KR20110119225A - 필터링 시스템을 이용한 폐 슬러지 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 및 태양광용 실리콘 웨이퍼 제조 시 발생하는 폐 슬러지를 정제하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 및 태양광용 실리콘 웨이퍼 제조 시 발생하는 폐 슬러지에 함유된 오일을 정제하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 폐 슬러지 정제 방법은 가열된 폐슬러지를 설정된 회전수로 회전시켜 고형분과 액상 쿨런트로 원심분리하는 분리단계, 상기 원심 분리된 액상 쿨런트를 쿨런트 탱크에 저장하는 저장단계, 상기 저장된 액상 쿨런트를 설정된 압력으로 필터로 이송하여 필터링하는 필터링단계, 상기 필터링된 액상 쿨런트의 필터링 횟수에 따라 상기 액상 쿨런트를 상기 쿨런트 탱크로 이송하거나 재사용 쿨런트 탱크에 이송하는 단계를 포함한다.

Description

필터링 시스템을 이용한 폐 슬러지 정제 방법{Refining method and apparatus for wasted sludge used filtering system}

본 발명은 반도체 및 태양광용 실리콘 웨이퍼 제조 시 발생하는 폐 슬러지를 정제하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 및 태양광용 실리콘 웨이퍼 제조 시 발생하는 폐 슬러지에 함유된 오일을 정제하는 방법에 관한 것이다.

반도체 및 태양광용 실리콘 웨이퍼 제조시 실리콘 원석(폴리실리콘)을 녹여 잉곳으로 만들고 이를 다시 와이어 소우(wire saw)를 이용하여 슬라이싱하여 웨이퍼의 형태로 만들어 사용한다. 와이어 소우를 이용한 슬라이싱 공정에서는 연마재(실리콘카바이드)와 쿨런트(coolant)가 혼합된 슬러리를 와이어(wire)에 분사하여 와이어에 묻은 슬러리가 실리콘 잉곳을 갈아내며 웨이퍼의 형태로 절삭하게 된다.

이때 발생하는 폐 슬러지는 실리콘 톱밥(Si-kerf)과 와이어 소우에서 나오는 여러 가지 금속성 불순물과 함께 폐기물로 배출되고 있다. 이러한 폐기물은 재활용을 위하여 원심분리기를 이용한 고액분리를 통하여 일부를 회수하여 새로운 슬러리에 혼합하여 재사용하고 있다.

특히 태양광산업에서는 웨이퍼를 점점 얇게 슬라이싱하여 생산성을 높이고 단가를 낮추려는 경향으로 인하여 와이어 소우 공정 이후의 폐 슬러리에는 비교적 많은 양의 미분과 불순물이 함유되고 있으며, 이는 원심분리기에 의한 방법으로 미분을 공정에 재사용 가능한 수준으로 제거하기가 어려운 실정이다.

본 발명에서 해결하려는 과제는 폐 슬러지를 1차 원심분리하여 고액분리한 후 액상인 쿨런트를 필터링 시스템을 이용한 추가 정제방법을 제안한다.

본 발명에서 해결하려는 과제는 폐 슬러지를 1차 원심분리하여 고액분리한 후 액상인 쿨런트를 필터링 시스템을 이용한 추가 정제하여 미분을 완벽히 제거한 쿨런트를 공정중에 재사용하는 방안을 제안한다.

본 발명에서 해결하려는 과제는 폐 슬러지를 1차 원심분리하여 고액분리한 후 액상인 쿨런트를 필터링 시스템을 이용, 추가 정제하여 미분을 완벽히 제거한 쿨런트를 공정 중에 재사용함으로써 웨이퍼링 공정의 품질을 향상시키고 원가를 절감하는 방안을 제안한다.

이를 위해 본 발명의 폐 슬러지 정제 장치는 가열된 폐슬러지를 설정된 회전수로 회전시켜 고형분과 액상 쿨런트로 원심분리하는 1차 원심분리기, 상기 1차 원심 분리기에서 분리된 액상 쿨런트를 저장하는 쿨런트 탱크, 상기 쿨런트 탱크에 저장된 액상 쿨런트를 필터링하는 필터, 상기 필터에서 필터링된 액상 쿨런트를 필터링 횟수에 따라 상기 쿨런트 탱크 또는 재사용 쿨런트 탱크 중 어느 하나로 이송한다.

이를 위해 본 발명의 폐 슬러지 정제 방법은 가열된 폐슬러지를 설정된 회전수로 회전시켜 고형분과 액상 쿨런트로 원심분리하는 분리단계, 상기 원심 분리된 액상 쿨런트를 쿨런트 탱크에 저장하는 저장단계, 상기 저장된 액상 쿨런트를 설정된 압력으로 필터로 이송하여 필터링하는 필터링단계, 상기 필터링된 액상 쿨런트의 필터링 횟수에 따라 상기 액상 쿨런트를 상기 쿨런트 탱크로 이송하거나 재사용 쿨런트 탱크에 이송하는 단계를 포함한다.

이를 위해 본 발명의 원심 분리된 액상 쿨런트를 처리하는 방법은 30℃ 이상 100℃ 이하의 액상 쿨런트를 설정된 압력으로 필터로 이송하여 필터링하는 필터링단계, 상기 필터링된 액상 쿨런트의 필터링 횟수에 따라 상기 액상 쿨런트를 쿨런트 탱크로 이송하거나 재사용 쿨런트 탱크에 이송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 필터링 순환 시스템은 폐 슬러지를 1차 원심분리하여 고액분리한 후 액상인 쿨런트를 필터링 시스템을 이용, 추가 정제하여 미분을 완벽히 제거한 쿨런트를 공정 중에 재사용함으로써 웨이퍼링 공정의 품질을 향상시키고 원가를 절감하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 폐 슬러지로부터 절삭재, 절삭분 및 절삭유를 분리하고 재생하는 과정을 순차적으로 도식화한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 쿨런트 정제 시스템을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 순환형 필터링 시스템을 도시하고 있으며
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 온도에 따른 쿨런트의 필터링 시간을 도시한 그래프이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 폐 슬러지로부터 절삭재, 절삭분 및 절삭유를 분리하고 재생하는 과정을 순차적으로 도식화한 도면이다.

페슬러지에서 절삭제와 절삭유를 분리/회수하여 재생하기 위해서는 2단계 원심 분리 과정을 거쳐야 한다.

1차 원심 분리에서 절삭재(SiC)가 다수 함유된 1차 액상분으로 분리된다. 이어 2차 원심 분리에서는 고속으로 운전하여 1차 액상분에서 미분의 절삭분(SiC)을 제거하여 신유의 밀도에 근접한 절삭유를 재생한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 쿨런트 정제 시스템을 개략적으로 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 쿨런트 정제 시스템에 대해 알아보기로 한다.

폐슬러지가 탱크로리 또는 드럼(1)으로 입고되면, 펌프에 의하여 저장탱크(3)로 이송된다. 일반적으로 폐 슬러지는 연마제(실리콘카바이드), 미세 불순물(Si, Fe 등)과 쿨런트가 혼합된 상태이다.

와이어 쏘의 장비와 재생 회수, 보관 기간, 외기 온도 등 회수 조건에 따라 절삭제 농도의 변화가 동반되므로, 이송된 폐 슬러지는 저장탱크(3) 내에서 균일하게 교반된다.

저장탱크(3)는 폐 슬러지를 소정 온도로 가열하여 점도를 저하시킨다. 바람직하게는, 60℃ 이상 비등점 이하, 더욱 바람직하게는, 60℃ ~ 90℃의 온도 범위가 유지되도록 가열한다. 따라서 저장탱크(3)는 열공급부로 기능한다. 실시예에 따라서는 저장탱크(3)와는 별도로 열공급부를 구성할 수도 있을 것이다.

가열된 폐 슬러지는 원심분리기(5)로 유입된다. 1차 원심분리기는 1200 ~ 1500 rpm의 회전수로 운전되어, 폐 슬러지를 절삭재(SiC)가 대부분을 차지하는 고형분과 절삭분(Si) 및 절삭유가 대부분을 차지하는 액상분(액상 쿨런트)으로 분리한다. 원심분리기(5)에서 분리된 고형분은 저장탱크(7)로 이송되며, 원심분리기(5)에서 분리된 액상 쿨런트는 쿨런트 탱크(9)에 저장된다.

쿨런트 탱크(9)에 저장된 소량의 미분을 포함하고 있는 액상 쿨런트는 필터(11)로 이송된다. 쿨런트를 필터링하기 위하여 필터는 중공사막 필터를 사용하며, 미분의 크기와 투입유량을 고려하여 필터의 개수를 조절한다.

이때 투입되는 쿨런트는 미분을 약 3%정도 함유하고 있고 또한 신 쿨런트(new coolant)에 비하여 점도가 높은 상태이므로 이를 일정온도로 가열하여 중공사막필터에 투입함으로써 쿨런트의 필터링을 원활히 수행한다.

필터(11)에서 필터링된 쿨런트는 재사용 쿨런트 탱크(13)로 이송되거나, 쿨런트 탱크(9)로 이송한다. 상술한 바와 같이 쿨런트는 필터내부를 순환하는 구조를 갖는 필터링 시스템을 통과함으로써 정제하게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 순환형 필터링 시스템을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 순환형 필터링 시스템에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 3에 의하면 순환형 필터링 시스템은 쿨런트 탱크(9), 펌프(31), 중공사막필터(11), 재사용 쿨런트 탱크(13)를 포함한다. 물론 순환형 필터링 시스템은 상술한 구성 이외에 다른 구성이 더 포함될 수 있음은 자명하다.

원심분리기(5)를 이용하여 1차로 분리된 쿨런트는 미분을 함유하고 있고 신 쿨런트(new coolant)에 비하여 점도가 높은 상태이다. 즉, 쿨런트 탱크(9)는 신 쿨런트에 비해 점도가 높은 상태의 쿨런트를 저장하고 있다. 쿨런트 탱크(9)에 저장되어 있는 쿨런트는 펌프에 의해 중공사막필터(11)로 이송된다. 물론 상술한 중공사막필터 이외에 다른 필터를 이용하여 쿨런트를 필터링할 수 있음은 자명하다.

펌프(31)는 일정압력으로 필터내부로 쿨런트가 순환되도록 연속적으로 운전된다. 중공사막필터(11)에서 필터링된 쿨런트는 설정된 횟수 이하로 순환된 경우에는 쿨런트 탱크(9)로 이송되고, 설정된 횟수로 순환된 경우에는 재사용 쿨런트 탱크(13)로 이송된다. 본 발명과 관련하여 쿨런트는 상온이상 비등점 이하의 온도로 가열하여 필터링 시스템에 공급된다. 즉, 쿨런트는 30℃에서 100℃ 이하로 가열하여 정제함으로써 필터(11)를 통과하여 정제되는 쿨런트의 양을 증가할 수 있다. 즉, 별도의 가열장치를 이용하여 쿨런트가 30℃에서 100℃ 이하로 가열하고, 가열된 쿨런트를 필터(11)를 통과하도록 한다. 표 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 온도에 따른 필터링 유량변화의 실험값을 나타내고 있다.

200㎖ 받는데 걸린 시간
	유량	시간(min)
20℃	200㎖	25
30℃	200㎖	16
40℃	200㎖	6
50℃	200㎖	6
60℃	200㎖	4
70℃	200㎖	1.3
80℃	200㎖	1.22
90℃	200㎖	1.2
100℃	200㎖	1.2

표 1에 의하면, 200㎖의 유량을 받는데 소요되는 시간은 20℃에서는 25분이 소요되나, 30℃에서는 16분으로 급격히 감소한다. 또한 200㎖의 유량을 받는데 소요되는 시간은 40℃ 내지 50℃에서는 6분, 60℃에서는 4분이 소요된다. 부가하여 200㎖의 유량을 받는데 소요되는 시간은 70℃에서는 1.3분 이하로 감소된다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 온도에 따른 쿨런트의 필터링 시간을 도시한 그래프이다. 도 4에 의하면, 표 1에서 나타낸 바와 같이 30℃ 내지 100℃에서 쿨런트의 필터링 속도가 급격하게 증가됨을 알 수 있다.

1: 드럼 3: 저장탱크
5: 원심 분리기 7: 저장탱크
9: 쿨런트 저장장치 11: 필터
13: 재사용 쿨런트 저장장치 31:필터

Claims (9)

1. 가열된 폐슬러지를 설정된 회전수로 회전시켜 고형분과 액상 쿨런트로 원심분리하는 원심분리기;
   상기 원심 분리기에서 분리된 액상 쿨런트를 저장하는 쿨런트 탱크;
   상기 쿨런트 탱크에 저장된 액상 쿨런트를 필터링하는 필터;
   상기 필터에서 필터링된 액상 쿨런트를 필터링 횟수에 따라 상기 쿨런트 탱크 또는 재사용 쿨런트 탱크 중 어느 하나로 이송시키는 폐 슬러지 정제 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 쿨런트 탱크에 저장된 액상 쿨런트를 설정된 압력으로 상기 필터로 이송하는 펌프를 포함함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 액상 쿨런트의 온도를 상온 이상 비등점 이하의 일정하게 유지하는 가열장치를 포함함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 장치.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 액상 쿨런트의 온도는 30℃ 이상 100℃ 이하로 유지함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 필터는 중공사막필터이며, 상기 펌프에 의해 이송된 액상 쿨런트를 설정된 횟수로 반복 순환함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 장치.
   
6. 가열된 폐슬러지를 설정된 회전수로 회전시켜 고형분과 액상 쿨런트로 원심분리하는 분리단계;
   상기 원심 분리된 액상 쿨런트를 쿨런트 탱크에 저장하는 저장단계;
   상기 저장된 액상 쿨런트를 설정된 압력으로 필터로 이송하여 필터링하는 필터링단계;
   상기 필터링된 액상 쿨런트의 필터링 횟수에 따라 상기 액상 쿨런트를 상기 쿨런트 탱크로 이송하거나 재사용 쿨런트 탱크에 이송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 방법.
   
7. 제 6항에 있어서, 액상 쿨런트의 온도를 상온 이상 비등점 이하의 일정하게 유지함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 방법.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 액상 쿨런트의 온도는 30℃ 이상 100℃ 이하로 유지함을 특징으로 하는 폐 슬러지 정제 방법.
   
9. 원심 분리된 액상 쿨런트를 처리하는 방법에 있어서,
   30℃ 이상 100℃ 이하의 액상 쿨런트를 설정된 압력으로 필터로 이송하여 필터링하는 필터링단계;
   상기 필터링된 액상 쿨런트의 필터링 횟수에 따라 상기 액상 쿨런트를 쿨런트 탱크로 이송하거나 재사용 쿨런트 탱크에 이송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 액상 쿨런트 정제 방법.

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