源市宏华贸易有限公司 The separation and recovery system and separation and recovery method of silicon carbide micro-powder waste material
CN115536689A (en) * 2021-06-30 2022-12-30 四川大学 Method for directly preparing organic siloxane from biomass

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211717A (en) 1979-03-23 1980-07-08 Zirconal Processes Limited Manufacture of alkyl silicates

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211717A (en) 1979-03-23 1980-07-08 Zirconal Processes Limited Manufacture of alkyl silicates

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101045815B1 (en) * 2008-09-19 2011-07-01 인천대학교 산학협력단 Separation method of high purity silicon from backgrinding silicon waste
KR101102697B1 (en) 2010-10-13 2012-01-05 전북대학교산학협력단 Method for separating silicon and silicon carbide from the disposed sludge produced in the process of silicon wafer
KR101340601B1 (en) 2012-11-23 2013-12-11 금오공과대학교 산학협력단 Recovery method of elemental silicon by electrolysis in non-aqueous electrolyte from silicon sludge
KR101472486B1 (en) 2013-07-02 2014-12-12 주식회사 시알에스 Recycling system for waste sludge
CN107934968A (en) * 2017-07-31 2018-04-20 河源市宏华贸易有限公司 The separation and recovery system and separation and recovery method of silicon carbide micro-powder waste material
CN115536689A (en) * 2021-06-30 2022-12-30 四川大学 Method for directly preparing organic siloxane from biomass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100716064B1 (en) Preparation method of tetraalkoxysilane from waste silicon
US8354088B2 (en) Methods and apparatus for recovery of silicon and silicon carbide from spent wafer-sawing slurry
CN104176737B (en) Method for recovering silicon powder from cut mortar waste
KR101766928B1 (en) Method for producing silicon carbide
CN102351184B (en) Method for recovering silicon carbide, high-purity silicon and dispersion liquid from silicon material linear cutting waste mortar
KR100823666B1 (en) Device and method for recycling silicon sludge
Hachichi et al. Silicon recovery from kerf slurry waste: a review of current status and perspective
KR101355816B1 (en) Method for separation and recovery of silicon from silicon sludge
CN104229801A (en) Method and device for recycling silicon cutting waste mortar
JP2007246367A (en) Method for recovering silicon-containing material
JP2011218503A (en) Method for disposing silicon-containing waste liquid
US20130064751A1 (en) Method for producing high purity silicon
CN1198830C (en) Removal of dissolved silicates from alcohol-silicon direct synthesis solvents
JP5246702B2 (en) Silicon purification method
KR101352372B1 (en) Method for producing silicon chloride from silicon sludge
JP2009084069A (en) Apparatus and method for regenerating silicon
TWI458680B (en) Recovery method for solid particle
JP5286095B2 (en) Silicon sludge recovery method and silicon processing apparatus
JP4604549B2 (en) Method for producing high purity spiroglycol with improved particle size
JP2007246366A (en) Method for recovering silicon-containing material
CN108285147A (en) The method that high-purity silicon powder is extracted from crystalline silicon mortar cutting waste material
CN106829953B (en) A kind of method and product that diamond is recycled and recycled
WO2013004001A1 (en) BI-PHASE Si/SIC SEPARATION METHOD
RU2185384C1 (en) Method of regeneration of solvent in process of direct synthesis of alkoxysilanes
CN114262342B (en) Method for purifying phenyl silane

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120503

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130329

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160325

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170327

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190402

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191231

Year of fee payment: 19