KR20050096329A - 유분 함유 폐슬러지의 재생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유분이 다량 함유된 폐슬러지를 용제로 처리하여 절삭유 및 절삭제는 분리 회수하여 재활용하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치에 관한 것으로서, 폐슬러지와 이에 공급된 용제를 교반하여 혼합하는 용제혼합기와; 상기 용제혼합기로부터 교반되어 배출된 폐슬러지를 비중 분리하여 절삭제를 분리하는 절삭제 분리기와; 상기 절삭제 분리기로부터 분리된 절삭제를 공급받아 건조하는 절삭제 건조기와; 상기 절삭제 분리기로부터 절삭제가 분리된 폐슬러지를 공급받아 파편미립자와 절삭유로 막 분리하는 절삭유 분리기와; 상기 절삭유 분리기로부터 분리된 파편미립자로부터 용제를 건조하는 파편미립자 건조기와; 상기 절삭유 분리기로부터 분리된 절삭유를 증류하여 용제를 분리하는 절삭유 증류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치를 제공한다.

Description

유분 함유 폐슬러지의 재생장치{RECYCLING SYSTEM FOR WASTE OIL SLUDGE}

본 발명은 유분 함유 폐슬러지의 재생장치에 관한 것으로서, 반도체 제조공정에서 발생되는 유분이 다량 함유된 현탁액인 폐슬러지를 용제로 처리하여 절삭유 및 절삭제는 분리 회수하여 재활용하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼 제조공정인 세공 연마공정에서 발생하는 현탁액인 폐슬러지는 SiC, 강옥 또는 다이아몬드와 같은 절삭제와 광유로된 절삭유, 그리고 미세한 파편미립자로 구성되어 있다. 이러한 파편미립자는 절삭시 절삭제가 파쇄되어 생기는 파편과 가공되어지는 물질이 연마되어 발생하는 파편으로 구성된다. 이러한 파편들은 세공, 연마를 위한 현탁액의 장기사용을 불가능하게 하는 원인이 된다.

예를 들면 반도체 실리콘 웨이퍼의 제작공정에서는 노 내에서 실리콘 단결정 성장을 통하여 잉고트 상태로 고순도의 실리콘을 뽑아내어 이를 규격에 맞게 갈아내고 줄톱을 이용하여 웨이퍼를 절단하는 과정이 현재 가장 널리 쓰이는 방법이다. 잉고트 상태의 실리콘 덩어리를 절단하는 과정에서는 경도가 우수한 실리콘카바이드를 연마재로 사용하고 있고, 아울러 다량의 절삭유를 공급해 가면서 잉고트를 절단하여 웨이퍼를 생산한다. 이러한 과정에서 특수환경 폐기물로 분류되어진 다량의 유기성 폐기물을 함유한 슬러지가 배출되고 있다.

상기한 반도체 세공 및 연마공정에서 발생하는 연마제, 절삭유가 함유된 폐슬러지는 연마시 발생하는 미세입자에 의해 높은 점성을 가지고 있어 단순한 물리적 조작으로는 분리 등의 처리가 힘들며, 특수폐기물로 분류되어 일반적으로 소각 또는 매립 처리되고 있다.

한편, 상기한 폐슬러지를 재활용하는 공정으로서는 절삭제와 파편미립자, 그리고 절삭유의 비중 및 밀도차를 이용한 원심분리법이나 압축기를 이용한 분리방식이 많이 사용되고 있다.

그러나, 원심분리법을 이용한 처리방식은 여전히 회수 불가능한 다량의 슬러지를 배출하고 있으며, 여기에는 회수하지 못한 절삭제와 절삭유가 포함되어 있으므로 단순히 소각처리 할 수 없으며, 또한 단순매립의 경우 절삭유에 의한 심각한 토양오염이 우려된다. 그래서 발생된 폐실리콘 슬러지는 시멘트로 고형화하여 매립처리 하는 특수한 처리방법이 적용되고 있는 실정으로 많은 폐기물 처리비용이 소요된다.

상기한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 세공, 연마공정에서 발생하는 절삭제, 절삭유 그리고 파편미립자가 포함된 현택액인 폐슬러지 중에 포함된 절삭유 및 절삭제를 거의 전량 회수하여 재사용하는 것이 가능하며, 회수된 절삭제와 절삭유는 세공 또는 연마공정에 재사용하여 폐기되는 폐기물량을 최소화함으로서 폐기물처리비용 절감 및 환경오염을 방지할 수 있는 유분함유 폐슬러지의 재생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절삭제 및 절삭유, 파편미립자가 함유된 폐슬러지를 재생하는 장치에 있어서, 상기 폐슬러지와 이에 공급된 용제를 교반하여 혼합하는 용제혼합기와, 상기 용제혼합기로부터 교반되어 배출된 폐슬러지를 비중 분리하여 절삭제를 분리하는 절삭제 분리기와, 상기 절삭제 분리기로부터 분리된 절삭제를 공급받아 건조하는 절삭제 건조기와, 상기 절삭제 분리기로부터 절삭제가 분리된 폐슬러지를 공급받아 파편미립자와 절삭유로 막 분리하는 절삭유 분리기와, 상기 절삭유 분리기로부터 분리된 파편미립자로부터 용제를 건조하는 파편미립자 건조기와, 상기 절삭유 분리기로부터 분리된 절삭유를 증류하여 용제를 분리하는 절삭유 증류기로 구성되는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 용제혼합기는 n-Hexane, 아세톤 및 알코올 중에서 선택된 하나를 용제로 하여 용제:폐슬러지의 혼합비를 1~10:1로 하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치를 제공하며,

또한, 본 발명은 상기 절삭제 분리기가 상기 용제혼합기로부터 배출되는 폐슬러지를 공급받도록 몸체 상부에 형성된 상부 유입구와, 상기 몸체 하부에서 용제를 공급받아 상부방향으로 분사하도록 설치된 다수의 분사노즐과, 상기 상부 유입구의 측방에 형성되어 파편미립자와 절삭유를 배출하는 상부출구와, 상기 몸체 하부에 형성되어 절삭제를 배출하는 하부출구를 포함하여 구성되도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 절삭제 분리기로부터 분리된 파편미립자 및 절삭유를 저장하였다가 상기 절삭유 분리기로 공급하는 막분리 순환조와, 이로부터 공급된 파편미립자를 침전시켜 분리하여 상기 파편미립자 건조기로 공급하는 침전조를 더 포함한다.

또한, 본 발명에서 상기 절삭제 건조기와 파편미립자 건조기, 절삭유 증류기는 이로부터 기화된 용제를 응축하여 액화시켜 용제저장탱크로 저장할 수 있는 용제 응축기와 배관되도록 하며, 상기 용제저장탱크는 상기 용제혼합기 및 절삭제 분리기로 용제를 공급하도록 배관되는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 상기 파편미립자 건조기로부터 회수된 파편미립자 성분이 Si성분일 때 탄소를 첨가하여 SiC성분으로 합성하는 SiC 합성로가 부가 설치된 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 세공 및 연마공정에서 발생되는 유분이 다량 함유된 폐슬러지(현탁액)를 처리하여 재생하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼 세공 및 연마공정에서 발생하는 폐슬러지는 SiC, 강옥 또는 다이아몬드와 같은 절삭제와, 광유로된 절삭유 그리고 미세한 파편미립자로 구성되어있다. 이러한 파편미립자는 절삭시 절삭제가 파쇄되어 생기는 미립자와 가공되어지는 물질이 연마되어 발생하는 미립자로 구성되며, 이러한 파편미립자들은 세공 및 연마를 위한 슬러지의 장기사용을 불가능하게 하는 원인이 된다.

따라서, 본 발명에서는 반도체 웨이퍼 세공 또는 연마공정에서 사용 후 발생되는 폐슬러지를 용제로 처리한 후 절삭제는 비중 분리하여 회수하고, 절삭유제는 막분리를 이용하여 회수하여 재사용하고자 하였다.

도 1은 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재생장치의 공정을 도시한 공정순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재생장치는 폐슬러지에 함유된 절삭유와 입자상을 분리하도록 용제를 혼합하여 점도를 조절한 다음, 비중이 높은 절삭제를 비중 분리하고, 이 절삭제가 분리된 폐슬러지로부터 절삭유와 파편미립자를 막분리 방식으로 분리하게 된다. 그런 다음 상기 분리된 파편미립자를 건조하여 회수하는 것을 그 기본구성으로 한다.

상기한 바와 같이, 폐슬러지에 함유된 절삭유와 입자상을 분리하도록 용제를 혼합하여 점도를 조절하는 방법은 n-Hexane, 아세톤 및 알코올 중에서 어느 하나를 선택하여 폐슬러지의 점도에 따라서 용제:폐슬러지의 혼합비를 1~10:1으로 하여 점도를 조절하는데, 이때 투입되어 혼합되는 용제는 본 발명에서 재생된 것을 이용하도록 한다. 여기서 혼합되는 용제의 역할은 절삭유와 입자상인 절삭제 및 파편미립자의 분리를 쉽게 하고, 특히 입자크기가 큰 절삭제에 부착되어 있는 파편미립자를 분리하는 역할을 하도록 혼합되는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 용제와 혼합된 폐슬러지로부터 비중이 높은 절삭제를 비중 분리하는 공정은 폐슬러지로부터 비중이 가장 높은 절삭제(SiC, 강옥, 다이아몬드 등)를 분리하는 공정으로서, 이때 분리된 절삭제는 소정온도로 가열 건조하여 용제를 기화시켜 회수하도록 한다.

상기한 바와 같이, 절삭제가 분리된 폐슬러지는 거의 대부분이 절삭유와 파편미립자로 구성되어 있으며, 이 절삭유와 파편미립자는 막분리 방식으로 분리하게 되는 것이다. 막분리(Membrane Separation) 방식은 막의 물리화학적 특성, 분리대상의 물리화학적 특성, 그리고 압력차를 추진력으로 하는 세 가지 요소의 조합에 의해 결정되며, 가열하지 않고서 분리가 가능하기 때문에 열에 상당히 불안정한 물질을 상온에서 분리할 수 있다는 이점이 있다.

상기한 막분리 방식으로 파편미립자로부터 분리된 절삭유는 회수되어 증류하는 단계를 거쳐 재활용되어지는 것이다.

한편, 상기 막분리 방식으로 분리된 파편미립자를 건조하여 회수할 때 기화하는 용제성분과, 절삭제를 건조하여 회수할 때 발생하는 용제성분 및 절삭유를 증류하여 회수할 때 발생하는 용제성분은 응축시켜 별도 저장하여 폐슬러지와 용제를 혼합할 때 또는 폐슬러지로부터 절삭제를 분리할 때 재활용하도록 한다.

본 발명이 적용되는 폐슬러지는 주로 반도체 웨이퍼 제조공정에서 배출되는 슬러지이므로, 최종적으로 건조되어 회수되는 파편미립자는 주로 Si성분의 분말이다. 따라서 건조된 파편미립자에 탄소(C)를 첨가하여 SiC성분으로 합성하는 공정을 연계시킬 때는 배출되는 파편미립자 성분도 절삭제로 전량 재활용 가능하게 되는 것이다.

상기 상세하게 설명한 유분함유 슬러지의 재생공정에 근거하여 본 발명의 유분함유 슬러지의 재생장치를 구성하였으며, 그 구성적 요소와 작용관계를 다음과 같이 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재생장치를 도시한 장치 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 절삭유제, 절삭제, 그리고 파편미립자가 혼합된 폐슬러지는 슬러지 저장조(10)에서 이송펌프(11)에 의해 계량되어 용제혼합기(1)에 공급된다.

상기 용제혼합기(1)는 폐슬러지에 함유된 절삭유와 입자상을 분리하도록 용제를 혼합하여 점도를 조절하는 장치로서, 모터에 의하여 회전하는 교반기가 장착되어 있다. 이때 공급되는 용제는 n-Hexane, 아세톤 및 알코올 중에서 선택된 하나를 적용하게 되며, 그 혼합비는 슬러지의 점도에 따라 투입량이 조절하여 폐슬러지의 1~10배가 되도록 투입하며, 적정혼합비는 5:1 정도가 된다.

도 3은 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재상장치를 구성하는 절삭제 분리부의 장치 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 용제혼합기(1)에서 용제가 혼합된 폐슬러지는 계량되어 절삭제 분리기(2)의 상부 유입구(35)로 이송펌프(12)에 의하여 공급된다. 상기 절삭제 분리기(2)의 하부에서는 용제저장조(9)에 저장되어 있는 용제를 이송펌프(13)를 이용하여 정량 공급하여 분리기(2) 몸체에 내장된 다수의 분사노즐(17)에 의하여 하부에서 상부로 용제를 분출하게 된다.

이렇게 되면, 상기 절삭제 분리기(2)의 몸체 내부에서 절삭제는 비중에 의해 절삭제 분리기(2)의 하부출구(15)를 통하여 분리 배출되며, 이러한 일련의 과정에서 하부에서 상승하는 용제의 상승흐름에 의해 절삭제에 묻어 있는 절삭유와 파편미립자가 세척되어지는 것이다.

상기 절삭제 분리기(2)의 하부출구(15)로 분리 배출된 절삭제는 이송펌프(14)에 의해 절삭제 건조기(6)로 이송되며, 절삭제 분리기(2)의 상부출구(18)로는 용제와 절삭유 그리고 파편미립자의 혼합액이 절삭제 분리기(2)의 상부출구(18)로 배출되어 막분리 순환조(19)로 이송되어 막분리 방식의 절삭유 분리기(3)로 공급되어진다.

한편, 상기 절삭제 건조기(6)로 이송된 절삭제는 용제를 다량 함유하고 있으므로 공급되는 열원(34)에 의하여 열처리하여 건조시킨다. 이에 따라서 기화된 용제는 기화용제탱크(21)로 이송된다. 이때 건조온도는 선택된 용제의 물성에 따라 결정되나, 보통 80~95℃ 정도가 적절하다.

상기 막분리 순환조(19)로 배출된 용제, 절삭유 및 파편미립자로 구성된 폐슬러지는 이송펌프(22)에 의해 막분리 방식의 절삭유 분리기(3)로 이송된다. 이 절삭유 분리기(3)에서 막(Membrane)의 기공을 통과한 액상은 용제와 절삭유의 혼합액으로 절삭유 증류기(7)로 이송되며, 막을 통과하지 못하고 액상은 다시 막분리 순환조(19)로 재순환된다.

이러한 조작에 의해서 막분리 순환조(19) 내에는 파편미립자가 농축되어지며, 막분리 순환조(19) 내의 농축액의 일부분은 침전조(25)로 이송되며, 이 침전조(25) 하부에서 가라앉아 인출된 파편미립자는 파편미립자 건조기(4)로 이송되는 것이다.

한편, 상기 절삭유증류기(7)로 보내진 용제와 절삭유의 혼합액은 공급된 열원(32)에 의하여 열처리되어 용제는 기화시켜 기화용제탱크(21)로 보내지고, 기화되지 않고 남은 절삭유는 절삭유 저장조(27)로 보내져 저장된다.

또한, 상기 파편미립자 건조기(4)로 보내진 슬러지는 공급된 열원(33)에 의하여 열처리 건조시켜 용제는 기화용제탱크(21)로 보내지고, 남은 절삭유가 일부 포함된 파편미립자는 파편미립자 저장조(26)로 보내져 저장된다.

상기 파편미립자 저장조(26)에서 회수되어 저장된 파편미립자 성분이 Si성분일 때 탄소를 첨가하여 SiC성분으로 합성하는 SiC 합성로(40)가 부가적으로 설치되어 파편미립자 저장조(26)로부터 배출된 파편미립자(Si성분)를 SIC성분으로 합성하게 되며, 합성된 SiC는 연마제로 제활용되는 것이다.

한편, 상기 기화용제탱크(21)에 모아진 용제는 용제응축기(8)에서 응축되어 용제 저장조(9)로 이송되어 저장되며, 저장된 용제는 용제를 필요로 하는 용제 혼합기(1) 및 절삭제 분리기(2)로 다시 공급되어 재사용되어진다.

상기 용제응축기(8)는 냉각수와 같은 냉매의 순환(29, 30)되어 기화되어 유입된 용제를 응축시키게 되며, 상기 용제 저장조(9)에는 열원(31)이 공급되어 저장중인 용제의 온도를 항시 일정수준 이상으로 유지하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유분함유 폐슬러지 재생장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 재료의 세공 또는 연마공정에서 발생하는 절삭제, 절삭유 그리고 파편미립자가 포함된 현탁액인 폐슬러지 중에 포함된 절삭유 및 절삭제를 거의 전량 회수하여 재사용하는 것이 가능하다. 특히 반도체 웨이퍼 제조공정중에서 발생하는 현탁액 중에는 파편미립자가 주로 실리콘분말로 구성되므로 이를 이용하여 SiC의 합성공정등과 연계시킬 때 거의 전량 재활용이 가능하다는 이점이 있다.

둘째, 회수된 절삭제와 절삭유는 세공 또는 연마공정에 재사용함으로써 공정의 유지비용을 현저히 낮출 수 있다.

셋째, 폐기되어 버려지는 폐슬러지량을 최소화함으로써 환경오염을 방지하여 환경유지비용을 저감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재생장치의 공정을 도시한 공정순서도;

도 2는 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재생장치를 도시한 장치 구성도;

도 3은 본 발명에 따른 유분함유 슬러지의 재상장치를 구성하는 절삭제 분리부의 장치 구성도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10: 슬러지 저장조 1: 용제혼합기

2: 절삭제 분리기 6: 절삭제 건조기

3: 절삭유 분리기 21: 기화용제탱크

19: 막분리 순환조 7: 절삭유 증류기

25: 침전조 4: 파편미립자 건조기

27: 절삭유 저장조 26: 파편미립자 저장조

8: 용제응축기 9: 용제 저장조

Claims (7)

1. 절삭제 및 절삭유, 파편미립자가 함유된 폐슬러지를 재생하는 장치에 있어서,

   상기 폐슬러지와 이에 공급된 용제를 교반하여 혼합하는 용제혼합기와;

   상기 용제혼합기로부터 교반되어 배출된 폐슬러지를 비중 분리하여 절삭제를 분리하는 절삭제 분리기와;

   상기 절삭제 분리기로부터 분리된 절삭제를 공급받아 건조하는 절삭제 건조기와;

   상기 절삭제 분리기로부터 절삭제가 분리된 폐슬러지를 공급받아 파편미립자와 절삭유로 막 분리하는 절삭유 분리기와;

   상기 절삭유 분리기로부터 분리된 파편미립자로부터 용제를 건조하는 파편미립자 건조기와;

   상기 절삭유 분리기로부터 분리된 절삭유를 증류하여 용제를 분리하는 절삭유 증류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 용제혼합기는 n-Hexane, 아세톤 및 알코올 중에서 선택된 하나를 용제로 하여 용제:폐슬러지의 혼합비를 1~10:1로 하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 절삭제 분리기는 상기 용제혼합기로부터 배출되는 폐슬러지를 공급받도록 몸체 상부에 형성된 상부 유입구와, 상기 몸체 하부에서 용제를 공급받아 상부방향으로 분사하도록 설치된 다수의 분사노즐과, 상기 상부 유입구의 측방에 형성되어 파편미립자와 절삭유를 배출하는 상부출구와, 상기 몸체 하부에 형성되어 절삭제를 배출하는 하부출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 절삭제 분리기로부터 분리된 파편미립자 및 절삭유를 저장하였다가 상기 절삭유 분리기로 공급하는 막분리 순환조와, 이로부터 공급된 파편미립자를 침전시켜 분리하여 상기 파편미립자 건조기로 공급하는 침전조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 절삭제 건조기와 파편미립자 건조기, 절삭유 증류기는 이로부터 기화된 용제를 응축하여 액화시켜 용제저장탱크로 저장할 수 있는 용제 응축기와 배관되는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 용제저장탱크는 상기 용제혼합기 및 절삭제 분리기로 용제를 공급하도록 배관되는 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 파편미립자 건조기는 이로부터 회수된 파편미립자 성분이 Si성분일 때 탄소를 첨가하여 SiC성분으로 합성하는 SiC 합성로가 부가 설치된 것을 특징으로 하는 유분 함유 폐슬러지의 재생장치.