KR101047383B1 - 폐슬러리 재활용 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐슬러리 재활용 방법 및 장치에 관한 것으로, 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 회수되며 연마재, 절삭유, 절삭분을 포함하는 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정한 결과에 따라 소정 범위의 점도 값을 얻을 때까지 폐슬러리를 가열하고, 필요에 따라 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리한 다음, 이 폐슬러리를 연마재와 절삭유로 원심분리하고, 이어서 이 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시킨 다음, 이 절삭유를 원심분리하여 이 절삭유에 포함되어 있는 절삭분을 제거하여 구한 절삭유를 탈수, 증발 처리하여 글리콜 성분만을 추출한 후, 이 글리콜 성분을 응축하여 회수한 다음, 이 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산한다.
본 발명에 따르면, 폐슬러리에 대하여 최적의 점도 환경을 만들고 폐슬러리의 비중 값 혹은 절삭유의 비중 값에 따라 원심분리 효율을 극대화할 수 있으며, 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 탈수, 증발, 응축 처리하여 고순도의 글리콜 성분만을 회수할 수 있으므로, 이 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 고순도의 새로운 절삭유를 생산하거나 글리콜 성분 자체를 단일 제품으로 판매할 수 있다.
폐슬러리, 점도 측정, 절삭유, 글리콜, DEG, PEG

Description

폐슬러리 재활용 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECYCLING USED SLURRY}
본 발명은 실리콘 반도체 웨이퍼 제조 기술에 관한 것이며, 더욱 상세히는 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 회수되는 폐슬러리를 재활용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 반도체 웨이퍼는 실리콘(Si) 원료를 퍼니스(furnace) 내에 투입한 후 단결정 혹은 다결정 성장을 통하여 고순도의 실리콘 잉곳 형태로 만든 다음 이 실리콘 잉곳을 규격에 맞게 와이어 소(Wire Saw)를 이용하여 절단하고 그 표면의 이물질을 제거함으로써 제조한다.
상기 실리콘 잉곳을 와이어 소로 절단할 때에는 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 수행하여 웨이퍼의 평탄도를 높이기 위해 그 절단부위에 연마재와 절삭유의 혼합물로 된 슬러리를 공급하며, 상기 연마재로는 실리콘카바이드(SiC)가 주로 사용되고 상기 절삭유로는 디에틸렌글리콜(DEG; Diethylene glycol)에 물과 첨가제(예컨대, 계면활성제, 분산제 등)를 혼합한 DEG 절삭유나, 폴리에틸렌글리콜(PEG; Polyethylene glycol)에 물과 첨가제(예컨대, 계면활성제, 분산제 등)를 혼합한 PEG 절삭유가 주로 사용된다.
상기와 같이 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 사용된 슬러리는 폐슬러리로 회수되며, 이 폐슬러리는 연마재, 절삭유, 실리콘 분말이나 와이어 소 분말과 같은 절삭분을 포함한다.
상기와 같이 회수된 폐슬러리는 시멘트로 고형화되어 매립되거나, 혹은 원심분리에 의한 방법으로 그 내용물 중 일부가 추출되어 재활용된다.
상기 원심분리에 의한 방법으로 폐슬러리를 재활용하는 경우, 통상 원심분리는 2단계에 걸쳐 이루어지는데, 1차 원심분리 단계에서는 연마재를 추출하여 회수고, 2차 원심분리 단계에서는 절삭유를 추출하여 회수한다.
그러나, 상기와 같은 폐슬러리 내에는 연마재와 절삭유 이외에 상기 실리콘 잉곳이 절단되면서 발생하는 실리콘 분말과 와이어 소 분말이 포함되어 있으므로, 상기 폐슬러리는 높은 점도값을 갖게 되고, 상기 폐슬러리가 일정 정도 이상의 점도값을 갖는 경우에는 원심분리가 극히 어려워질 수도 있다.
따라서, 종래의 2 단계 원심분리에 의해 폐슬러리를 재활용하는 방법에서는 폐슬러리에 소정의 절삭유를 첨가하거나 일정한 온도 범위로 폐슬러리를 가열하여 원심분리를 수행하였다.
하지만, 이 경우 상기한 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업의 조건이 다름에 따라, 즉 상기한 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 사용되는 슬러리의 조성 성분이나 와이어 소가 제조사별로 다르고 절단 대상인 실리콘 잉곳마다 그 순도가 다름에 따라, 회수되는 폐슬러리의 점도값이 다르게 나타나는 상황을 고려하지 않고, 일률적으로 소정의 절삭유를 첨가하거나 일정한 온도 범위로 폐슬러리를 가열하므로, 폐슬러리 재활용 효율을 최적화하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정한 결과에 따라 소정 범위의 점도 값을 얻을 때까지 폐슬러리를 가열하고, 필요에 따라 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리한 다음, 이 폐슬러리를 연마재와 절삭유로 원심분리하고, 이어서 이 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절 삭분을 분산시킨 다음, 이 절삭유를 원심분리하여 이 절삭유에 포함되어 있는 절삭분을 제거하여 구한 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유)를 탈수, 증발 처리하여 글리콜 성분(예컨대, DEG, PEG)만을 추출한 후, 이 글리콜 성분을 응축하여 회수한 다음, 이 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하는 폐슬러리 재활용 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 방법은, 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 회수되며 연마재, 절삭유, 절삭분을 포함하는 폐슬러리를 교반하면서 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하여 소정 범위의 점도값(예컨대, 50∼200 cP)을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 가열하는 폐슬러리 가열단계와; 상기 가열된 폐슬러리를 원심분리하여 절삭유와 연마재를 추출하는 절삭유/연마재 분리단계; 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하여 절삭분을 제거하는 절삭분 제거단계; 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유에서 절삭분을 제거하여 구한 절삭유를 가열하여 이 절삭유에 포함된 수분을 제거하는 탈수단계; 탈수된 절삭유를 증발시켜 절삭유에 포함된 글리콜 성분만을 추출하는 증발단계; 추출된 글리콜 성분을 응축하여 회수하는 응축단계; 및 회수된 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하는 절삭유 생산단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 방법에 있어서, 상기 가열된 폐슬러리를 원심분리하기 이전에 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절 삭분을 분리하거나, 혹은 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하기 이전에 상기 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시키는 초음파 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 방법에 있어서, 상기 절삭유/연마재 분리단계에서는 폐슬러리의 비중 값에 따라 원심효과(G) 값을 소정 범위(예컨대, 200∼350 G)에서 변화시키고, 상기 절삭분 제거단계에서는 절삭유의 비중 값에 따라 원심효과(G) 값을 소정 범위(예컨대, 1500∼2500 G)에서 변화시키는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치는, 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 회수되며 연마재, 절삭유, 절삭분을 포함하는 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도값(예컨대, 50∼200 cP)을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 교반하면서 가열하는 교반탱크와; 상기 교반탱크에서 가열된 폐슬러리를 원심분리하여 절삭유와 연마재를 추출하는 폐슬러리 원심분리기; 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하여 절삭분을 제거하는 제1절삭유 원심분리기; 상기 제1절삭유 원심분리기에서 절삭분이 제거된 절삭유를 가열하여 이 절삭유에 포함된 수분을 제거하는 탈수히터; 상기 탈수히터에 의해 탈수된 절삭유를 증발시켜 절삭유에 포함된 글리콜 성분만을 추출하는 증발기; 상기 증발기에서 추출한 글리콜 성분을 응축하여 회수하는 응축기; 및 상기 응축기에서 회수한 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하는 절삭유 생산탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치에 있어서, 상기 가열된 폐슬러리를 원심분리하기 이전에 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리하거나, 혹은 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하기 이전에 상기 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시키는 초음파 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 폐슬러리 재활용 방법 및 장치에 따르면, 상기한 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업의 조건에 따라 상이하게 회수되는 폐슬러리에 대하여 최적의 점도 환경을 만들고 초음파 처리기를 통해 폐슬러리의 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리하거나 혹은 폐슬러리의 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시킨 상태에서 폐슬러리의 비중 값 혹은 절삭유의 비중 값에 따라 원심효과(G) 값을 최적의 값으로 변화시키면서 원심분리 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 폐슬러리에서 추출한 절삭유에서 절삭분을 제거하여 구한 절삭유를 탈수, 증발, 응축 처리하여 고순도의 글리콜 성분만을 회수할 수 있으므로, 이 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 고순도의 새로운 절삭유를 생산하거나 글리콜 성분 자체를 단일 제품으로 판매할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치는 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중 에 회수되며 연마재(예컨대, 실리콘카바이드(SiC)), 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유), 절삭분(예컨대, 실리콘 분말, 와이어 소 분말)을 포함하는 폐슬러리에서 추출한 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유)에서 글리콜 성분(예컨대, DEG, PEG)만을 회수하고, 이 글리콜 성분에 물과 첨가제(예컨대, 계면활성제, 분산제 등)를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하기 위한 장치로서, 상기 폐슬러리 원심분리기에서 추출한 절삭유에서 글리콜 성분을 회수하는 용도로도 활용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치(100)는 교반탱크(110), 폐슬러리 원심분리기(120), 제1절삭유 원심분리기(130), 탈수히터(140), 증발기(150), 응축기(160), 및 절삭유 생산탱크(170)를 기본적으로 포함한다.
상기 교반탱크(110)는 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 사용된 후 회수되며, 연마재(예컨대, 실리콘카바이드(SiC)), 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유), 절삭분(예컨대, 실리콘 분말, 와이어 소 분말)을 포함하는 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 교반하면서 가열한다.
상기 폐슬러리 원심분리기(120)는 상기 교반탱크(110)에서 가열된 폐슬러리를 원심분리하여 절삭유와 연마재를 추출하며, 원심분리 효율을 최대화하기 위해 상기 폐슬러리의 비중 값에 따라 소정 범위, 예컨대 200∼350 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시킨다.
상기 제1절삭유 원심분리기(130)는 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하여 절삭분을 제거하며, 원심분리 효율을 최대화하기 위해 상기 절삭유의 비 중 값에 따라 소정 범위, 예컨대 1500∼2500 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시킨다.
상기 탈수히터(140)는 상기 제1절삭유 원심분리기(130)에서 절삭분이 제거된 절삭유를 가열하여 이 절삭유에 포함된 수분을 제거한다.
상기 증발기(150)는 상기 탈수히터(140)에 의해 탈수된 절삭유를 증발시켜 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유)에 포함된 글리콜 성분(예컨대, DEG, PEG)만을 추출한다.
상기 응축기(160)는 상기 증발기(150)에서 추출한 글리콜 성분을 응축하여 회수한다.
상기 절삭유 생산탱크(170)는 상기 응축기(160)에서 회수한 글리콜 성분에 물과 첨가제(예컨대, 계면활성제, 분산제 등)를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산한다.
상기 교반탱크(110)에는 도 2에 나타낸 바와 같은 자동점도제어장치(180)가 설치된다.
상기 자동점도제어장치(180)의 히터(181)는 상기 교반탱크(110)의 외주면에 설치된다.
상기 자동점도제어장치(180)의 점도계(182)는 상기 교반탱크(110)에 수용된 폐슬러리 점도를 측정한다.
상기 자동점도제어장치(180)의 중앙제어기(183)는 상기 점도계(182)에 의해 측정된 점도값이 소정 범위, 예컨대 50∼200 cP의 점도값에 도달할 때까지 상기 히 터(181)를 동작시키고, 상기 측정된 점도값이 소정 범위, 예컨대 50∼200 cP의 점도값에 도달하면 상기 히터(181)를 정지시킨다.
상기 교반탱크(110)와 상기 폐슬러리 원심분리기(120) 사이에는 초음파 처리기(190)가 설치된다.
상기 초음파 처리기(190)는 상기 폐슬러리 원심분리기(120)로 절삭유와 연마재를 분리하기 이전에 상기 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리한다.
상기 초음파 처리기(190)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 내부에 설치된 초음파 발생기(191)에서 발생한 초음파를 폐슬러리에 가함으로써 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 실리콘카바이드(SiC)에 응집되어 있는 실리콘(Si) 분말, 와이어 소 분말을 분리한다. 상기 캐비테이션 현상은 초음파가 용액 중으로 전파될 때 초음파의 큰 압력변화에 의해 미세기포군이 생성되고 소멸되는 현상으로, 이 미세기포군에 의해 실리콘카바이드(SiC)에 응집되어 있는 실리콘(Si) 분말, 와이어 소 분말이 분리된다.
상기 폐슬러리 원심분리기(120)에서 추출된 연마재와 절삭유는 각각 연마재 저장탱크(120')와 제1절삭유 저장탱크(120")에 저장된다.
상기 연마재 저장탱크(120')에 저장되는 연마재는 재생슬러리 생산 시 재활용할 수 있다.
상기 제1절삭유 저장탱크(120")에는 상기 교반탱크(110)에 설치되는 것과 동일한 자동점도제어장치(180)가 설치되며, 이 자동점도제어장치(180)는 상기 제1절 삭유 저장탱크(120")에 수용된 절삭유의 점도값이 소정 범위, 예컨대 50∼200 cP가 될 때까지 상기 히터(181)를 동작시켜 절삭유를 가열한다.
상기 제1절삭유 저장탱크(120")와 상기 제1절삭유 원심분리기(130) 사이에는 상기 교반탱크(110)와 상기 폐슬러리 원심분리기(120) 사이에 설치되는 것과 동일한 초음파 처리기(190)가 설치되며, 이 초음파 처리기(190)는 상기 제1절삭유 원심분리기(130)로 절삭유에서 절삭분을 제거하기 이전에 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시킨다.
상기 제1절삭유 원심분리기(130)에서 추출된 절삭분은 절삭분 저장탱크(130')에 저장되고, 상기 제1절삭유 원심분리기(130)에서 추출된 절삭유는 상기 탈수히터(140)로 투입된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치(100)는 도 4에 나타낸 바와 같은 폐슬러리 재활용 방법에 의해 다음과 같이 작동하여 절삭유를 생산한다.
먼저, 상기 교반탱크(110)에는 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 사용된 후 회수되며, 연마재(예컨대, 실리콘카바이드(SiC)), 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유), 절삭분(예컨대, 실리콘 분말, 와이어 소 분말)을 포함하는 폐슬러리가 투입되어 교반된다(S100).
이때, 상기 교반탱크(110)에 투입되는 폐슬러리는 보관 기간, 폐슬러리 온도 등 회수 당시의 상태에 따라 점도가 다르다. 실제로, 폐슬러리는 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업의 조건에 따라 함유된 연마재, 절삭유, 절삭분의 양이 상이하고, 이 에 따라 폐슬러리가 갖는 비중 값이 다르며, 이러한 상이한 비중 값은 폐슬러리의 점도에 영향을 준다.
또한, 폐슬러리의 비중 차에 의한 점도 변화를 나타낸 도 5를 참조하면, 폐슬러리의 온도가 같은 경우에도, 비중이 높은 경우에는 폐슬러리의 점도 또한 높아지므로, 원심분리기를 이용한 분리방식에서 분리 효율이 낮아진다.
따라서, 각기 다른 점도를 나타내는 폐슬러리를 동일한 정도로 가열하고 원심분리를 하는 경우 회수되는 연마재와 절삭유의 품질이 상이하다. 즉, 사용되었던 슬러리의 종류 및 연마한 재료의 종류에 따라 폐슬러리의 상태는 각각 상이하므로, 미리 설정된 일정한 시간 동안의 가열 또는 미리 설정된 일정한 온도로의 가열만으로는 개별 폐슬러리에 따라 최적화된 분리효율을 획득할 수 없다. 또한, 종래와 같이 일정한 온도 범위로 폐슬러리를 가열하는 폐슬러리 재활용 방법으로는 균일한 품질의 절삭유를 회수할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 폐슬러리의 원심분리를 균일하고 용이하게 하기 위해 상기 교반탱크(110)에서 폐슬러리가 교반되는 동안 상기 자동점도제어장치(180)를 통해 폐슬러리의 점도를 소정 범위의 점도값으로 조절한다.
이를 위해, 상기 자동점도제어장치(180)는 상기 교반탱크(110)에서 교반되는 폐슬러리의 점도값이 소정 범위, 예컨대 50∼200 cP의 점도값에 도달할 때까지 상기 히터(181)를 동작시켜 폐슬러리를 가열한다(S110).
참고로, 폐슬러리의 점도가 높을 경우, 원심분리에 의한 분리가 어려워지고, 이는 분리효율의 저하를 초래한다. 따라서, 원심분리의 처리용량을 증가시키는 방 법은 원심분리기의 용적을 증가시키는 방법, 원심분리기의 회전속도를 증가시키는 방법 등이 있으나, 원심분리기의 용적과 운전조건이 고정된 상태에서 원심분리의 처리용량을 증가시키는 가장 효율적인 방법은 원심분리 대상의 점도를 낮추는 것이이다. 이러한 사실에 기초하여 본 발명자가 실험한 결과 상기 폐슬러리 혹은 폐슬러리에서 추출한 절삭유의 원심분리 효율을 최대화할 수 있는 점도값이 50∼200 cP임을 확인할 수 있었다.
이때, 만약 폐슬러리의 점도값이 소정 범위에 도달하면(S120), 상기 자동점도제어장치(180)는 히터(181)를 정지시킨다.
상기와 같이 교반탱크(110)에서 폐슬러리를 완전히 교반 및 가열하고 나면, 다음으로 상기 폐슬러리 원심분리기(120)가 폐슬러리에서 연마재와 절삭유를 추출하며(S130), 추출된 연마재는 상기 연마재 저장탱크(120')에 저장된 후, 재생슬러리 생산 시 재활용할 수 있으며, 추출된 절삭유는 상기 제1절삭유 저장탱크(120")에 저장된다.
이때, 분리 효율을 더 향상시키기 위해, 상기 초음파 처리기(190)가 상기 폐슬러리 원심분리기(120)로 유입되는 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리할 수 있다.
이어서, 상기 제1절삭유 저장탱크(120")에 저장된 절삭유는 상기 제1절삭유 원심분리기(130)로 전달되며, 상기 제1절삭유 원심분리기(130)는 이 절삭유를 원심분리하여 절삭분을 제거하며(S140), 이에 따라서 추출되는 절삭분은 절삭분 저장탱크(130')에 저장되고, 추출되는 절삭유는 상기 탈수히터(140)로 투입된다.
이때, 상기 제1절삭유 저장탱크(130')에 저장된 절삭유의 분리 효율을 향상시키기 위해 상기 제1절삭유 저장탱크(130')에 설치되어 있는 자동점도제어장치(180)는 상기 절삭유의 점도값이 소정 범위, 예컨대 50∼200 cP의 점도값에 도달할 때까지 상기 히터(181)를 동작시켜 절삭유를 가열할 수 있으며, 또한 상기 초음파 처리기(190)가 상기 제1절삭유 원심분리기(130)로 유입되는 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시킬 수 있다.
상기와 같이 상기 탈수히터(140)로 절삭유가 투입되면, 상기 탈수히터(140)는 절삭유를 가열하여 절삭유에 포함된 수분을 증발시켜 제거한 후(S150), 상기 증발기(150)로 전달한다. 이때, 가열 온도는 절삭유의 증발을 방지할 수 있는 온도로 설정하며, 바람직하게는 수분을 증발하기에 적합한 100℃ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 증발기(150)는 탈수된 절삭유를 가열 증발시켜 절삭유(예컨대, DEG 절삭유, PEG 절삭유)에 포함된 글리콜 성분(예컨대, DEG, PEG)만을 추출한 다(S160). 이때, 상기 절삭유의 끓는점에 따라 가열 온도를 설정하는 것이 바람직하며, 예컨대, DEG 절삭유를 증발시켜 글리콜 성분을 추출하기 위해서는 240℃ 이상으로 가열 온도를 설정하는 것이 바람직하고, PEG 절삭유를 증발시켜 글리콜 성분을 추출하기 위해서는 350℃ 이상으로 가열 온도를 설정하는 것이 바람직하다.
상기 증발기(150)에서 증발되는 글리콜 성분은 상기 응축기(160)로 수집되며, 이와 같이 글리콜 성분이 수집되면 상기 응축기(160)는 이 글리콜 성분을 응축하여 회수한 후(S170) 상기 절삭유 생산탱크(170)로 전달한다.
이에 따라서, 상기 절삭유 생산탱크(170)는 상기 응축기(160)에서 회수한 글리콜 성분에 물과 첨가제(예컨대, 계면활성제, 분산제 등)를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하며(S180), 이렇게 생산된 새로운 절삭유는 슬러리 생산에 사용하거나 절삭유 자체를 단일 제품으로 판매할 수 있다.
끝으로, 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치(100)에 있어서, 상기 폐슬러리 원심분리기(120)와 상기 제1절삭유 원심분리기(130)와 같은 원심분리기는 원심분리기의 원심효과(G) 값을 변화시킴으로써 분리효율을 극대화할 수 있다.
예컨대, 원심력장에서의 고체 입자의 침강 속도는 하기의 수학식 1로 나타낸다.
Figure 112008081384242-pat00008
여기서, Vc(m/sec)는 원심력장에서의 고체 입자의 침강 속도이고, G는 원심효과, p1(kg/m3)은 고체 입자의 비중이고, p2(kg/m3)는 액체 입자의 비중이고, d(m)는 고체 입자가 침강하는 한계 입자경이고, μ(kg/m·sec)는 점성 계수이고, g(m/sec2)는 중력 가속도를 나타낸다.
또한, 상기 원심효과 G는 하기의 수학식 2로 나타낸다.
Figure 112008081117178-pat00002
여기서, G는 원심효과이고, r(m)은 등속 원운동을 하고 있는 물체의 회전 반경이고, ω(rad/s)는 각속도이고, N(rpm)은 등속 원운동을 하고 있는 물체의 회전수를 나타낸다.
상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 원심분리기의 원심력장에서 고체 입자의 침강속도를 높이기 위해서는 점성계수값을 낮게 해줘야 한다. 따라서, 점성도를 기준으로 조절함으로써, 상기한 폐슬러리나 절삭유에 대해서 분리효율을 일정하게 조절할 수 있다. 그러나, 기존 온도 제어방식의 경우 폐슬러리나 절삭유의 비중 값 변화에 능동적으로 대처할 수 없어 분리 효율이 일정하지 않을 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 점도 제어 방식을 통해 이를 개선할 수 있다. 본 발명의 점도 제어 방식의 경우, 폐슬러리나 절삭유 내에 함유된 성분의 양에 관계없이 최적의 점도 환경을 만들어 원심분리기의 분리능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 폐슬러리나 절삭유의 비중의 차이에 따라 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같은 원심효과 G 값을 변화시킴으로써 원심분리기의 분리효율을 극대화할 수 있다.
이러한 사실에 기초하여 본 발명자가 실험한 결과, 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치(100)에 있어서, 상기 폐슬러리 원심분리기(120)는 폐슬러리의 비중 값에 따라 200∼350 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시킴으로써 분리효율을 극대화할 수 있으며, 상기 제1절삭유 원심분리기(130)는 절삭유의 비중 값에 따라 1500∼2500 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시킴으로써 분리효율을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 방법 및 장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 도 1의 교반탱크와 자동점도제어장치를 나타낸 실시예.
도 3은 도 1의 초음파 처리기를 나타낸 실시예.
도 4는 본 발명에 따른 폐슬러리 재활용 방법을 나타낸 플로차트.
도 5는 본 발명에 따른 폐슬러리의 비중 차에 의한 점도 변화를 나타낸 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 폐슬러리 재활용 장치 110: 교반탱크
120: 폐슬러리 원심분리기 120': 연마재 저장탱크
120": 제1절삭유 저장탱크 130: 제1절삭유 원심분리기
130': 절삭분 저장탱크 140: 탈수히터
150: 증발기 160: 응축기
170: 절삭유 생산탱크 180: 자동점도제어장치
181: 히터 182: 점도계
183: 중앙제어기 190: 초음파 처리기
191: 초음파 발생기

Claims (14)

  1. 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 회수되며 연마재, 절삭유, 절삭분을 포함하는 폐슬러리를 교반하면서 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하여 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 가열하는 폐슬러리 가열단계와;
    상기 가열된 폐슬러리를 원심분리하여 절삭유와 연마재를 추출하는 절삭유/연마재 분리단계;
    상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하여 절삭분을 제거하는 절삭분 제거단계;
    상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유에서 절삭분을 제거하여 구한 절삭유를 가열하여 이 절삭유에 포함된 수분을 제거하는 탈수단계;
    탈수된 절삭유를 증발시켜 절삭유에 포함된 글리콜 성분만을 추출하는 증발단계;
    추출된 글리콜 성분을 응축하여 회수하는 응축단계; 및
    회수된 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하는 절삭유 생산단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폐슬러리 가열단계에서는 50∼200 cP의 점도값을 얻 을 때까지 상기 폐슬러리를 가열하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭분 제거단계 이전에 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유의 점도를 자동으로 측정하며, 50∼200 cP의 점도값을 얻을 때까지 상기 절삭유를 가열하는 절삭유 가열단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭유/연마재 분리단계 이전에 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리하는 초음파 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 절삭유 가열단계 이후, 상기 절삭유 제거단계 이전에 상기 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시키는 초음파 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭유/연마재 분리단계에서는 폐슬러리의 비중 값에 따라 200∼350 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭분 제거단계에서는 절삭유의 비중 값에 따라 1500∼2500 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 방법.
  8. 실리콘 반도체 웨이퍼 절단작업 중에 회수되며, 연마재, 절삭유, 절삭분을 포함하는 폐슬러리의 점도를 자동으로 측정하며, 소정 범위의 점도값을 얻을 때까지 상기 폐슬러리를 교반하면서 가열하는 교반탱크(110)와;
    상기 교반탱크(110)에서 가열된 폐슬러리를 원심분리하여 절삭유와 연마재를 추출하는 폐슬러리 원심분리기(120);
    상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 원심분리하여 절삭분을 제거하는 제1절삭유 원심분리기(130);
    상기 제1절삭유 원심분리기(130)에서 절삭분이 제거된 절삭유를 가열하여 이 절삭유에 포함된 수분을 제거하는 탈수히터(140);
    상기 탈수히터(140)에 의해 탈수된 절삭유를 증발시켜 절삭유에 포함된 글리콜 성분만을 추출하는 증발기(150);
    상기 증발기(150)에서 추출한 글리콜 성분을 응축하여 회수하는 응축기(160); 및
    상기 응축기(160)에서 회수한 글리콜 성분에 물과 첨가제를 혼합하여 새로운 절삭유를 생산하는 절삭유 생산탱크(170);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 교반탱크(110)의 외주면에 설치되는 히터(181)와; 상기 교반탱크(110)에 수용된 폐슬러리 점도를 측정하는 점도계(182); 상기 점도계(182)에 의해 측정된 점도값이 50∼200 cP의 점도값에 도달할 때까지 상기 히터(181)를 동작시키고, 상기 측정된 점도값이 50∼200 cP의 점도값에 도달하면 상기 히터(181)를 정지시키는 중앙제어기(183);로 구성되는 자동점도제어장치(180)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 자동점도제어장치(180)는 폐슬러리에서 추출한 절삭유를 보관하는 제1절삭유 저장탱크(120")에 설치되어 상기 제1절삭유 저장탱크(120")에 수용된 절삭유의 점도값이 50∼200 cP가 될 때까지 상기 히터(181)를 동작시켜 절삭유를 가열하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 폐슬러리 원심분리기(120)로 절삭유와 연마재를 분리하기 이전에 상기 가열된 폐슬러리에 초음파를 가하여 연마재에 응집되어 있는 절삭분을 분리하는 초음파 처리기(190)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 자동점도제어장치(180)로 절삭유를 가열한 후, 상기 제1절삭유 원심분리기(130)로 상기 폐슬러리에서 추출한 절삭유에서 절삭분을 제거하기 이전에 상기 절삭유에 초음파를 가하여 이 절삭유에 포함된 절삭분을 분산시키는 초음파 처리기(190)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 폐슬러리 원심분리기(120)는 폐슬러리의 비중 값에 따라 200∼350 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 제1절삭유 원심분리기(130)는 절삭유의 비중 값에 따라 1500∼2500 G의 범위에서 원심효과(G) 값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 재활용 장치.
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