KR101292001B1 - Method for drying silicon sludge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼 절단시 발생하는 부산물인 실리콘 슬러지의 건조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로웨이브 건조를 이용하여 실리콘 폐슬러지에 포함된 유분을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for drying silicon sludge which is a by-product generated during silicon wafer cutting, and more particularly, to a method for removing oil contained in silicon waste sludge using microwave drying.
태양 전지 및 반도체 산업의 웨이퍼로 널리 사용되고 있는 실리콘은 와이어 소(wire saw)를 이용하여 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼 형태로 슬라이싱 된다. 절단 시에는 평균 입경 10 미크론 정도인 실리콘 카바이드를 함유한 연마 슬러리가 사용되며, 그 결과 실리콘 카바이드 을 주성분으로 실리콘 및 기타 산화물이 함유된 연마 슬러지가 생성된다. Silicon, widely used as a wafer in the solar cell and semiconductor industries, is sliced from a silicon ingot into a wafer using a wire saw. In the cutting, an abrasive slurry containing silicon carbide having an average particle diameter of about 10 microns is used, and as a result, abrasive sludge containing silicon carbide and other oxides containing silicon carbide as a main component is produced.
과거에는 실리콘 슬러지를 폐기물 처리 업체에 의해 매립 처리하여 왔으나, 최근에는 실리콘 슬러지에 함유된 다량의 실리콘이나 실리콘 카바이드와 같은 소재를 회수하고자 하는 시도가 있어왔다. In the past, silicon sludge has been landfilled by waste disposal companies, but recently, there have been attempts to recover a large amount of material such as silicon or silicon carbide contained in silicon sludge.
종래 실리콘 슬러지의 재활용 기술로 대표적인 것으로는 연마 슬러리 재생 기술, 고형분 분리 회수 기술 및 실리콘 카바이드 합성 기술을 들 수 있다.Representative techniques for recycling conventional silicon sludge include polishing slurry regeneration techniques, solids separation recovery techniques, and silicon carbide synthesis techniques.
예를 들어, 한국공개특허 제2003-84528호는 폐 슬러리에 비 이온계 계면활성제를 중량비 1∼20%와 알코올 또는 솔벤트류 5∼50%를 일정시간 ( 5분 ∼ 10시간 이상 )동안 반응을 시킨 후 원심 분리기에 의해 비중 차이로 동일 광물끼리 층을 이루며 각각 분리 되도록 한 뒤 이를 층별로 오일 펌프를 사용하여 각각 별도의 용기에 분리하여 담은 뒤 필요에 따라 (제품사용 용도별)건조기를 사용하여 건조를 한 뒤 이를 다시 필요에 따라 분급기를 통과 시켜 사이즈 별로 분리하여 재활용하는 기술을 소개하고 있다. For example, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2003-84528 discloses reaction of a non-ionic surfactant in a waste slurry with a weight ratio of 1 to 20% and alcohol or solvent for 5 to 50% for a predetermined time (5 minutes to 10 hours or more). After the separation, the same minerals are formed in layers by centrifugal separators, and the layers are separated.Then, the oils are separated and put into separate containers using an oil pump for each layer, and then dried using a dryer (by product use) as needed. After this, it introduces the technology to separate and recycle by size by passing the classifier as needed.
또한, 한국공개특허 제2004-55218호는 폐슬러리를 여과하여 실리콘, 실리콘 카바이드, 동 및 철분 등의 고형물을 분리하고, 비중선별 및 자력선별을 이용하여 동 및 철 분말을 제거하며, 상온상태에서 염산을 30%의 고액 농도로 산세처리하여 실리콘 및 실리콘 카바이드 혼합분말을 얻고, 이를 흑연 분말과 혼합하여 1600℃ 이상에서 실리콘 탄화법에 의해 실리콘 카바이드 합성체를 제조한다. 이어서, 제조된 실리콘 카바이드 합성체를 파분쇄한 후 불순물을 제거하는 2차 처리공정을 수행하여 고순도의 실리콘 카바이드를 얻는다. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-55218 separates solids such as silicon, silicon carbide, copper, and iron by filtering waste slurries, and removes copper and iron powder using specific gravity screening and magnetic screening, and at room temperature. Hydrochloric acid is pickled at a solid solution concentration of 30% to obtain a silicon and silicon carbide mixed powder, which is mixed with graphite powder to produce a silicon carbide composite by silicon carbide at 1600 ° C or higher. Subsequently, after the crushing of the manufactured silicon carbide composite, a secondary treatment process for removing impurities is performed to obtain silicon carbide of high purity.
그러나, 이 방법은 슬러지 고형분의 분리 회수에 과도한 처리 공정이 적용되어, 값싼 실리콘 폐슬러지로부터 실리콘 카바이드를 제조하고자 하는 본래의 의도를 무색하게 한다는 문제점이 있고, 실리콘 카바이드 소결체를 제조하기 위해서는 제조된 실리콘 카바이드 분말로 성형 및 소결 공정을 다시 적용하여야 한다는 문제점 또한 갖고 있다. However, this method has a problem in that an excessive treatment process is applied to the separation and recovery of sludge solids, thereby obscuring the original intention of manufacturing silicon carbide from cheap silicon waste sludge, and in order to manufacture silicon carbide sintered body, There is also a problem that the molding and sintering process must be applied again with carbide powder.
한편, 한국공개특허 제2011-60701호는 상기 실리콘 슬러지를 열처리하여 유분을 제거하고, 실리콘 슬러지에 탄소원을 혼합 및 성형하여 1300~1900℃의 비산화성 분위기에서 반응소결하여 실리콘 카바이드 소결체를 제조하는 방법을 제시하고 있다. Meanwhile, Korean Patent Publication No. 2011-60701 discloses a method of manufacturing silicon carbide sintered body by heat-treating the silicon sludge to remove oil, and mixing and molding a carbon source into silicon sludge to react and sinter in a non-oxidizing atmosphere at 1300 to 1900 ° C. Presenting.
그러나, 상기 공개특허는 실리콘 슬러지를 열처리하여 유분을 제거하는 공정의 예로써, 100~600 ℃의 온도, 바람직하게는 300 ℃의 온도에서 탈지 공정을 적용하는 데 이 과정에서 실리콘 분말 표면 일부가 산화될 수 있는데, 미량의 표면 산화 실리콘은 실리콘 카바이드 생성 반응이 보다 높은 온도에서 일어나게 만드는 요인이 된다.However, the disclosed patent is an example of a process for removing oil by heat treating silicon sludge, and applying a degreasing process at a temperature of 100 to 600 ° C., preferably at 300 ° C., in which part of the surface of the silicon powder is oxidized. Trace amounts of surface silicon oxide are the cause of the silicon carbide production reaction to occur at higher temperatures.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 반도체 및 태양광 웨이퍼 가공 공정에서 발생하는 실리콘 폐슬러지를 재활용하기 위해 마이크로웨이브 건조를 이용하여 실리콘 폐슬러지에 포함된 유분을 제거하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems of the prior art, the present invention provides a method for removing the oil contained in the silicon waste sludge using microwave drying to recycle the silicon waste sludge generated in the semiconductor and solar wafer processing process. For the purpose of
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘 및 SiC를 포함하고 액상 성분 함량이 20 ~ 50 중량%인 실리콘 슬러지를 컨베이어 벨트에 의해 마이크로웨이브 건조 챔버로 유입하는 단계; 및 상기 실리콘 슬러지를 마이크로웨이브 건조 챔버 내의 불활성 분위기에서 40 ~ 100℃의 온도로 마이크로웨이브 가열 처리하여 유분을 제거하는 건조 단계를 포함하는 실리콘 슬러지 제거 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention comprises the steps of introducing a silicon sludge containing silicon and SiC and a liquid component content of 20 to 50% by weight into a microwave drying chamber by a conveyor belt; And it provides a silicon sludge removal method comprising the step of removing the oil by microwave heat treatment to the silicon sludge at a temperature of 40 ~ 100 ℃ in an inert atmosphere in the microwave drying chamber.
본 발명에서 상기 실리콘 슬러지 중 SiC 함량은 50 ~ 80 중량%인 것이 바람직하다. In the present invention, the SiC content of the silicon sludge is preferably 50 to 80% by weight.
본 발명에서 상기 컨베이어 벨트는 메쉬 벨트인 것이 바람직하다.In the present invention, the conveyor belt is preferably a mesh belt.
본 발명에서 상기 메쉬 벨트를 구성하는 각 메쉬의 가로 및 세로 크기는 각각 1mm ~ 4mm 범위인 것이 바람직하다.In the present invention, the horizontal and vertical sizes of each mesh constituting the mesh belt are preferably in the range of 1 mm to 4 mm.
본 발명에서 상기 메쉬 벨트는 유리 섬유 메쉬 벨트인 것이 바람직하다.In the present invention, the mesh belt is preferably a glass fiber mesh belt.
본 발명에서 상기 메쉬 벨트는 테프론 코팅된 유리 섬유 메쉬 벨트인 것이 바람직하다.In the present invention, the mesh belt is preferably a Teflon coated glass fiber mesh belt.
본 발명에서 상기 마이크로웨이브 조사시간은 10~30분인 것이 바람직하다.In the present invention, the microwave irradiation time is preferably 10 to 30 minutes.
본 발명에 따르면, 매우 짧은 시간의 마이크로웨이브 가열에 의해 실리콘 고형분에 함유된 실리콘의 산화가 최대한 억제된 상태에서 실리콘 폐슬러지에 포함된 유분을 제거할 수 있는 장점을 갖는다.According to the present invention, there is an advantage that the oil contained in the silicon waste sludge can be removed in a state where the oxidation of silicon contained in the silicon solid content is suppressed as much as possible by microwave heating in a very short time.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로웨이브 건조기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 컨베이어 벨트의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마이크로웨이브 건조된 슬러지 고형분을 FT-IR 분석 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a view schematically showing the configuration of a microwave dryer according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing the configuration of the conveyor belt of FIG.
2 is a graph showing the results of the FT-IR analysis of the microwave dried sludge solids according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상술한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through preferred embodiments of the present invention.
본 발명의 실리콘 슬러리 건조 공정은 컨베이어 벨트로 실리콘 슬러지를 유입하는 공정 및 유분 제거 공정으로 이루어진다. The silicon slurry drying process of the present invention comprises a process of introducing silicon sludge into the conveyor belt and an oil removal process.
먼저, 웨이퍼 가공 공장에서 수거된 실리콘 슬러지를 컨베이어 벨트로 유입시킨다. 이때, 실리콘 슬러지는 액상 성분 및 고형분으로 이루어지며, 고형분에는 미량의 불순물이 포함되어 있다. First, the silicon sludge collected at the wafer processing plant is introduced into a conveyor belt. At this time, the silicon sludge is composed of a liquid component and a solid content, the solid content contains a small amount of impurities.
표 1은 실리콘 슬러지 절단 공정의 부산물인 실리콘 슬러지에 포함된 고형분 불순물의 성분을 분석한 분석표이다.Table 1 is an analysis table analyzing the components of the solid impurities contained in the silicon sludge as a by-product of the silicon sludge cutting process.
(mg/kg)Na
(mg / kg)
(mg/kg)K
(mg / kg)
(mg/kg)Ca
(mg / kg)
(mg/kg)Zn
(mg / kg)
(mg/kg)Fe
(mg / kg)
(mg/kg)Al
(mg / kg)
(mg/kg)Cu
(mg / kg)
이와 같이, 실리콘 슬러지에는 미량의 알칼리 금속 또는 금속 원소가 함유되어 있음을 알 수 있는데, 이 중 Fe나 Cu는 절삭 장치로부터 유래된 것이다. Thus, it can be seen that the silicon sludge contains a trace amount of alkali metal or metal element, of which Fe and Cu are derived from the cutting device.
미량의 불순물을 제외하면, 실리콘 슬러지는 액상 성분인 유분, 고형분인 실리콘과 SiC 분말로 이루어진다. 유분과 SiC는 절삭 과정에서 절삭유와 절삭 모재로부터 유래된다. 상기 유분은 통상 에틸렌글리콜(EG) 또는 폴리에틸렌글리콜리콜(PEG), 디에틸렌글리콘(DEG)과 같은 고분자로 이루어지는 것이 일반적이다. Except trace impurities, silicon sludge consists of liquid component oil, solid component silicon and SiC powder. Oil and SiC are derived from the cutting oil and the cutting substrate during the cutting process. The oil is generally made of a polymer such as ethylene glycol (EG) or polyethylene glycol glycol (PEG), diethylene glycol (DEG).
본 발명에서 실리콘 슬러지의 실리콘 및 SiC 함량은 폐슬러지의 소스에 따라 다양하다. 본 발명에서 상기 실리콘 슬러지에 포함된 SiC는 마이크로웨이브 흡수 물질로 기능한다. 따라서, 본 발명의 상기 실리콘 슬러지 내의 상기 SiC 함량은 바람직하게는 50~80중량%인 것이 바람직하다. 그러므로, 2 종 이상의 상이한 SiC 함량을 갖는 폐슬러지를 혼합하여 SiC 함량이 50 중량% 이상이 되도록 배합할 수 있다. 물론 이와 달리, 별도 준비된 SiC 분말을 상기 슬러지 고형분에 혼합할 수도 있을 것이다. In the present invention, the silicon and SiC content of the silicon sludge varies depending on the source of the waste sludge. In the present invention, the SiC contained in the silicon sludge functions as a microwave absorbing material. Therefore, the SiC content in the silicon sludge of the present invention is preferably 50 to 80% by weight. Therefore, waste sludge having two or more different SiC contents may be mixed and blended so that the SiC content is 50% by weight or more. Of course, alternatively, SiC powder prepared separately may be mixed in the sludge solids.
또한, 실리콘 슬러지에서 액상 성분(예를 들어, 유분)의 함량은 20~50중량%인 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 액상 성분의 함량이 20중량% 미만인 경우에는 호퍼(Hopper)에서 배출이 원활하게 이루지 않아 실리콘 슬러지 건조에 상응하는 경제성이 담보되지 않는 문제가 있고, 상기 액상 성분의 함량이 50중량% 초과인 경우에는 실리콘 슬러지에서 마이크로웨이브 흡수 물질로 기능하는 실리콘 및 SiC 분말에서의 마이크로웨이브 흡수량이 적어져 상기 유분의 제거 효율이 저하되기 때문이다.In addition, the content of the liquid component (for example, oil) in the silicon sludge is preferably 20 to 50% by weight, because if the content of the liquid component is less than 20% by weight smoothly discharged from the hopper (Hopper) If the liquid content is more than 50% by weight, the amount of microwave absorption in the silicon and SiC powders serving as the microwave absorbing material in the silicon sludge is not achieved. This is because there is less and the removal efficiency of the said oil falls.
컨베이어 벨트로 유입된 실리콘 슬러지는 마이크로웨이브 건조기에서 유분 제거 공정을 거친다. Silicon sludge introduced into the conveyor belt is subjected to oil removal in a microwave dryer.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 마이크로웨이브 건조기의 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 도 1의 컨베이어 벨트의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a microwave dryer applicable to the present invention, Figure 2 is a view schematically showing the configuration of the conveyor belt of FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로웨이브 건조기는 마이크로웨이브 건조 챔버(110), 컨트롤러(120), 불활성 가스 공급원(130), 및 컨베이어 벨트(140)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the microwave dryer may include a
본 발명에서 상기 컨트롤러(120)는 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내의 온도 및 분위기를 포함하는 건조 조건을 제어할 수 있다. In the present invention, the
상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내에는 건조 조건의 조절을 위한 마그네트론(112), 온도 센서(114) 및 산소 센서(116)가 구비될 수 있다. The
이때, 상기 마그크로웨이브 건조 챔버(110)의 반응 용량은 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내의 적절한 위치에 위치하는 상기 마그네트론(112)의 용량에 따라 선형적으로 증가할 수 있으므로 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110)내의 마그네트론 용량을 증가시켜 실리콘 슬러지의 투입량을 증가시키고 결과적으로 실리콘 슬러지로부터 유분 분리량을 증가시킬 수 있게 된다. In this case, the reaction volume of the
또한, 본 발명에서는 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내의 적절한 개소에 실리콘 슬러지의 투입량을 고려하여 1kW 용량을 갖는 둘 이상의 마그네트론이 위치할 수 있는데, 상기와 같이 1kW 용량을 갖는 둘 이상의 마그네트론을 상기 마이크로 웨이브 건조 챔버(110) 내의 적절한 개소에 설치하는 이유는 3kW 또는 5kW 용량의 마그네트론의 경우 비용이 고가이므로 1kW 용량의 마그네트론을 사용하여 마이크로 웨이브 건조기의 경제성을 담보하기 위함이다.(예를 들어, 실리콘 슬러지 45g/h를 처리하기 위해서는 1kW 용량을 갖는 마그네트론 12개가 요구된다.)In addition, in the present invention, at least one magnetron having a capacity of 1 kW may be located in consideration of the input amount of silicon sludge at an appropriate location in the
또한, 상기 챔버 내의 온도를 적절한 범위 내에서 제어하기 위해 복수의 온도 센서(114)가 구비될 수 있으며, 상기 산소 센서(116) 또한 복수 개 구비될 수 있다. In addition, a plurality of
상기 컨트롤러(120)는 상기 마그네트론(112)의 동작을 제어한다. 상기 컨트롤러(120)는 상기 온도 센서(112)로부터 측정된 온도 데이터로부터 상기 챔버 내부 온도가 적정 온도 범위 내에서 유지되도록 한다. 후술하는 본 발명의 실시예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 마이크로웨이브의 조사 시간은 10~30분, 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(112)의 내부 온도 예컨대 상기 마이크로웨이브 내벽 표면 온도는 바람직하게는 40~100 ℃에서 유지되는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(112) 내의 실리콘 슬러지의 고상(예를 들어, 실리콘 및 SiC 분말) 및 액상(예를 들어, 유분)의 표면 온도는 300~500 ℃로 유지될 수 있다.The
또한 본 발명에서 상기 컨트롤러(120)는 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내부의 가스 분위기를 제어할 수 있다. 이 제어 동작은 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내부의 산소 센서(114) 등에서 측정된 산소 농도로부터 상기 불활성 가스 공급원(130)의 공급 가스 유량을 제어하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 불활성 가스 공급원(130)의 가스 소스로는 바람직하게는 질소 가스 또는 아르곤 가스가 사용될 수 있고, 유분의 주성분인 DEG 또는 PEG의 연소 및 실리콘의 산화를 방지하기 위해 마이크로 웨이브 건조 챔버(110) 내부의 산소농도는 1~5 vol%이하인 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the
본 발명에서 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내부는 비산화 분위기 예컨대 불활성 분위기로 유지된다. 본 발명에서 불활성 분위기는 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내부에서의 발화 위험을 억제함과 동시에 탈지 과정에서 실리콘 분말의 산화 및 유분의 변형을 억제한다. 실리콘 분말의 산화는 소위 애치슨 반응에 의해 실리콘의 탄화 반응을 유발하므로 탄화 반응 온도를 증가시킨다는 문제점을 갖는다. 그러나, 본 발명에서는 매우 짧은 시간의 마이크로웨이브 처리에 의해 슬러지 고형분에 함유된 실리콘의 산화를 최대한 억제한다.In the present invention, the
상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내에 조사된 마이크로웨이브는 상기 슬러지 중 SiC와 같은 마이크로웨이브 흡수물질에 선택적으로 흡수된다. 이에 따라 슬러지 내의 마이크로웨이브 흡수물질의 표면이 급격히 고온으로 상승하며, 상기 슬러지에 함유된 유분은 기화된다. 마이크로웨이브 흡수에 의한 유분의 기화 과정은 상기 슬러지 내부의 마이크로웨이브 흡수물질의 표면에서 균일하게 발생하며 매우 짧은 시간에 수행될 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 슬러지 내부에 포함된 실리콘 분말이 산소와 접촉할 가능성은 더욱 감소하며 실리콘의 산화 가능성은 매우 낮게 된다.The microwaves irradiated in the
컨베이어 벨트(140)는 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 하부에 배치되어 상기 실리콘 슬러지가 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내부로 순차적으로 유입되도록 한다.The
이때, 상기 컨베이어 벨트(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 메쉬 벨트인 것이 바람직한데, 상기와 같이 상기 컨베이어 벨트(140)를 메쉬 벨트로 구성하는 이유는 상기 마이크로웨이브 건조 챔버(110) 내의 마이크로 가열 처리에 의해 상기 실리콘 슬러지로부터 제거되는 유분이 상기 메쉬 벨트를 통해 상기 마이크로 웨이브 건조 챔버(110) 하방으로 배출될 수 있도록 하기 위함이다.At this time, the
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 메쉬 벨트를 구성하는 각 메쉬의 애퍼쳐(aperture)의 가로 및 세로 크기는 각각 1mm 내지 4mm인 것이 바람직하다. 원칙적으로 본 발명에서 메쉬의 애퍼쳐 크기는 증발된 유분의 적절한 배출과 슬러지 고형분의 크기를 고려하여 설계될 수 있을 것이다. 그러나, 건조된 실리콘 슬러지는 상기 메쉬 섬유에 들러붙는 성질을 나타내므로 슬러지 고형분의 사이즈를 초과하는 메쉬의 사용이 가능하다. 본 발명에 따르면 약 4*4 mm 크기의 메쉬에서 고형분의 이탈 없이 양호한 통기성을 제공할 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 2, the horizontal and vertical sizes of the apertures of the respective meshes constituting the mesh belt are preferably 1 mm to 4 mm. In principle, the aperture size of the mesh in the present invention may be designed in consideration of the proper discharge of the evaporated fraction and the size of the sludge solids. However, the dried silicone sludge exhibits a property of sticking to the mesh fiber, and thus it is possible to use a mesh exceeding the size of the sludge solids. According to the present invention it was possible to provide good breathability without leaving the solids in the mesh of about 4 * 4 mm size.
또한, 상기 메쉬 벨트는 유리 섬유 메쉬 벨트일 수 있다. 상기와 같이 상기 메쉬 벨트를 유리 섬유 메쉬 벨트로 구성하는 이유는 마이크로웨이브 가열에 의한 상기 실리콘 슬러지의 건조 과정에서 상기 실리콘 슬러지 내의 실리콘 및 SiC와 유분이 각각 300 ~ 500 ℃의 표면 온도를 갖게 되므로 이에 대응할 수 있는 충분한 내열성을 갖도록 하기 위함이다. 보다 바람직하게는 상기 메쉬 벨트는 테프론 코팅된 것일 수 있다. 테프론 코팅은 상기 유리 섬유의 열화를 방지하여 내열성 및 내구성을 보완할 수 있다.In addition, the mesh belt may be a glass fiber mesh belt. The reason why the mesh belt is composed of a glass fiber mesh belt as described above is that the silicon, SiC, and oil in the silicon sludge have a surface temperature of 300 to 500 ° C. in the drying process of the silicon sludge by microwave heating. This is to have sufficient heat resistance to cope with. More preferably, the mesh belt may be Teflon coated. Teflon coating may prevent degradation of the glass fiber to compensate for heat resistance and durability.
이상 설명한 마이크로웨이브 건조기가 배치식 또는 연속식으로 구현될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.It will be appreciated by those skilled in the art that the microwave dryer described above may be implemented in a batch or continuous manner.
이와 같이 마이크로웨이브를 이용하여 건조된 혼합물은 실리콘의 산화가 억제되므로 낮은 온도에서 SiC로 전환될 수 있다.The mixture dried using the microwave may be converted to SiC at a low temperature because the oxidation of silicon is suppressed.
본 발명에 의해 건조된 실리콘 슬러리의 경우 탄소원과 혼합된 후 1300℃ 이하의 낮은 온도에서도 탄화 실리콘의 전환이 가능한 것을 특징으로 한다. 이것은 본 발명의 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘의 표면 산화물이 존재하지 않음에 기인한다. In the case of the dried silicon slurry according to the present invention, the carbon carbide is mixed at a low temperature of 1300 ° C. or less after being mixed with a carbon source. This is due to the absence of surface oxides of silicon contained in the silicon sludge of the present invention.
종래에는 실리콘을 반응소결하여 SiC를 제조하는 경우, 반응 소결 온도는 1450℃ 이상의 온도에서 수행되는 것이 일반적이다. 그러나, 순수한 실리콘의 융점이 1412℃이므로, 이와 같은 소결 온도에서는 실리콘은 골격을 유지할 수 없다. 따라서, SiC 및/또는 탄소원으로 된 성형체로 프리폼을 먼저 형성하고, 형성된 프리폼에 용융 실리콘 용탕에 침지하는 등의 수단을 사용하여 실리콘 카바이드 소결체가 얻어진다. 그러나, 이러한 종래 방식의 실리콘 카바이드 소결체 제조 공정은 매우 복잡하고 많은 비용이 소요된다. Conventionally, in the case of producing SiC by sintering silicon, the reaction sintering temperature is generally performed at a temperature of 1450 ° C or higher. However, since the melting point of pure silicon is 1412 ° C, silicon cannot maintain a skeleton at such sintering temperatures. Therefore, a silicon carbide sintered body is obtained by means of first forming a preform with a molded body made of SiC and / or a carbon source, and then immersing the formed preform in molten silicon melt. However, this conventional silicon carbide sintered body manufacturing process is very complicated and expensive.
본 발명에서는 별도의 프리폼 없이 실리콘 슬러지와 탄소원을 혼합하여 성형체를 제조함에도 불구하고 성형 형상을 그대로 유지하는 실리콘 카바이드 소결체를 제조할 수 있다. 이것은 실리콘 슬러지에 함유된 잔류 유분이 실리콘 분말 표면에 고르게 형성되어 있어 실리콘의 융점 이하의 낮은 온도에서 탄화 반응이 선행되기 때문인 것으로 판단된다.
In the present invention, the silicon carbide sintered body which maintains the molding shape can be manufactured even though the molded product is prepared by mixing the silicon sludge and the carbon source without a separate preform. This is because the residual oil contained in the silicon sludge is formed evenly on the surface of the silicon powder, and the carbonization reaction is preceded at a temperature lower than the melting point of the silicon.
<실시예1>≪ Example 1 >
국내 반도체 웨이퍼 가공 공장에서 입수한 실리콘 슬러지를 원심 분리하여 고형분을 회수하였다. 원심 분리된 실리콘 슬러지 고형분 함량은 표 2와 같다. 또한, 상기 슬러지 고형분에 함유된 액상 성분(유분)의 함량은 40 중량%였다.The solids were recovered by centrifuging the silicon sludge obtained from the domestic semiconductor wafer processing plant. The centrifuged silicon sludge solids content is shown in Table 2. In addition, the content of the liquid component (oil) contained in the sludge solid content was 40% by weight.
얻어진 슬러지 고형분을 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 연속식 마이크로웨이브 건조 챔버 내에 장입하고, 챔버 내부의 체류 시간(즉 마이크로웨이브 조사시간)을 조절하여 마이크로웨이브 건조 챔버 내벽의 온도가 각각 40℃, 80℃, 100℃, 및 150℃에서 유지되도록 조절하였다.The obtained sludge solids were charged into a continuous microwave drying chamber as shown in Figs. 1 and 2, and the residence time (i.e. microwave irradiation time) inside the chamber was adjusted so that the temperature of the inner wall of the microwave drying chamber was 40 deg. , And maintained at 80 ° C, 100 ° C, and 150 ° C.
또한, 상기 챔버 내부에는 질소 가스를 흘려주어 질소 분위기로 유지하였다. 상기 슬러지 고형분을 상기 챔버 내에 10~40 분 동안 유지하여 건조하였으며, 각 온도별 SiO2 함량은 표 3과 같다.In addition, nitrogen gas was flowed into the chamber to maintain the nitrogen atmosphere. The sludge solids were dried for 10 to 40 minutes in the chamber, and the SiO 2 content for each temperature is shown in Table 3.
위 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로웨이브 건조 챔버 내벽의 온도가 40℃ ~ 100℃이고, 마이크로웨이브의 조사 시간이 10분 ~ 30분인 경우에는 실리콘의 산화가 거의 진행되지 않아 Si02 함량 변화가 거의 없음을 확인할 수 있었다. As can be seen in Table 3, when the temperature of the inner wall of the microwave drying chamber is 40 ℃ ~ 100 ℃, the irradiation time of the microwave 10 minutes to 30 minutes, the oxidation of silicon hardly proceeds, the Si0 2 content change It could be confirmed that there is almost no.
또한, 건조된 고형분을 FT-IR 분석하였다. 도 2는 본 발명에 따라 80℃에서 건조된 고형분의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 본 발명과의 비교를 위하여, 종래의 로터리 회전로에서 열처리 된 슬러지 고형분의 FT-IR 분석 결과를 함께 나타내었다.The dried solids were also analyzed by FT-IR. Figure 2 is a graph showing the results of the FT-IR analysis of the solid dried at 80 ℃ in accordance with the present invention. For comparison with the present invention, the results of the FT-IR analysis of the sludge solids heat treated in the conventional rotary rotary furnace are also shown.
도 3을 참조하면, 80℃에서 마이크로웨이브 건조된 고형분(a)의 Si-O 밴드는 매우 작은 값을 나타낸다. 이에 비해 종래의 로터리 회전로에서 열처리 된 슬러지 고형분의 경우 매우 높은 Si-O 밴드 값을 나타냄을 알 수 있다.
Referring to FIG. 3, the Si-O band of the microwave dried solid component (a) at 80 ° C. shows very small values. On the other hand, it can be seen that the sludge solids heat-treated in the conventional rotary rotary furnace exhibits a very high Si-O band value.
<실시예 2><Example 2>
건조된 슬러지 고형분을 입도 0.5 마이크론의 카본 블랙과 혼합하였다. 이 때, 상기 카본 블랙의 함량은 실리콘과의 몰비가 1:1이 되도록 하였다. The dried sludge solids were mixed with carbon black with a particle size of 0.5 micron. At this time, the content of the carbon black was such that the molar ratio with silicon is 1: 1.
제조된 혼합 분말을 900~1300℃의 온도 및 진공 분위기에서 온도를 달리하여 1 시간 열처리하여 실리콘 카바이드 분말을 합성하였다. 이 때 소결시 승온속도는 10℃/min 였다. 얻어진 합성분말을 화학성분 분석하여 잔류 Si함량을 측정하였다.The prepared mixed powder was heat-treated at 900 to 1300 ° C. for 1 hour at different temperatures in a vacuum atmosphere to synthesize silicon carbide powder. At this time, the temperature increase rate at the time of sintering was 10 degree-C / min. The obtained synthetic powder was analyzed by chemical composition to measure the residual Si content.
아래 표 4는 각각의 열처리 온도에서의 잔류 실리콘 함량을 나타낸 것이다.Table 4 below shows the residual silicon content at each heat treatment temperature.
위 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 1300℃의 온도에서 잔류 실리콘이 거의 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 Si의 용융 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 SiC 분말을 합성할 수 있게 된다.
As can be seen in Table 4 above, it can be seen that there is almost no residual silicon at a temperature of 1300 ℃. Therefore, according to the present invention, it is possible to synthesize SiC powder at a temperature much lower than the melting temperature of Si.
<비교예1> ≪ Comparative Example 1 &
실시예1과 마찬가지의 슬러지 고형분을 마이크로웨이브 건조기에서 건조하였다. 다만, 마이크로웨이브 건조기 내의 체류 시간(즉 마이크로웨이브 조사시간)을 달리하여 마이크로 건조기 내부의 온도는 150℃에 이를 때까지 건조하였다. 이 때 체류 시간은 40분이었다. 실시예2와 마찬가지로 건조된 슬러지 고형분에 카본 블랙을 혼합하여 1200~1500℃(?)의 온도에서 실리콘 카바이드 분말을 합성하였다. 아래 표 5는 합성 공정을 거친 분말의 잔류 Si 함량을 측정한 결과를 나타낸 것이다. Sludge solids similar to those of Example 1 were dried in a microwave dryer. However, by changing the residence time in the microwave dryer (ie microwave irradiation time), the temperature inside the micro dryer was dried until it reached 150 ° C. At this time, the residence time was 40 minutes. As in Example 2, carbon black was mixed with the dried sludge solid to synthesize silicon carbide powder at a temperature of 1200 to 1500 ° C (?). Table 5 below shows the results of measuring the residual Si content of the powder after the synthesis process.
반응기온도(°C)Microwave
Reactor temperature (° C)
위 표에서 알 수 있는 바와 같이, 건조 온도가 높아지면서 1200℃의 합성 온도에서 상당량의 Si이 잔류하는 것을 알 수 있고, 완전한 SiC의 합성을 위해서는 1400℃ 이상의 온도가 필요함을 알 수 있다.
As can be seen from the above table, it can be seen that a considerable amount of Si remains at a synthesis temperature of 1200 ° C. as the drying temperature increases, and it can be seen that a temperature of 1400 ° C. or more is required for the synthesis of complete SiC.
<실시예3>≪ Example 3 >
실시예 1과 달리 슬러지 고형분 내의 SiC 함량과 건조 조건의 상관관계를 분석하였다. 이 때, 건조 조건은 마이크로웨이브 조사 시간에 의해 조절하였고, 각각의 경우 챔버 내벽 온도가 100℃를 넘지 않는 범위에서 조사 시간을 제한하였다. Unlike Example 1, the correlation between the SiC content in the sludge solids and the drying conditions was analyzed. At this time, the drying conditions were controlled by the microwave irradiation time, in each case the irradiation time was limited in the range that the chamber inner wall temperature does not exceed 100 ℃.
각 건조 조건을 거친 슬러지 고형분 내의 잔류 액상 성분의 함량을 측정하였다. 이 때, 잔류 액상 성분의 함량은 500℃에서 1시간 유지하였을 때 무게감량을 이용하여 측정하였다. 아래 표 6은 슬러지 함량 및 건조 조건에서의 액상 성분 함량을 정리한 그래프이다.The content of the residual liquid component in the sludge solids after each drying condition was measured. At this time, the content of the residual liquid component was measured using a weight loss when maintained at 500 ℃ for 1 hour. Table 6 below is a graph summarizing the liquid content of the sludge content and drying conditions.
SiC 함량Sludge
SiC content
액상성분 함량(%)Residue in sludge with microwave dryer residence time
Liquid content (%)
위 표에서 알 수 있는 바와 같이, SiC 함량이 40 중량%인 샘플의 경우 30분의 마이크로웨이브 조사에서도 10 중량%의 액상 성분이 잔존하나, 슬러지 내의 SiC 함량이 증가하면서 10분 이하의 액상 성분 함량은 짧은 조사 시간에도 10 중량% 미만으로 유지될 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from the table above, in the case of 40 wt% of the SiC content, 10 wt% of the liquid component remains in 30 minutes of microwave irradiation, but the liquid component content of 10 minutes or less as the SiC content in the sludge increases. It can be seen that can be maintained at less than 10% by weight even with a short irradiation time.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100 마이크로웨이브 건조기 110 챔버
112 마그네트론 114 온도 센서
116 산소 센서 120 컨트롤러
130 불활성 가스 공급원 140 컨베이어 벨트100
112
116
130
Claims (7)
상기 실리콘 슬러지를 마이크로웨이브 건조 챔버 내의 불활성 분위기에서 40 ~ 100℃의 온도로 마이크로웨이브 가열 처리하여 유분을 제거하는 건조 단계를 포함하는 실리콘 슬러지 건조 방법.Introducing a silicon sludge containing silicon and SiC and having a liquid component content of 20 to 50% by weight into a microwave drying chamber by a conveyor belt; And
And a drying step of removing the oil by microwave heating the silicon sludge at a temperature of 40 to 100 ° C. in an inert atmosphere in the microwave drying chamber.
상기 실리콘 슬러지 중 SiC 함량은 50 ~ 80 중량%인 것을 특징으로 하는 실리콘 슬러지 건조 방법.The method of claim 1,
SiC content of the silicon sludge drying method, characterized in that 50 to 80% by weight.
상기 컨베이어 벨트는 메쉬 벨트인 것을 특징으로 하는 실리콘 슬러지 건조 방법.The method of claim 1,
The conveyor belt is a silicone sludge drying method, characterized in that the mesh belt.
상기 메쉬 벨트를 구성하는 각 메쉬 애퍼쳐의 가로 및 세로 크기는 각각 1mm ~ 4mm 범위인 것을 특징으로 하는 실리콘 슬러지 건조 방법.The method of claim 3,
Horizontal and vertical size of each mesh aperture constituting the mesh belt is characterized in that the silicone sludge drying method characterized in that the range of 1mm ~ 4mm.
상기 메쉬 벨트는 유리 섬유 메쉬 벨트인 것을 특징으로 하는 실리콘 슬러지 건조 방법.The method of claim 3,
And the mesh belt is a glass fiber mesh belt.
상기 메쉬 벨트는 테프론 코팅된 유리 섬유 메쉬 벨트인 것을 특징으로 하는 실리콘 슬러지 건조 방법.The method of claim 3,
Wherein said mesh belt is a Teflon coated glass fiber mesh belt.
상기 건조 단계에서 마이크로웨이브의 조사시간이 10~30분인 것을 특징으로 하는 실리콘 슬러지 건조 방법.The method of claim 1,
Silicon sludge drying method characterized in that the irradiation time of the microwave in the drying step is 10 ~ 30 minutes.
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