專利名稱：一種硅片切割廢砂漿的回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅片切割廢砂漿的回收方法。
背景技術(shù)：
單晶Si、多晶Si的切割過(guò)程中，切削硅棒時(shí)產(chǎn)生的硅粉、破碎的碳化硅顆粒、鋼絲磨削后產(chǎn)生的金屬粉沉積到砂漿中，形成廢砂漿，其切削性能大大降低。對(duì)廢砂漿進(jìn)行回收處理，提取其中的硅粉、碳化硅微粉以及聚乙二醇，重復(fù)利用，可起到節(jié)約能源、減少浪費(fèi)的目的。目前對(duì)廢砂漿回收的方法主要有(1)離心法離心分離，去除廢砂漿中破碎的無(wú)效碳化硅磨料和硅粉；(2)化學(xué)法采用酸/堿等化學(xué)藥品去除廢砂漿中的硅粉和金屬雜質(zhì)。但是，離心法的分離效率較低，化學(xué)法采用大量酸/堿，成本高，對(duì)環(huán)境有很大的危害；另外，離心法、化學(xué)法都只能回收砂漿中的聚乙二醇和碳化硅微粉，對(duì)廢砂漿中的高純度硅粉末能有效回收利用，造成了極大的浪費(fèi)?，F(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)始尋求能回收硅、碳化硅粉和聚乙二醇的各種方法。CN101691224A公開(kāi)了一種硅片切削砂漿回收方法，(1)通過(guò)物理旋流分離得到固體流和液體流；( 液體流采用通過(guò)脫色、離子吸附，過(guò)濾，即可得到聚乙二醇；C3)固體流通過(guò)重力沉降分離，得到較輕的硅流和較重的碳化硅流；(4)硅流洗滌、干燥即得到硅粉； 篩除碳化硅流中的大顆粒得到碳化硅。但是廢砂漿中存在粒徑較小的碳化硅顆粒，與硅顆粒質(zhì)量相近，導(dǎo)致重力分離回收得到的硅粉和碳化硅微粉的純度較低；尤其是吸附在碳化硅顆粒表面上的細(xì)硅粉顆粒與被吸附的碳化硅顆粒，往往難以完全分離。CN101130237A公開(kāi)了一種從廢砂漿中回收硅粉和碳化硅粉的方法，(1)固液分離得到砂漿沉淀物，加入丙酮溶解沉淀物中的懸浮劑和粘結(jié)劑分子，離心分離得到砂粉；(2) 氣流浮選，得到硅粉和碳化硅/金屬混合粉料；C3)加入密度介于硅和碳化硅之間的液體進(jìn)行浮選，浮選物為硅粉，沉淀物為碳化硅/金屬混合粉；(4)硅粉洗滌、干燥得到高純硅微粒；碳化硅/金屬混合粉，通過(guò)磁選分離出金屬，得到碳化硅粉。該方法通過(guò)選擇密度介于硅和碳化硅之間的液體進(jìn)行浮選，但是廢砂漿中被破碎的碳化硅的粒徑很小，實(shí)際操作過(guò)程中這些粒徑小的碳化硅微粉會(huì)被硅粉攜帶一起浮到液體上層、或者被硅粉攜帶過(guò)程中分散在液體中間導(dǎo)致最后分層不明顯，采用該法分離后的硅粉中還含有10-13wt%的碳化硅顆粒。因此，液體浮選分離的純度仍然較低。同時(shí)，液體浮選時(shí)采用的各種液體成本很高， 且毒性很大，對(duì)人和環(huán)境存在危害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的硅和碳化硅分離不徹底，且分離工藝對(duì)人和環(huán)境存在危害的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種硅片切割廢砂漿的回收方法，包括以下步驟a.硅片切割廢砂漿固液分離，得到固體砂料和液體份；b.步驟a中得到的液體份中加入脫色劑、離子吸附劑和助濾劑，固液分離，得到聚乙二醇切割回收液；C.步驟a中得到的固體砂料通過(guò)磁選分離去除金屬，得到硅與碳化硅的混合物；d.將步驟c中得到的硅與碳化硅的混合物在1425_1550°C下真空加熱；冷卻至室溫后篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)濾，收集篩下的物質(zhì)得到碳化硅微粉，收集篩上的物質(zhì)得到硅塊；粉碎硅塊得到硅粉。本發(fā)明提供的硅片切割廢砂漿的回收方法中，先固液分離得到固體砂料和液體份，液體份通過(guò)脫色、離子吸附得到純度較高的聚乙二醇；固體份先通過(guò)磁選分離去除金屬雜質(zhì)，然后通過(guò)高溫處理分離硅和碳化硅，無(wú)需使用其他化學(xué)藥品，工藝簡(jiǎn)單可控，對(duì)人、環(huán)境無(wú)危害；通過(guò)選擇介于硅和碳化硅熔點(diǎn)之間溫度加熱進(jìn)行分離，硅粉完全熔融結(jié)塊，而碳化硅仍為粉末狀態(tài)，從而使得硅和碳化硅徹底分離，純度很高。本發(fā)明回收得到的聚乙二醇和碳化硅，可直接繼續(xù)用于硅片切割；而回收得到的硅粉的純度也較高，可用作單晶硅或者多晶硅硅錠制作的原材料。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種硅片切割廢砂漿的回收方法，包括以下步驟a.硅片切割廢砂漿固液分離，得到固體砂料和液體份；b.步驟a中得到的液體份中加入脫色劑、離子吸附劑和助濾劑，固液分離，得到聚乙二醇切割回收液；c.步驟a中得到的固體砂料通過(guò)磁選分離去除金屬，得到硅與碳化硅的混合物；d.將步驟c中得到的硅與碳化硅的混合物在1425_1550°C下真空加熱；冷卻至室溫后篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)濾，收集篩下的物質(zhì)得到碳化硅微粉，收集篩上的物質(zhì)得到硅塊；粉碎硅塊得到硅粉。根據(jù)本發(fā)明的回收方法，先將硅片切割廢砂漿進(jìn)行固液分離。硅片切割的廢砂漿中主要含有原砂漿中的碳化硅顆粒、聚乙二醇，切削過(guò)程中產(chǎn)生的硅粉、破碎的碳化硅顆粒和金屬雜質(zhì)。固液分離可以采用板框壓濾機(jī)、膜過(guò)濾機(jī)或離心機(jī)完成。由于硅、碳化硅粒徑較小，因此本發(fā)明優(yōu)選采用離心機(jī)進(jìn)行固液分離。更優(yōu)選情況下，離心分離時(shí)，離心轉(zhuǎn)速為 1000-2000rpm，離心時(shí)間 20_40min。固液分離后，得到固體砂料和液體份，其中固體砂料中主要含有硅粉、碳化硅微粉和金屬雜質(zhì)，液體份中主要為聚乙二醇。液體份中加入脫色劑、離子吸附劑和助濾劑，繼續(xù)固液分離，即得到聚乙二醇切割回收液，該聚乙二醇切割回收液可繼續(xù)用與硅片切割。優(yōu)選情況下，脫色劑和離子吸附劑可采用分步加入的方式；例如，先在液體份中加入脫色劑和助濾劑，采用過(guò)濾式離心機(jī)進(jìn)行固液分離，去除濾渣，然后在濾液中加入離子吸附劑和助濾劑，反應(yīng)I-IOh后，采用過(guò)濾式離心機(jī)進(jìn)行固液分離，去除濾渣即可得到聚乙二醇切割回收液。類似地，也可先加入離子吸附劑和助濾劑，過(guò)濾分離；然后再加入脫色劑和助濾劑，過(guò)濾分離得到聚乙二醇。其中，脫色劑為活性炭和/或過(guò)硫酸銨，離子吸附劑為聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化銨，助濾劑為硅藻土或珍珠巖。質(zhì)量比液體份脫色劑離子吸附劑助濾劑 =(10-5) 1 1 1。固體砂料中主要含有硅粉、碳化硅微粉和金屬雜質(zhì)。本發(fā)明中，先通過(guò)磁選分離去除固體砂料中的金屬雜質(zhì)。所述磁選分離可以直接采用現(xiàn)有技術(shù)中各種磁力分選機(jī)。磁選分離固體砂料中，得到硅與碳化硅的混合物。本發(fā)明中，采用高溫分選混合物中的的硅與碳化硅。硅粉熔點(diǎn)為1410°C ；碳化硅熔點(diǎn)約2700°C，遠(yuǎn)高于硅粉的熔點(diǎn)；因此當(dāng)加熱溫度介于硅粉熔點(diǎn)與碳化硅熔點(diǎn)之間時(shí)， 混合物中的硅粉會(huì)熔融呈液相硅流，而碳化硅相仍為粉末狀態(tài)，由于固液兩相的界面張力， 臨近的熔融硅流聚集到一起，與碳化硅固體形成明顯的分界面；然后將混合物體系冷卻至室溫，聚集到一起的硅流結(jié)塊，形成體積相對(duì)較大的硅塊，此時(shí)通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾可將硅與碳化硅分離開(kāi)。冷卻至室溫過(guò)程中，硅塊表面會(huì)沾附上少量碳化硅顆粒，在篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)濾時(shí)可將該沾附的碳化硅顆粒脫除。為防止硅粉高溫與空氣中的氧氣或氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，所述加熱過(guò)程需在真空中進(jìn)行。本發(fā)明中真空加熱溫度為1425-1550°C。優(yōu)選情況下，真空加熱的溫度為1450_1480°C， 真空度不高于-0. OlMPa ；真空加熱的時(shí)間為3H真空加熱完成后，待冷卻至室溫后再釋放真空，防止硅塊表面氧化或氮化。本發(fā)明中，可將硅與碳化硅的混合物置于坩堝中，然后進(jìn)行真空加熱。由于真空加熱溫度較高，所以本發(fā)明對(duì)坩堝要求較高。所述坩堝可采用石英坩堝或者氧化鋁陶瓷坩堝， 且坩堝內(nèi)層表面覆有氮化硅層。氮化硅在空氣中被加熱至1450-1550°C仍很穩(wěn)定，因此能滿足本發(fā)明的真空加熱的要求。另外，氮化硅層還能防止高溫加熱過(guò)程中混合物與坩堝的粘結(jié)。真空加熱完成后，先冷卻至室溫，然后通過(guò)篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)濾，收集篩上的物質(zhì)得到熔融結(jié)塊的硅塊，收集篩下的物質(zhì)得到仍為粉體狀的碳化硅微粉，該碳化硅可繼續(xù)用于硅片切割。篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)濾時(shí)，由于原砂漿中所采用的碳化硅微粉顆粒的粒徑都在ΙΟΟμπι及以下，而熔融后的硅塊尺寸達(dá)到毫米級(jí)以上，因此本發(fā)明選用的篩網(wǎng)尺寸為100-300目，篩網(wǎng)振動(dòng)頻率為40-80次/min。篩上收集得到的硅塊，可采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種粉碎方法進(jìn)行粉碎，從而得到回收的硅粉，可用作單晶硅或者多晶硅硅錠制作的原材料。本發(fā)明中，優(yōu)選采用氣流粉碎硅塊，即將硅塊轉(zhuǎn)入氣流粉碎機(jī)的磨腔內(nèi)，粉碎至所需粒徑。磨腔內(nèi)的氣流壓力為 0. 5-0. 7MPa ；氣流粉碎的時(shí)間5_20min。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1按以下組成配制廢砂漿切割液Mwt %，碳化硅微粉48wt %，硅粉6. 8wt %，金屬顆粒 1. 2wt%0(1)將IOKg廢砂漿以1400rpm的轉(zhuǎn)速離心分離40min，得到液體和固體砂料。往液體中加入440g聚丙烯酰胺和440g硅藻土，攪拌均勻后以1400rpm的轉(zhuǎn)速離心過(guò)濾，收集濾液稱重4. ^g，再加入440g的活性炭作為脫色劑，攪拌均勻后以1400rpm的轉(zhuǎn)速離心過(guò)濾，收集濾液得到的聚乙二醇，并稱重。(2)用去離子水清洗固體砂料，并干燥；將砂料通過(guò)磁力分選機(jī)，除去砂料中的金屬，得到硅和碳化硅的混合物。(3)將步驟O)的硅和碳化硅的混合物倒入內(nèi)表面有氮化硅層的石英坩堝內(nèi)；將裝有砂料的坩堝轉(zhuǎn)入真空電阻爐內(nèi)，1450°C加熱池；冷卻至室溫后，過(guò)200 μ m的篩網(wǎng)，篩上收集硅塊，篩下收集碳化硅微粉，并稱重。(4)將篩上收集的硅塊轉(zhuǎn)入氣流粉碎機(jī)內(nèi)，0. 7MPa下粉碎5min，得到硅粉，并稱重。對(duì)比例1采用與實(shí)施例1相同的步驟(1)和O)，得到硅和碳化硅的混合物，然后轉(zhuǎn)入沉降離心機(jī)中，加壓:3bar，工作他，從不同出口分別得到硅和碳化硅，分別洗滌干燥得到硅粉、 碳化硅微粉，并分別稱重。實(shí)施例2按照實(shí)施例1的組成配制廢砂漿切割液Mwt %，碳化硅微粉48wt%，硅粉 6. 8wt%，金屬顆粒 1. 2wt%。(1)將IOKg廢砂漿以2000rpm的轉(zhuǎn)速離心分離30min，得到液體和固體砂料。往液體中加入440g聚丙烯酰胺和440g硅藻土，攪拌均勻后以2000rpm的轉(zhuǎn)速離心過(guò)濾，收集濾液稱重3. 9kg，再加入440g的活性炭作為脫色劑，攪拌均勻后以2000rpm的轉(zhuǎn)速離心過(guò)濾，收集濾液得到聚乙二醇，并稱重。(2)用去離子水清洗固體砂料，并干燥；將砂料通過(guò)磁力分選機(jī)，除去砂料中的金屬，得到硅和碳化硅的混合物。(3)將步驟O)的硅和碳化硅的混合物倒入內(nèi)表面有氮化硅層的石英坩堝內(nèi)；將裝有砂料的坩堝轉(zhuǎn)入真空電阻爐內(nèi)，1500°C加熱池；冷卻至室溫后，過(guò)150 μ m的篩網(wǎng)，篩上收集硅塊，篩下收集碳化硅微粉，并稱重。(4)將篩上收集的硅塊轉(zhuǎn)入氣流粉碎機(jī)內(nèi)，0. 5MPa下粉碎5min，得到硅粉，并稱重。對(duì)比例2采用與實(shí)施例2相同的步驟(1)和O)，得到硅和碳化硅的混合物，然后轉(zhuǎn)入三溴甲烷-酒精混合溶液(密度為2. 75g/mL)中，超聲波震蕩lOmin，靜置30min，收集液體上的漂浮物，用氫氟酸溶液(5wt% )洗滌、干燥，得到硅粉，并稱重；收集液體中沉淀物，洗滌、干燥，得到碳化硅微粉，并稱重。實(shí)施例1-2以及對(duì)比例1-2的稱重結(jié)果如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種硅片切割廢砂漿的回收方法，包括以下步驟a.硅片切割廢砂漿固液分離，得到固體砂料和液體份；b.步驟a中得到的液體份中加入脫色劑、離子吸附劑和助濾劑，固液分離，得到聚乙二醇切割回收液；c.步驟a中得到的固體砂料通過(guò)磁選分離去除金屬，得到硅與碳化硅的混合物；d.將步驟c中得到的硅與碳化硅的混合物在1425-1550°C下真空加熱；冷卻至室溫后篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)濾，收集篩下的物質(zhì)得到碳化硅微粉，收集篩上的物質(zhì)得到硅塊；粉碎硅塊得到硅粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于步驟a中，固液分離采用離心分離， 離心轉(zhuǎn)速為1000-2000rpm，離心時(shí)間20_40min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于步驟b中，脫色劑為活性炭和/或過(guò)硫酸銨，離子吸附劑為聚丙烯酰胺或聚二甲基二烯丙基氯化銨，助濾劑為硅藻土或珍珠巖； 質(zhì)量比為液體份脫色劑離子吸附劑助濾劑=(10-5) 1 1 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于步驟d中，真空加熱的溫度為 1450-1480°C，真空度不高于-0. OlMPa ；真空加熱的時(shí)間為3H
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的回收方法，其特征在于步驟d中，硅與碳化硅的混合物的真空加熱過(guò)程在坩堝中進(jìn)行；所述坩堝內(nèi)層表面覆有氮化硅層，坩堝體材料為石英或氧化鋁陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的回收方法，其特征在于步驟d中，篩網(wǎng)尺寸為100-300 目，篩網(wǎng)振動(dòng)頻率為40-80次/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收方法，其特征在于步驟d中，粉碎硅塊的方法為氣流粉碎，氣流壓力為0. 5-0. 7MPa ；氣流粉碎的時(shí)間為5-20min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種硅片切割廢砂漿的回收方法，包括以下步驟a.硅片切割廢砂漿固液分離，得到固體砂料和液體份；b.步驟a中得到的液體份中加入脫色劑、離子吸附劑和助濾劑，固液分離，得到聚乙二醇切割回收液；c.步驟a中得到的固體砂料通過(guò)磁選分離去除金屬，得到硅與碳化硅的混合物；d.將步驟c中得到的硅與碳化硅的混合物在1425-1550℃下真空加熱；冷卻至室溫后篩網(wǎng)過(guò)濾，收集篩下的物質(zhì)得到碳化硅微粉，收集篩上的物質(zhì)得到硅塊；粉碎硅塊得到硅粉。本發(fā)明提供的回收方法非常環(huán)保，且對(duì)硅和碳化硅的分離較徹底，回收到的聚乙二醇、碳化硅和硅粉的純度較高。
文檔編號(hào)C01B31/36GK102295285SQ20101021453
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月26日
發(fā)明者林宏業(yè), 王忠利, 陳帆 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司