CN102776062B

CN102776062B - 硅片切割废液处理方法

Info

Publication number: CN102776062B
Application number: CN201210246470.7A
Authority: CN
Inventors: 陈五奎; 李军; 徐文州; 陈辉; 耿荣军; 冯加保
Original assignee: Leshan Topraycell Co Ltd
Current assignee: Leshan Topraycell Co Ltd
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: CN102776062A

Abstract

本发明公开了一种能够回收超细碳化硅和硅粉的硅片切割废液处理方法。该处理方法，包括以下步骤：A、对切割废液进行固液分离，将切割废液中的聚乙二醇液体与碳化硅颗粒、硅粉颗粒分离；B、对分离出来的混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，去除目数大于1300目的超细碳化硅；C、将分离出来的混合有硅粉的超细碳化硅采用重液分离与电泳相结合的方法分离其中的硅粉与超细碳化硅。该切割废液处理方法不仅能够回收利用聚乙二醇和碳化硅，同时还能够回收利用超细碳化硅和硅粉，使其循环进入生产线中，实现资源的有效利用，减少原料的使用量，不仅可以降低硅片的成本，而且还能在很大程度降低环境污染。适合在废液处理领域推广应用。

Description

硅片切割废液处理方法

技术领域

本发明涉及废液处理领域，尤其是一种硅片切割废液的处理方法。

背景技术

硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料，硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术，它不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式，也不同于先进的激光切割和内圆切割，它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割液对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果，在整个过程中，钢线通过线辊的引导，在线辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的下降实现工件的进给。硅片多线切割技术与其他技术相比具有效率高，产能高，精度高等优点，因此，多线切割技术是目前最广泛的硅片切割技术。

在多线切割技术中，所使用的切割液通常是由聚乙二醇和1200目左右的碳化硅颗粒按照一定比例配制而成，切割液在切割硅棒的过程中不可避免的会与切削下来的硅粉混在一起，形成大量的切割废液，而且切割液中部分碳化硅颗粒会因切割作用而出现破损，使得部分碳化硅的目数增大，因此，切割废液无法直接重复利用。切割废液中含有很多资源，比如碳化硅、硅粉等等，如果直接排放掉，不仅造成浪费资源，同时还会污染环境，因此，对于切割废液的处理一直是光伏行业的难题。

目前，对于切割废液的处理方法通常采用以下的方式：首先，对切割废液进行固液分离，即将切割废液中的聚乙二醇液体与碳化硅颗粒、硅粉颗粒分离，得到聚乙二醇液体和混合有硅粉的碳化硅固体，分离出的聚乙二醇液体经过进一步加工后可再次作为原料配制成切割液重复利用；接着，对分离出来的混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，去除目数大于1300目的超细碳化硅，剩余的目数较小的碳化硅可配成新的切割液继续使用，由于碳化硅和硅粉的密度相差不大，因此，不论是剩余的碳化硅还是分离出去的超细碳化硅中都含有硅粉；最后，将分离出来的数目较大的混合有硅粉的超细碳化硅经过化学处理后排放掉。现有的切割废液处理方式仅能够回收利用聚乙二醇和一部分碳化硅，对于切割废液中的超细碳化硅和硅粉一般无法进行有效的回收利用。

目前，对于切割废液中的聚乙二醇液体与碳化硅、硅颗粒分离主要采用离心式分离的方式，即，先在切割废液中加入一定量的水，使聚乙二醇完全溶解到水中，然后将上述液体通入卧式螺旋离心机，通过多级离心处理，实现聚乙二醇液体与碳化硅、硅颗粒分离，接着将聚乙二醇进行蒸馏处理即可得到聚乙二醇，这种方式需要专门购买离心设备和蒸馏设备，投入的成本较大，而且，这两种设备在工作时需要消耗大量的电能，进一步增加了生产成本。

目前，对于混合有硅粉的碳化硅的分级处理主要采用气力分级的方式，即利用高压气体冲刷混合有硅粉的碳化硅，由于不同目数的碳化硅颗粒重量各不相同，因此，在同样的风力作用下不同目数的碳化硅会堆积在不同位置，实现碳化硅的分级，虽然这种方式也能够实现碳化硅的分级，但是，由于不同目数的碳化硅颗粒的重量相差不大，在高速气流的冲刷下，不同目数的碳化硅颗粒还是会混在一起，分级效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够回收超细碳化硅和硅粉的硅片切割废液处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该硅片切割废液处理方法，包括以下步骤：

A、对切割废液进行固液分离，将切割废液中的聚乙二醇液体与碳化硅颗粒、硅粉颗粒分离，得到聚乙二醇液体和混合有硅粉的碳化硅固体；

B、对分离出来的混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，去除目数大于1300目的超细碳化硅；

C、将分离出来的混合有硅粉的超细碳化硅采用重液分离与电泳相结合的方法分离其中的硅粉与超细碳化硅，具体方法如下：先把混合有硅粉的超细碳化硅装入熔炼设备，加热到2500℃以上，使超细碳化硅与硅粉全部融化，然后将其融化后的液体注入石英坩埚内，在重力作用下，超细碳化硅液体与硅液体在石英坩埚内分成两层，超细碳化硅液***于石英坩埚的上层，硅液***于石英坩埚下层，待温度冷却后，将凝固后固体从石英坩埚内取出并切开得到硅锭与超细碳化硅锭。

进一步的是，在步骤C中，在将融化后的超细碳化硅与硅液体注入石英坩埚之前，先将石英坩埚预热到1200℃。

进一步的是，在步骤C中，所使用的石英坩埚底部设置有加热装置。

进一步的是，在步骤A中，采用如下所述的固液分离装置对切割废液进行固液分离，所述固液分离装置包括分离锥形筒，分离锥形筒的大径端朝上并且设置有切割废液进口，所述分离锥形筒的小径端设置有可拆卸的封堵结构，所述分离锥形筒上部设置有聚乙二醇液体排出口，所述分离锥形筒的内壁与重力方向的夹角为5°～45°。

进一步的是，所述分离锥形筒内设置有辅助沉积锥体，所述辅助沉积锥***于分离锥形筒的小径端，辅助沉积锥体的锥尖朝上，辅助沉积锥体的底部边缘与分离锥形筒的内壁之间存在间隙。

进一步的是，所述分离锥形筒内设置有辅助蠕动锥筒，所述辅助蠕动锥筒设置在辅助沉积锥体下方，辅助蠕动锥筒的两端敞开并且辅助蠕动锥筒的大径端朝下，辅助蠕动锥筒的底部边缘与分离锥形筒的内壁之间存在间隙。

进一步的是，在步骤B中采用水力分级装置对混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，所述水力分级装置包括分级锥形筒，分级锥形筒的大径端朝上并且设置有进料口，所述分级锥形筒的小径端设置有可拆卸的封堵部件，所述分级锥形筒上部设置有超细碳化硅液体排出口，所述分级锥形筒下部设置有进水口，所述分级锥形筒的内壁与重力方向的夹角为5°～45°。

进一步的是，所述超细碳化硅液体排出口下方设置有集液池，所述进水口上连接有液管，液管另一端与集液池连通，所述液管上设置有水泵。

进一步的是，所述液管上连接有回流管，回流管的端头伸入集液池内，所述回流管上设置有截止阀，所述液管上设置有压力表。

进一步的是，所述液管上设置有储液腔。

本发明的有益效果是：该处理方法采用重液分离与电泳相结合的方法对分离出来的混合有硅粉的超细碳化硅进行处理，能够从中分离出硅粉与超细碳化硅，得到的硅粉与超细碳化硅可进一步加工成硅产品，实现超细碳化硅与硅粉的回收利用，因此，该切割废液处理方法不仅能够回收利用聚乙二醇和碳化硅，同时还能够回收利用超细碳化硅和硅粉，使其循环进入生产线中，实现资源的有效利用，减少原料的使用量，不仅可以降低硅片的成本，而且还能在很大程度降低环境污染。

附图说明

图1是本发明的固液分离装置结构示意图；

图2是本发明的水力分级装置结构示意图；

图中标记为：分离锥形筒201、切割废液进口202、封堵结构203、聚乙二醇液体排出口204、辅助沉积锥体205、辅助蠕动锥筒206、溢流口207、分级锥形筒301、进料口302、封堵部件303、超细碳化硅液体排出口304、进水口305、集液池306、液管307、水泵308、回流管309、截止阀310、压力表311、储液腔312。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

该硅片切割废液处理方法，包括以下步骤：

A、对切割废液进行固液分离，将切割废液中的聚乙二醇液体与碳化硅颗粒、硅粉颗粒分离，得到聚乙二醇液体和混合有硅粉的碳化硅固体，分离出的聚乙二醇液体经过进一步加工后可再次作为原料配制成切割液重复利用，实现聚乙二醇的回收利用；

B、对分离出来的混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，去除目数大于1300目的超细碳化硅，剩余的目数较小的碳化硅可配成新的切割液继续使用，实现碳化硅的回收利用，由于碳化硅和硅粉的密度相差不大，因此，不论是剩余的碳化硅还是分离出去的超细碳化硅中都含有硅粉；

C、将分离出来的混合有硅粉的超细碳化硅采用重液分离与电泳相结合的方法分离其中的硅粉与超细碳化硅，具体方法如下：先把混合有硅粉的超细碳化硅装入熔炼设备，加热到2500℃以上，使超细碳化硅与硅粉全部融化，然后将其融化后的液体注入石英坩埚内，由于固态下超细碳化硅的密度为2.3g/cm³,硅的密度为2.32g/cm³，然而，当二者全部融化后，超细碳化硅的密度基本保持不变，但是硅的密度却由原来的2.32g/cm³变化为2.43g/cm³，由于密度差，在重力作用下，超细碳化硅液体与硅液体在石英坩埚内分成两层，超细碳化硅液***于石英坩埚的上层，硅液***于石英坩埚下层，待温度冷却后，将凝固后固体从石英坩埚内取出并切开得到硅锭与超细碳化硅锭。通过上述方法对分离出来的混合有硅粉的超细碳化硅进行处理，能够从中分离出硅粉与超细碳化硅，得到的硅粉与超细碳化硅可进一步加工成硅产品，实现超细碳化硅与硅粉的回收利用，因此，该切割废液处理方法不仅能够回收利用聚乙二醇和碳化硅，同时还能够回收超细碳化硅和硅粉，使其循环进入生产线中，实现资源的有效利用，减少原料的使用量，不仅可以降低硅片的成本，而且还能在很大程度降低环境污染。

在上述步骤C中，在将融化后的超细碳化硅与硅液体注入石英坩埚内后，如果石英坩埚的温度较低，就会导致超细碳化硅与硅液体快速冷却凝固，使得超细碳化硅液体与硅液体无法分层，因此为了避免上述情况的发生，在将融化后的超细碳化硅与硅液体注入石英坩埚之前，先将石英坩埚预热到1200℃。

进一步的是，在步骤C中，为了使超细碳化硅液体与硅液体能够有充足的时间分层，使其分离完全，保证硅粉的纯度和超细碳化硅的纯度，在石英坩埚底部设置了加热装置，使石英坩埚内的温度逐渐缓慢的降低，保证超细碳化硅液体与硅液体能够完全分离。所述加热装置可以是红外加热器、石英管加热器等，作为优选的方式是：所述加热装置为电阻丝加热器，电阻丝加热器加热速度快，而且便于控制其加热温度。

在步骤C中，所使用的熔炼设备为可以是现有的各种加热设备，作为优选的方式是：所述熔炼设备为中频感应熔炼设备，这种中频感应熔炼设备加热速度快，而且能耗低，能够大大降低生产成本。

在步骤A中，对切割废液进行固液分离可以采用多种实施方式，譬如，可以采用离心式分离的方式，即，先在切割废液中加入一定量的水，使聚乙二醇完全溶解到水中，然后将上述液体通入卧式螺旋离心机，通过多级离心处理，实现聚乙二醇液体与碳化硅、硅颗粒分离，接着将聚乙二醇进行蒸馏处理即可得到聚乙二醇，作为优选的方式是：采用如下所述的固液分离装置对切割废液进行固液分离，如图1所示，所述固液分离装置包括分离锥形筒201，分离锥形筒201的大径端朝上并且设置有切割废液进口202，所述分离锥形筒201的小径端设置有可拆卸的封堵结构203，所述分离锥形筒201上部设置有聚乙二醇液体排出口204，所述分离锥形筒201的内壁与重力方向的夹角为5°～45°。这种结构的固液分离装置，结构简单，只需将切割废液通过切割废液进口202注入分离锥形筒201内，在重力作用下，碳化硅颗粒与硅粉会逐渐沉积在分离锥形筒201的内壁，并沿着倾斜的内壁逐渐蠕动下滑至分离锥形筒201的底部堆积起来，等堆积到一定程度，将封堵结构203拆下来，将混合有硅粉的碳化硅从分离锥形筒201的小径端排出，而分离锥形筒201内的聚乙二醇液体则从聚乙二醇液体排出口204排出，实现固液分离，整个装置结构简单，加工制作非常方便，只需很低的成本即可完成对切割废液进行固液分离，大大降低了生产成本。

为了更好的使沉积在分离锥形筒201的内壁上的碳化硅与硅粉顺利的沿着倾斜的分离锥形筒201的内壁逐渐蠕动下滑至分离锥形筒201的底部堆积起来，所述分离锥形筒201的内壁与重力方向的夹角优选为25°。

为了加快碳化硅颗粒与硅粉的沉积过程，在分离锥形筒201内设置了辅助沉积锥体205，所述辅助沉积锥体205位于分离锥形筒201的小径端，辅助沉积锥体205的锥尖朝上，辅助沉积锥体205的底部边缘与分离锥形筒201的内壁之间存在间隙，通过设置辅助沉积锥体205，可以使分离锥形筒201中间的碳化硅与硅粉沉积在辅助沉积锥体205的锥面上，然后沿着锥面下滑并从辅助沉积锥体205的底部边缘与分离锥形筒201的内壁之间的间隙落下堆积到分离锥形筒201的底部，大大加快了碳化硅颗粒与硅粉的沉积过程，缩短了碳化硅颗粒与硅粉的沉积所需要的时间，提高了效率。

为了进一步的使沉积在分离锥形筒201的内壁上的碳化硅与硅粉顺利的沿着倾斜的分离锥形筒201的内壁逐渐蠕动下滑至分离锥形筒201的底部堆积起来，在分离锥形筒201内设置有辅助蠕动锥筒206，所述辅助蠕动锥筒206设置在辅助沉积锥体205下方，辅助蠕动锥筒206的两端敞开并且辅助蠕动锥筒206的大径端朝下，辅助蠕动锥筒206的底部边缘与分离锥形筒201的内壁之间存在间隙，该辅助蠕动锥筒206的工作过程如下：辅助蠕动锥筒206下方的液体随着分离锥形筒201底部堆积的碳化硅与硅粉越来越多而向上流动，该部分液体向上运动碰到辅助沉积锥体205的底部然后沿着辅助沉积锥体205与辅助蠕动锥筒206之间的缝隙向下流动并通过辅助蠕动锥筒206底部边缘与分离锥形筒201内壁之间的间隙流到辅助蠕动锥体下方，该部分液体在流动过程中会带动沉积在分离锥形筒201内壁上的碳化硅与硅粉向下运动，起到辅助蠕动的目的。

为了避免注入分离锥形筒201内的切割废液过多，造成切割废液四散溢出，在分离锥形筒201的上部设置有溢流口207，通过溢流口207将多余的切割废液溢流到指定的位置，避免四散溢出给生产过程造成不必要的麻烦。

所述封堵结构203可以采用堵头、塞子等方式实现，作为优选的方式是：在分离锥形筒201的小径端设置阀门形成所述的封堵结构203，这种封堵结构203不需要将其拆下来即可实现排出混合有硅粉的碳化硅固定的目的，操作非常方便。

在步骤B中，对混合有硅粉的碳化硅进行分级处理可以采用多种实施方式，譬如，可以采用气力分级的方式，即利用高压气体冲刷混合有硅粉的碳化硅，由于不同目数的碳化硅颗粒重量各不相同，因此，在同样的风力作用下不同目数的碳化硅会堆积在不同位置，实现碳化硅的分级，作为优选的方式是：采用水力分级装置对混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，如图2所示，所述水力分级装置包括分级锥形筒301，分级锥形筒301的大径端朝上并且设置有进料口302，所述分级锥形筒301的小径端设置有可拆卸的封堵部件303，所述分级锥形筒301上部设置有超细碳化硅液体排出口304，所述分级锥形筒301下部设置有进水口305，所述分级锥形筒301的内壁与重力方向的夹角为5°～45°，该水力分级装置的使用过程如下：首先，将分离出来的混合有硅粉的碳化硅投入分级锥形筒301内，然后通过进水口305将水注入分级锥形筒301内，由于不同目数的碳化硅颗粒重量不同，目数较大的碳化硅颗粒重量较轻，目数较小的碳化硅颗粒重量较重，从进水口305注入分级锥形筒301内的水流具有一定的压力，在水流的冲击下，重量的较轻的碳化硅颗粒在被冲到分级锥形筒301的上部，进而从超细碳化硅液体排出口304排出，然后进行烘干处理即可得到混合有硅粉的超细碳化硅固体，目数较小的碳化硅颗粒和硅粉则悬浮在分级锥形筒301底部进而沉积到分级锥形筒301的内壁上并逐渐蠕动下滑至分级锥形筒301的底部堆积起来，等堆积到一定程度，将封堵部件303拆下来，将混合有硅粉的碳化硅从分级锥形筒301的小径端排出，进而配制成切割液再重复利用，实现对混合有硅粉的碳化硅的分级处理，这种水力分级装置根据调整进水口305水压的大小可精确分离出目数较大的碳化硅，分级效果较好，而且结构简单，加工制作非常方便，能够大大降低生产成本。

为了更好的使沉积在分级锥形筒301的内壁上的碳化硅与硅粉顺利的沿着倾斜的分级锥形筒301的内壁逐渐蠕动下滑至分级锥形筒301的底部堆积起来，所述分级锥形筒301的内壁与重力方向的夹角优选为25°。

为了方便收集超细碳化硅，在超细碳化硅液体排出口304下方设置了集液池306。

为了节约资源，避免造成浪费，所述进水口305上连接有液管307，液管307另一端与集液池306连通，所述液管307上设置有水泵308，将集液池306中的水循环利用起来，从而降低生产成本。

为了可以调整进水口305的水压，在液管307上连接有回流管309，回流管309的端头伸入集液池306内，所述回流管309上设置有截止阀，通过开关截止阀可以控制液管307内的水量，从而调整进水口305的水压。

为了便于了解进水口305的水压，在液管307上设置有压力表。

为了保证进水口305的水压恒定且能够不间断喷水，在液管307上设置了储液腔312作为一个缓冲，避免集液池306中没水造成进水口305无法喷水进行水力分级。

所述封堵部件303可以采用堵头、塞子等方式实现，作为优选的方式是：在分级锥形筒301的小径端设置阀门形成所述的封堵部件303，这种封堵部件303不需要将其拆下来即可实现排出混合有硅粉的碳化硅固定的目的，操作非常方便。

Claims

1.硅片切割废液处理方法，其特征在于包括以下步骤：

C、将分离出来的混合有硅粉的超细碳化硅采用重液分离的方法分离其中的硅粉与超细碳化硅，具体方法如下：先把混合有硅粉的超细碳化硅装入熔炼设备，加热到2500℃以上，使超细碳化硅与硅粉全部熔化，然后将其熔化后的液体注入石英坩埚内，在重力作用下，超细碳化硅液体与硅液体在石英坩埚内分成两层，超细碳化硅液***于石英坩埚的上层，硅液***于石英坩埚下层，待温度冷却后，将凝固后固体从石英坩埚内取出并切开得到硅锭与超细碳化硅锭；

在步骤C中，在将熔化后的超细碳化硅与硅液体注入石英坩埚之前，先将石英坩埚预热到1200℃；

在步骤C中，所使用的石英坩埚底部设置有加热装置。

2.如权利要求1所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：在步骤A中，采用如下所述的固液分离装置对切割废液进行固液分离，所述固液分离装置包括分离锥形筒（201），分离锥形筒（201）的大径端朝上并且设置有切割废液进口（202），所述分离锥形筒（201）的小径端设置有可拆卸的封堵结构（203），所述分离锥形筒（201）上部设置有聚乙二醇液体排出口（204），所述分离锥形筒（201）的内壁与重力方向的夹角为5°～45°。

3.如权利要求2所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：所述分离锥形筒（201）内设置有辅助沉积锥体（205），所述辅助沉积锥体（205）位于分离锥形筒（201）的小径端，辅助沉积锥体（205）的锥尖朝上，辅助沉积锥体（205）的底部边缘与分离锥形筒（201）的内壁之间存在间隙。

4.如权利要求3所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：所述分离锥形筒（201）内设置有辅助蠕动锥筒（206），所述辅助蠕动锥筒（206）设置在辅助沉积锥体（205）下方，辅助蠕动锥筒（206）的两端敞开并且辅助蠕动锥筒（206）的大径端朝下，辅助蠕动锥筒（206）的底部边缘与分离锥形筒（201）的内壁之间存在间隙。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：在步骤B中，采用水力分级装置对混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，所述水力分级装置包括分级锥形筒（301），分级锥形筒（301）的大径端朝上并且设置有进料口（302），所述分级锥形筒（301）的小径端设置有可拆卸的封堵部件（303），所述分级锥形筒（301）上部设置有超细碳化硅液体排出口（304），所述分级锥形筒（301）下部设置有进水口（305），所述分级锥形筒（301）的内壁与重力方向的夹角为5°～45°。

6.如权利要求5所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：所述超细碳化硅液体排出口（304）下方设置有集液池（306），所述进水口（305）上连接有液管（307），液管（307）另一端与集液池（306）连通，所述液管（307）上设置有水泵（308）。

7.如权利要求6所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：所述液管（307）上连接有回流管（309），回流管（309）的端头伸入集液池（306）内，所述回流管（309）上设置有截止阀（310），所述液管（307）上设置有压力表（311）。

8.如权利要求7所述的硅片切割废液处理方法，其特征在于：所述液管（307）上设置有储液腔（312）。