專利名稱：從硅片切割加工副產(chǎn)物中回收碳化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從硅片切割加工副產(chǎn)物中回收碳化硅的方法。應(yīng)用領(lǐng)域 主要是太陽能行業(yè)硅片切割加工副產(chǎn)物、電子行業(yè)硅片切割加工副產(chǎn)物?；?收高純度碳化硅可回用于硅片的切割加工，也可以用于其它商品碳化硅適用 的場所。
技術(shù)背景硅片切割加工過程中為了降低機械應(yīng)力、熱應(yīng)力，保障線切割過程成為 穩(wěn)定的過程，需要加入大量的切割液，在加工過程中會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。 這種副產(chǎn)物的主要成分為大量有機物(即切割液的主要成分乙二醇、多乙 二醇、乙二醇單甲醚、表面活性劑的混合液)，以及在使用該切割液時添加 在其中的碳化硅(該碳化硅用作切割液的磨料)，和在切割過程中產(chǎn)生的多 晶硅(或單晶硅)顆粒。硅片切割加工副產(chǎn)物若處理不當，不僅會產(chǎn)生嚴重的 環(huán)境污染，而且浪費了大量的資源。隨著國家節(jié)能降耗，保護環(huán)境政策的實 施，從硅片切割加工副產(chǎn)物中回收經(jīng)濟價值較高的碳化硅，可回用于硅片的 切割加工過程，也可以用于商品碳化硅使用場合。碳化硅具有兩種晶型，卩-型是立方體，a=0.4350 nm特硬。綠色至藍黑 色。介電常數(shù)7。硬度9Mobs。 A-是半導(dǎo)體。遷移率(300 K)， cm2 / (VS)， 400電子和50空穴，譜帶間隙eV， 303(0 K)和2.996(300 K);有效質(zhì)量0.60 電子和1.00空穴，電導(dǎo)性，耐高溫氧化性能。相對密度3.16。熔點283(TC。 導(dǎo)熱系數(shù)(500。C)22.5、 (1000°C)23.7W/(m2K)。熱膨脹系數(shù)線性至100°C: 5.2xl(T6/°C，不溶于水、醇；溶于熔融堿金屬氫氧化物。通常碳化硅在切割 加工過程中，由于機械力作用，導(dǎo)致碳化硅微粒的球形系數(shù)、粒徑和粒徑分 布發(fā)生變化；另外，切割液使用過程中，多晶硅被切割的粉末和其它機械雜 質(zhì)混于其中，形成混合性切割加工副產(chǎn)物。切割用碳化硅微粒要求很高的純 度以及一定的球形系數(shù)，合適的粒徑分布。所以，硅片切割加工副產(chǎn)物不能 直接回用于生產(chǎn)過程。碳化硅作為重要的材料，由于生產(chǎn)過程復(fù)雜，消耗大 量的能源，價格高，所以，人們一直致力于從硅片切割加工副產(chǎn)物中提取高 純度、符合硅片切割加工工藝要求的碳化硅微粉。本發(fā)明的目的在于研究一種從硅片切割加工副產(chǎn)物中提取高純度，符合 硅片切割加工工藝要求的碳化硅微粒的方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于研究一種從太陽能級硅片切割加工副產(chǎn)物、電子級硅 片切割加工副產(chǎn)物中提取高純度碳化硅微粒的方法。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，硅片切割加工副產(chǎn)物經(jīng)混合均勻后，加入分離劑，用量為5~50%，混合溫度為常溫或在5(TC 8(TC (提高溫度可以提 高效率)；用傳送機械送入機械分離器，機械分離器的操作溫度為5~80°C; 由機械分離器獲得50 95%的富碳化硅漿料和5~50%的貧碳化硅懸浮液；富 碳化硅漿料再進行多級機械分離，獲得的高純度碳化硅漿料再由機械分離去 除切割液及分離劑，然后進行堿洗、酸洗和清洗，所得碳化硅濕料經(jīng)烘干、 分級后，得高純度碳化硅產(chǎn)品。硅片切割加工副產(chǎn)物中包括太陽能級硅片切割加工副產(chǎn)物和電子級硅 片切割加工副產(chǎn)物?；厥盏奶蓟栌糜诠杵懈罴庸み^程或作為碳化硅產(chǎn)品；所述貧碳化硅 懸浮液用作后道工序由機械分離提取分離劑及切割液，回收多晶硅。在對富碳化硅漿料進行多級機械分離前，再次在富碳化硅漿料中加入分 離劑。所述分離劑包括下述物質(zhì)中的一種或多種的混合物a、 乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、平均分子量200 10000Dalton的聚乙二醇中的一種或多種混合液；b、 非離子表面活性劑；c、 聚乙二醇單油酸酯、聚乙二醇雙油酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚 乙二醇雙硬脂酸酯中的一種或幾種混合物；d、 聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)滲透劑；e、 黏度調(diào)節(jié)劑，該黏度調(diào)節(jié)劑的主要成分為含多羥基的聚丙烯酸酯。 機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機、立式離心機、管式離心機和旋流器中的一種或幾種組合。堿洗所用的堿是液體或固體的金屬氫氧化物，堿洗溫度為常溫或在 50。C 120。C;酸洗所用的酸為無機酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合 物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在5(TC 12(TC;清洗時用潔凈的 清水，清洗溫度為50~120°C，在清洗后再經(jīng)機械分離得到碳化硅濕料。在烘干碳化硅濕料時所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥 法；烘干溫度40 15(TC，烘干壓力包括常壓干燥和真空干燥；所述分級方法 包括篩分法和氣流法分級。所述乙二醇包括乙二醇單甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇 雙乙醚、乙二醇單丁醚中的一種或幾種混合液；所述金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉；所述無機酸為硫酸、 碳酸、硝酸、鹽酸；所述有機酸為草酸、檸檬酸。本發(fā)明的優(yōu)點是對硅片切割加工副產(chǎn)物進行加工，可以獲得能夠滿足 硅片切割加工要求的碳化硅微粉，并且為切割液回收提供條件，使資源得到 充分利用，減少對環(huán)境的污染。
具體實施方式
硅片切割加工副產(chǎn)物先經(jīng)過預(yù)處理，去除所含大顆粒雜質(zhì)，進入混合設(shè) 備，在機械攪拌均勻后，加入聚乙二醇、二乙二醇乙醚、乙二醇甲醚、表面活性劑、滲透劑、聚乙二醇油酸酯、黏度調(diào)節(jié)劑等，在常溫或在50°C~80°C (提高溫度可以提高效率)下攪拌，目的在于使顆粒性固體物與混合液中各 組分形成較好的物理作用及化學(xué)作用。將分散良好的懸浮液送入分離機，分 離機包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機、立式離心機、管 式離心機和旋流器中的一種或幾種組合等；分離機的操作可以間歇式、連續(xù) 式或間歇與連續(xù)混合式操作；經(jīng)過常溫或在50°C~80°C (提高溫度可以提高 效率)分離機分離為富含碳化硅的漿料和貧碳化硅懸浮液。第一次分離所得 富碳化硅漿料為50 95%，貧碳化硅懸浮液5 50%;所得貧碳化硅懸浮液可 進行有機物回收。所得富碳化硅漿料，再次加入上述各組分，混合均勻后， 進行分離機分離，分離機分離次數(shù)可以是1 5次。多級分離機分離所得貧碳 化硅懸浮液可以用于初級分離機分離，或可以用于液體有機物分離，或去有 機物回收工序。所得含高濃度碳化硅的漿料進行洗滌，或經(jīng)過分離其中的液 體后進行洗滌。洗滌先進行堿洗，堿洗可以是液堿或固體堿，堿為NaOH、 KOH等金屬氫氧化物，洗滌溫度為常溫或在50°C~120°C (提高溫度可以提 高效率)，堿洗后，分離液體后進行酸洗，酸洗為硫酸、碳酸、硝酸、鹽酸 等無機酸或草酸、檸檬酸等有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物，酸可以 是純酸或溶液，溫度為常溫或在50'C 12(TC (提高溫度可以提高效率)。酸 洗后分離去除液體后，以水漂洗至中性。漂洗溫度為常溫或在5(TC 12(TC(提 高溫度可以提高效率)。再次分離后，對濕態(tài)碳化硅進行干燥。干燥可以用 固定床干燥器或流化床干燥器；干燥壓力型式可以是常壓、加壓或真空干燥， 對經(jīng)干燥的碳化硅進行篩分，根據(jù)篩分獲得不同用途的碳化硅微粉。 實施例1取硅片切割副產(chǎn)物的樣品1000g，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻后，加 入250g分離劑，混合溫度為常溫或在50 8(TC，分離劑的組成為聚乙二醇 200(PEG200)50g，聚乙二醇10000(PEG10000)20g，聚乙二醇單乙醚12g，聚 乙二醇單油酸酯(DO400)5g，非離子表面活性劑(OP-10)llg，滲透劑(JFC)8g， 在5。C下攪拌均勻后，進入離心分離機，得到750g富碳化硅漿料和貧碳化硅 懸浮液500g，對富碳化硅漿料經(jīng)二級離心分離后，富含碳化硅漿料以25% NaOH溶液在5(TC下攪拌lh，進入離心分離機，去除大部分液體后，再加 入70X硫酸在5(TC下攪拌lh后，進入離心分離機，去除大部分液體后，再 用清水漂洗至中性，經(jīng)機械分離后，于80'C下烘箱干燥8h，干燥后的粉末 以篩分法獲得產(chǎn)品，與新鮮碳化硅以6: 4比例加入到太陽能硅片切割液對 太陽能級硅棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。實施例2取硅片切割副產(chǎn)物的樣品1000g，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻后，加入350g分離劑，分離劑的組成為聚乙二醇200(PEG200)100g，聚乙二醇 10000(PEG10000)50g，聚乙二醇單乙醚22g，聚乙二醇單油酸酯(DO400)8g， 聚乙二醇雙油酸酯(MO600)8g非離子表面活性劑(OP-10)12g，滲透劑 (JFC)8g，在8(TC下攪拌均勻后，進入離心分離機，得到800g富碳化硅漿料 和貧碳化硅懸浮液453g，對富碳化硅漿料經(jīng)二級離心分離后，富含碳化硅漿 料以30。/^NaOH溶液在5(TC下攪拌lh，進入離心分離機，去除大部分液體 后，再加入60^的硫酸在5(TC下攪拌lh后，進入離心分離機，去除大部分 液體后，再用清水漂洗至中性，經(jīng)機械分離后，于8(TC下烘箱干燥8h，干 燥后的粉末以篩分法獲得產(chǎn)品，與新鮮碳化硅以7: 3比例加入到太陽能硅 片切割液對太陽能級硅棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。 實施例3取硅片切割副產(chǎn)物的樣品1000g，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻后，加 入200g分離劑，分離劑的組成為聚乙二醇400(PEG400)50g，聚乙二醇 800(PEG800)20g，聚乙二醇單乙醚12g，聚乙二醇單油酸酯(DO400)5g，聚 乙二醇雙油酸酯(MO600)5g非離子表面活性劑(OP-10)8g，滲透劑(JFC)8g， 黏度調(diào)節(jié)劑5g在40。C下攪拌均勻后，進入離心分離機，得到813g富碳化硅 漿料和貧碳化硅懸浮液528g，對富碳化硅漿料經(jīng)二級離心分離后，富含碳化 硅漿料以30XNaOH溶液在50'C下攪拌lh，進入離心分離機，去除大部分 液體后，再加入60。/a肖酸在5(TC下攪拌lh后，進入離心分離機，去除大部 分液體后，再用清水漂洗至中性，經(jīng)機械分離后，于80"C下烘箱干燥8h， 干燥后的粉末以篩分法獲得產(chǎn)品，與新鮮碳化硅以5: 5比例加入到太陽能 硅片切割液對太陽能級硅棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。實施例4取硅片切割副產(chǎn)物的樣品1000g，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻后，加 入300g分離劑，分離劑的組成為聚乙二醇400(PEG400)92g，聚乙二醇 800(PEG800)50g，聚乙二醇單乙醚15g，聚乙二醇單油酸酯(DO400)10g，聚 乙二醇雙油酸酯(MO600)12g，非離子表面活性劑(OP-10)14g，滲透劑 (JFC)10g，黏度調(diào)節(jié)劑5g在60'C下攪拌均勻后，進入離心分離機，得到803g 富碳化硅漿料和貧碳化硅懸浮液500g,對富碳化硅漿料經(jīng)三級離心分離后， 富含碳化硅槳料以30^NaOH溶液在5(TC下攪拌lh，進入離心分離機，去 除大部分液體后，再加入60^硝酸在5(TC下攪拌lh后，進入離心分離機， 去除大部分液體后，再用清水漂洗至中性，經(jīng)機械分離后，于8(TC下烘箱干 燥8h，干燥后的粉末以篩分法獲得產(chǎn)品，與新鮮碳化硅以8: 2比例加入到 太陽能硅片切割液對太陽能級硅棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。
權(quán)利要求
1、一種從硅片切割加工副產(chǎn)物中回收碳化硅的方法，其特征在于硅片切割加工副產(chǎn)物經(jīng)混合均勻后，加入分離劑，用量為5～50％，混合溫度為常溫或在50～80℃；用傳送機械送入機械分離器，機械分離器的操作溫度為5～80℃；由機械分離器獲得50～95％的富碳化硅漿料和5～50％的貧碳化硅懸浮液；富碳化硅漿料再進行多級機械分離，獲得的高純度碳化硅漿料再由機械分離去除切割液及分離劑，然后進行堿洗、酸洗和清洗，所得碳化硅濕料經(jīng)烘干、分級后，得高純度碳化硅產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方法，其特征在于硅片切割加工副產(chǎn)物中包括太陽能級硅片切割加工 副產(chǎn)物和電子級硅片切割加工副產(chǎn)物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方法，其特征在于回收的碳化硅用于硅片切割加工過程或作為碳化硅 產(chǎn)品；所述貧碳化硅懸浮液用作后道工序由機械分離提取分離劑及切 割液，回收多晶硅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方 法，其特征在于在對富碳化硅漿料進行多級機械分離前，再次在富 碳化硅漿料中加入分離劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的 方法，其特征在于，所述分離劑包括下述物質(zhì)中的一種或多種的混合 物a、 乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、平均分子量200~1 0000Dalton 的聚乙二醇；b、 非離子表面活性劑；C、聚乙二醇單油酸酯、聚乙二醇雙油酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯、 聚乙二醇雙硬脂酸酯中的一種或幾種混合物；d、 聚氧乙烯仲垸基醇醚滲透劑；e、 黏度調(diào)節(jié)劑，該黏度調(diào)節(jié)劑的主要成分為含多羥基的聚丙烯酸酯。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方 法，其特征在于機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、 臥式離心機、立式離心機、管式離心機和旋流器中的一種或幾種組合。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方 法，其特征在于堿洗所用的堿是液體或固體的金屬氫氧化物，堿洗 溫度為常溫或在50°C 120°C;酸洗所用的酸為無機酸或有機酸，或者 有機酸與無機酸的混合物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在50°C~120°C;清洗時用潔凈的清水，清洗溫度為50~120°C，在清洗后 再經(jīng)機械分離得到碳化硅濕料?！?br> 8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方法，其特征在于，在烘干碳化硅濕料時所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥法；烘干溫度40 150°C，烘干壓力包括常壓干燥 和真空干燥；所述分級方法包括篩分法和氣流法分級。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方 法，其特征在于，所述乙二醇包括乙二醇單甲醚、乙二醇二甲醚、乙 二醇單乙醚、乙二醇雙乙醚、乙二醇單丁醚中的一種或幾種混合液；
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述從硅片切割加工副產(chǎn)物回收碳化硅的方 法，其特征在于，所述金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉； 所述無機酸為硫酸、碳酸、硝酸、鹽酸；所述有機酸為草酸、檸檬酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能級硅片和電子級硅片切割加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物回收碳化硅的方法。具體地說，硅片切割加工過程中為了降低機械應(yīng)力、熱應(yīng)力，保障線切割過程成為穩(wěn)定的過程，需要加入大量的漿狀切割液，從而產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，這種副產(chǎn)物中含有大量有機物、碳化硅和多晶硅(單晶硅)；從這種副產(chǎn)物中回收可以用于硅片切割加工的碳化硅微粉。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，硅片切割加工副產(chǎn)物加入分離劑后，進行機械分離，得到富含碳化硅的漿料，對其再進行機械分離，得到的濕態(tài)固體進行堿洗、酸洗及水洗后，經(jīng)機械分離、干燥及粒徑分級獲得可回用于硅片切割加工過程的碳化硅微粉。
文檔編號C01B31/00GK101244823SQ20081002074
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者仲其成, 劉來寶, 孫余憑 申請人:江南大學(xué)