專利名稱：一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回收技術(shù)，具體地講，涉及碳化硅和聚乙二醇切削液的回收方法。
技術(shù)背景
硅片是半導(dǎo)體，太陽(yáng)能，液晶顯示等行業(yè)的基礎(chǔ)材料，分為單晶硅片和多晶硅片， 其原料為單體單晶硅或多晶硅，經(jīng)過(guò)鑄錠爐拉成硅錠，再切成硅棒，使用線切割機(jī)加工成各 個(gè)規(guī)格的硅片，半導(dǎo)體，太陽(yáng)能電池等均以硅片作為基礎(chǔ)載體，而碳化硅和聚乙二醇即是硅 棒切割成硅片過(guò)程中的切削液的組成成分，從切削后的砂漿中提取出的碳化硅及聚乙二 醇，可以直接循環(huán)使用于硅片切割過(guò)程。
碳化硅(SiC)又稱碳硅石，在當(dāng)代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅 為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂；碳化硅是用石英砂、石油焦(或 煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成。目前 我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3. 20 3.25，顯微硬度為觀40 33201^/讓2。其中黑碳化硅是以石英砂，石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主 要原料，通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成；其硬度介于剛玉和金剛石之間，機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉，性 脆而鋒利。綠碳化硅是以石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主要原料，添加食鹽作為添加劑，通過(guò)電阻爐 高溫冶煉而成。
其硬度介于剛玉和金剛石之間，機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉。常用的碳化硅磨料有兩種不 同的晶體，一種是綠碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬質(zhì)含金工具；另一種是黑碳化 硅，有金屬光澤，含SiC 95%以上，強(qiáng)度比綠碳化硅大，但硬度較低，主要用于磨鑄鐵和非金 屬材料。用于切割硅片的碳化硅目前一般都是綠碳化硅。
聚乙二醇(PEG)分子式HO(CH2CH2O)nH,由環(huán)氧乙烷聚合而成，可以分為醫(yī)藥級(jí)，化 妝品級(jí)，食品級(jí)和工業(yè)級(jí)等幾種系列。低分子量的聚乙二醇是熱載體，粘度調(diào)節(jié)劑，濕潤(rùn)劑， 溶劑等的重要原材料。運(yùn)用于硅片切割的聚乙二醇主要是PEG100，PEG200，PEG300，其特點(diǎn) 是液態(tài)，無(wú)毒，無(wú)刺激，有良好的熱穩(wěn)定性。
碳化硅和聚乙二醇按一定比例混合攪拌后，在線切割機(jī)中與鋼絲一起切割硅片， 在此過(guò)程中，聚乙二醇作為碳化硅的載體，使碳化硅能均勻分布到硅棒表面，經(jīng)過(guò)鋼絲的磨 切后，形成硅片。同時(shí)，聚乙二醇的熱穩(wěn)定性有效分散了切割過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱能，使斷 線，表面線痕，微裂，崩邊等硅片切割問(wèn)題極少發(fā)生。
經(jīng)過(guò)切削后的砂漿中固體有切削硅棒時(shí)產(chǎn)生的硅粉，破碎的碳化硅顆粒，較大的 碳化硅顆粒，鋼絲經(jīng)過(guò)磨削后產(chǎn)生的鐵微粉及部分氧化鐵；液體部分主要是聚乙二醇和微 量的水分。
從硅片切削砂漿中提取碳化硅及聚乙二醇有很大的環(huán)保效益，社會(huì)效益和企業(yè)效 益。如果直接廢棄硅片切削后的砂漿，那么對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生巨大且不可逆轉(zhuǎn)的污染，此發(fā)明的 回收技術(shù)，可以避免此類污染的發(fā)生，完全做到對(duì)環(huán)境的友好化。碳化硅，聚乙二醇在生產(chǎn)時(shí)都會(huì)消耗大量的電力，水等資源，通過(guò)此發(fā)明的回收技術(shù)，循環(huán)往復(fù)使用，可以節(jié)約能耗， 提高使用效率，取得較大的社會(huì)效益。新碳化硅，聚乙二醇的價(jià)格非常昂貴，但通過(guò)此發(fā)明 的回收技術(shù)得到的碳化硅和聚乙二醇產(chǎn)品價(jià)格只有新產(chǎn)品的一半甚至更低，而其使用效果 卻和新的碳化硅，聚乙二醇的使用效果沒(méi)有任何差別，故此會(huì)給大量硅片切削企業(yè)帶來(lái)非 ?？捎^的經(jīng)濟(jì)收益；目前國(guó)際范圍內(nèi)沒(méi)有成熟的成套離線回收，碳化硅，聚乙二醇的系統(tǒng)。目前公知的硅片切削廢液回收技術(shù)主要以簡(jiǎn)單的化學(xué)處理法為主，尤以回收碳化 硅為甚，申請(qǐng)?zhí)?200710117665.0，發(fā)明名稱為“一種單晶與多晶硅線切割用砂漿回收技術(shù)” 的發(fā)明申請(qǐng)專利公開(kāi)的回收方法“將廢砂漿還原成PEG液體與SiC粉末固體，…廢砂漿原 液一一次膜過(guò)濾一PEG液體；廢砂漿原液一一次膜過(guò)濾一清洗處理一粉末干燥一粉末分級(jí) —SiC粉末”，此發(fā)明申請(qǐng)專利采取的技術(shù)方案的弊端在地面開(kāi)挖水池，加入酸堿進(jìn)行反 應(yīng)，一方面，酸堿水會(huì)逐步滲透入土壤中，破壞環(huán)境；另一方面，水池中的水無(wú)法回用，產(chǎn)生 大量的廢水，加重環(huán)境負(fù)擔(dān)；且回收處理碳化硅，回收率低，碳化硅純度也低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種從硅片切割廢砂漿 中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的方法，通過(guò)固液分離，旋流分離，清洗過(guò)濾，烘干，篩選， 脫色，去離子，脫水等處理，得到高質(zhì)量的碳化硅和聚乙二醇切削液。本發(fā)明提供的一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的方法，包 括以下步驟1)將硅片切割廢砂漿攪拌均勻，加入含量在1-35%的聚乙二醇溶液和水，控制溫 度在25-65°C，壓力在0. 5-3bar下，通過(guò)旋流分離器進(jìn)行分離，一部分液體從旋流分離器上 端物料出口出得到上液流，另一部分液體從旋流分離器下端物料出口出得到下液流；2)將步驟1)得到的下液流進(jìn)行真空過(guò)濾，并用水漂洗碳化硅，將得到的濾餅置入 濃度在0. 5% -40%，溫度為25-80°C的堿液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)0. 5-5小時(shí)；3)將步驟2)經(jīng)過(guò)堿液反應(yīng)的碳化硅流，通過(guò)離心機(jī)離心分離，得到硅酸鈉和含有 雜質(zhì)的碳化硅，將含有雜質(zhì)的碳化硅打入真空帶式過(guò)濾機(jī)，用清水漂洗，得到碳化硅濾餅；4)將步驟3)得到的碳化硅濾餅置入濃度在0. 5-40%，溫度25-80°C的酸液中反 應(yīng)0. 5-5小時(shí)，打入旋流分離器中，壓力保持在0. 5-3bar，于得到的上液流中加入堿，將得 到的下液流通過(guò)真空過(guò)濾，并用清水清洗，真空吸去水分，得到水分含量在5-35%的濾餅；5)將步驟4)得到的濾餅，加熱烘干，溫度控制在80-130°C，加熱2-10小時(shí)，使碳 化硅含水率低于0. 1 %，利用傳輸帶送入風(fēng)力分級(jí)機(jī)中進(jìn)行粒徑控制，接著通過(guò)20-60um振 動(dòng)篩篩選，篩出大顆粒雜質(zhì)后得成品碳化硅；6)于步驟1)分離得到的上液流，進(jìn)行固液分離，得到的液體，控制聚乙二醇含量 在15 % -40 %之間，在25-60 V的條件下，于其中加入脫色劑和助濾劑，反應(yīng)30-120分鐘后， 進(jìn)行固液分離；7)將步驟6)分離得到的液體過(guò)濾后，進(jìn)入離子交換系統(tǒng)，降低電導(dǎo)率，之后再進(jìn) 行蒸發(fā)，水分控制在0. 5%以下，即得到成品聚乙二醇切削液。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的 方法，所述步驟6)中的脫色劑為活性炭；助濾劑為選自硅藻土和珍珠巖中的一種。
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本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的 方法，所述步驟7)離子交換系統(tǒng)包括大陽(yáng)床、大陰床和小陽(yáng)床；所述大陽(yáng)床采用羧酸陽(yáng)離 子交換樹(shù)脂SlOO強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)脂；所述大陰床采用羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂M600強(qiáng)堿陰離子 樹(shù)脂；所述小陽(yáng)床采用羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂CNP80WS強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)脂。
本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的 方法，所述大陽(yáng)床、大陰床和小陽(yáng)床的重量比例為1 1.3 0.1。
本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的 方法，所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鈣。
本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的 方法，所述酸液為選自草酸、硝酸、硫酸和鹽酸中的一種。
砂漿中的主要雜質(zhì)是硅粉，鐵粉，和水分，旋流分離器和碳化硅回收流程主要是去 除大部分的硅粉和鐵粉，以及不合格的碳化硅顆粒；聚乙二醇切削液回收流程主要是去除 懸浮在液體中的硅粉，和氧化鐵，二氧化三鐵等以鹽等形態(tài)出現(xiàn)的鐵；
事先加入聚乙二醇溶液和水，目的是實(shí)現(xiàn)聚乙二醇溶液、水和砂漿同時(shí)進(jìn)入旋流 分離器，以控制上液流中的聚乙二醇比例在15-40%之間；同時(shí)，聚乙二醇溶液、水和砂漿 同時(shí)進(jìn)入也是旋流分離器工作的要求之一，原理是降低漿液黏度，易于旋流分離，還有就是 控制旋流器內(nèi)部的液位。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇 切削液的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、整個(gè)回收過(guò)程是純物理過(guò)程，是一個(gè)環(huán)境友好工藝體系，清潔，安全，無(wú)污染；
2、回收的碳化硅、聚乙二醇具有和新產(chǎn)品同等質(zhì)量及同等使用效果；
3、制備方法簡(jiǎn)單，快速有效；
4、該方法回收得到的碳化硅與聚乙二醇，能起到提高切割效率，減少斷線率等作 用；
5、回收的碳化硅粒徑分布更集中，純度更高，水分及揮發(fā)物含量更少。


圖1是本發(fā)明提供的一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的 方法工藝流程圖；具體實(shí)施方式
以下通過(guò)附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明提供的一種從硅片切割廢砂漿中回收碳 化硅的方法做進(jìn)一步更詳細(xì)的說(shuō)明。
相關(guān)試驗(yàn)
1200#碳化硅為例
權(quán)利要求
1.一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的方法，包括以下步驟1)將硅片切割廢砂漿攪拌均勻，加入含量在1-35%的聚乙二醇溶液和水，控制溫度在 25-65°C，壓力在0. 5-3bar下，通過(guò)旋流分離器進(jìn)行分離，一部分液體從旋流分離器上端物 料出口出得到上液流，另一部分液體從旋流分離器下端物料出口出得到下液流；2)將步驟1)得到的下液流進(jìn)行真空過(guò)濾，并用水漂洗碳化硅，將得到的濾餅置入濃度 在0. 5-40%，溫度為25-80°C的堿液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)0. 5-5小時(shí)；3)將步驟2)經(jīng)過(guò)堿液反應(yīng)的碳化硅流，通過(guò)離心機(jī)離心分離，得到硅酸鈉和含有雜質(zhì) 的碳化硅，將含有雜質(zhì)的碳化硅打入真空帶式過(guò)濾機(jī)，用清水漂洗，得到碳化硅濾餅；4)將步驟幻得到的碳化硅濾餅置入濃度在0.5-40%，溫度25-80°C的酸液中反應(yīng) 0. 5-5小時(shí)，打入旋流分離器中，壓力保持在0. 5-;3bar，于得到的上液流中加入堿，將得到 的下液流通過(guò)真空過(guò)濾，并用清水清洗，真空吸去水分，得到水分含量在5-35%的濾餅；5)將步驟4)得到的濾餅，加熱烘干，溫度控制在80-130°C，加熱2-10小時(shí)，使碳化硅 含水率低于0. 1 %，接著利用傳輸帶送入風(fēng)力分級(jí)機(jī)中進(jìn)行粒徑控制，然后通過(guò)20-60um振 動(dòng)篩篩選，篩出大顆粒雜質(zhì)后得成品碳化硅；6)于步驟1)分離得到的上液流，進(jìn)行固液分離，得到的液體，控制聚乙二醇含量在 15% -40%之間，在25-60°C的條件下，于其中加入脫色劑和助濾劑，反應(yīng)30-120分鐘后，進(jìn) 行固液分離；7)將步驟6)分離得到的液體過(guò)濾后，進(jìn)入離子交換系統(tǒng)，降低電導(dǎo)率，之后再進(jìn)行蒸 發(fā)，水分控制在0. 5%以下，即得到成品聚乙二醇切削液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅的方法，其特征在于所述步 驟6)中的脫色劑為活性炭；助濾劑為選自硅藻土和珍珠巖中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅的方法，其特征在于所述 步驟7)離子交換系統(tǒng)包括大陽(yáng)床、大陰床和小陽(yáng)床；所述大陽(yáng)床采用羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 SlOO強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)脂；所述大陰床采用羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂M600強(qiáng)堿陰離子樹(shù)脂；所述小 陽(yáng)床采用羧酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂CNP80 WS強(qiáng)酸陽(yáng)離子樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述大陽(yáng)床、大陰床和小陽(yáng)床的重量比例 為 1 1. 3 0. 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鈣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酸液為選自草酸、硝酸、硫酸和鹽酸中 的一種。
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的方法，砂漿經(jīng)常溫下攪拌后，進(jìn)行固液分離，獲得下液流和上液流，下液流進(jìn)入帶式過(guò)濾機(jī)，得到經(jīng)過(guò)清洗的碳化硅，使用堿液漂洗，打入離心分離機(jī)后，再經(jīng)帶式過(guò)濾機(jī)清洗后，使用草酸漂洗，再打入三級(jí)水力旋流分離器，得到的碳化硅下液流進(jìn)入第三帶式過(guò)濾機(jī)，清洗過(guò)的碳化硅經(jīng)傳送帶進(jìn)入烘干機(jī)，干燥后的碳化硅經(jīng)風(fēng)力分級(jí)分級(jí)、振動(dòng)篩篩除大顆粒雜質(zhì)即可包裝，砂漿分離后得到的液體部分，進(jìn)行固液分離，液體中加入脫色劑和助濾劑，進(jìn)入壓濾機(jī)，分離出的液體經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器后，進(jìn)入離子交換系統(tǒng)，再經(jīng)蒸發(fā)裝置脫去水分，即得到聚乙二醇；本發(fā)明避免了砂漿直接排放對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)還有效降低了硅片切割時(shí)的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C01B31/36GK102031193SQ20101052815
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者薛榮秀 申請(qǐng)人:薛榮秀