專利名稱：回收硅片切割液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從硅片切割生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢切割液中，回收切割液的精 制辦法。應(yīng)用于太陽能行業(yè)、電子行業(yè)等硅片切割加工所產(chǎn)生的廢切割液的回 收利用。
背景技術(shù)：
由于在應(yīng)用上對太陽能硅片表面的平整度、潔凈度、導(dǎo)電性等性能指標(biāo)有 著嚴(yán)格的要求，太陽能硅片的切割過程中，需要使用硬度高、粒度小且粒徑分 布集中的碳化硅微粉作為主要切削介質(zhì)。為使碳化硅微粉在切削過程中分散均 勻，同時及時帶走切削過程中產(chǎn)生的巨大的摩擦熱，通常需先將碳化微粉按照
一定比例加入到以聚乙二醇(PEG)基為主要原料合成的水溶性太陽能硅片切割 液中并充分分散，配置成均勻穩(wěn)定的切割砂漿后再用于硅片切割。
使用碳化硅微粉作為介質(zhì)在太陽能硅片線切割過程中，由于碳化硅顆粒與 硅棒之間的碰撞和摩擦而產(chǎn)生的破碎碳化硅顆粒和硅顆粒也將混入切割體系 中。為了避免被切割開的硅片受切割體系溫度升高的影響而發(fā)生翹曲和其表面 被細(xì)碎顆粒過度研磨而影響其光潔度，必須設(shè)法將切割熱及破碎顆粒及時帶出 切割體系，因此切割液的主要作用是使砂漿具有良好的流動性，碳化硅顆粒能 夠在切割體系中均勻穩(wěn)定的分散，在鋼線的高速運(yùn)動中以均勻平穩(wěn)的切割力場
作用于硅棒表面，同時及時帶走切割熱和破碎顆粒，保證硅片的表面質(zhì)量。
整個切割過程對太陽能硅片切割液的質(zhì)量提出了極高的要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 由于太陽能硅片切割液是用浸潤性好，排削能力強(qiáng)且對碳化硅類磨料具有優(yōu)良 的分散特性的聚乙二醇(PEG)基為主要成份生成的化合物，因而聚乙二醇(PEG) 的性能特點(diǎn)對硅片切割液本身以及硅片的加工過程起著無可替代的作用。聚乙 二醇(PEG)為低毒無刺激性聚合物。具有很強(qiáng)的吸水性，在常溫條件下可從空 氣中吸收水分，液體可與水任意比例混溶，當(dāng)溫度升高后，任何級分的固體聚 乙二醇均能與水任意比例互溶，當(dāng)溫度高至水的沸點(diǎn)時，聚合物會沉淀出來， 析出溫度取決于聚合物的分子量和濃度。用于硅片切割過程中的切割液的聚乙 二醇(PEG)分子量通常為300-400，這一級別的PEG具有適宜的粘度指標(biāo)，既 有良好的流動性，又對碳化硅微粉具有良好的分散穩(wěn)定性，帶砂能力強(qiáng)。除了 聚乙二醇之外，切割液中還包括其他一些有機(jī)成分，主要有乙二醇、乙二醇單 甲醚、表面活性劑、滲透劑、粘度調(diào)節(jié)劑等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于研究一種硅片切割液回收過程中的精制辦法，以便有效 解決目前切割液回收行業(yè)中存在的固液分離困難、回收液純度不高，回收收率 較低等普遍問題，實(shí)現(xiàn)資源的可再生利用，并達(dá)到清潔生產(chǎn)要求。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述從硅片切割生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢切割液中回收切割液的方法，包括如下步驟
步驟一，分離固體份，在分離設(shè)備中去所述除廢切割液中的固體份；
步驟二，精密過濾，將去除了固體份后的廢切割液送入精密過濾器，精密 過濾器的過濾精度在1~25 U m;以去除廢切割液中殘留的硅粉和顆粒雜質(zhì)；
步驟三，膜分離，利用水泵使經(jīng)過精密過濾后的廢切割液通過分子量在 50000-7000000MW的過濾膜，以去除廢切割液中分子量大于50000到7000000 的雜質(zhì)；操作壓力在0.1-2.0mpa;對于某種選定的膜來說，分子量是固定的，對 于不同性質(zhì)的PEG廢切割液，可以選用的過濾膜的分子量從50000到7000000 之間的某一種過濾膜來對廢切割液進(jìn)行分離，廢切割液中大于所述分子量的物 質(zhì)不能通過所述過濾膜，只有小于所述分子量的物質(zhì)才能通過所述過濾膜；
步驟四，離子交換，將經(jīng)過膜分離后的廢切割液通過離子交換設(shè)備，以吸 附掉所述廢切割液中的重金屬離子、酸根離子以及加水洗料過程中混入的鈣、 鎂離子；
步i五，蒸發(fā)濃縮脫水，經(jīng)過離子交換后的廢切割液送入濃縮設(shè)備內(nèi)，使 所述廢切割液的含水率下降至0.5%,形成可回用的切割液。
所述切割液的成分為聚乙二醇、乙二醇、乙二醇單甲醚、表面活性劑、 滲透劑及粘度調(diào)節(jié)劑。
步驟一中所述的分離設(shè)備包括離心分離器、板框過濾器或沉降器；在所述 分離設(shè)備中去除所述固體份時，要降低廢切割液的黏度至50-150cps;降低廢切 割液的黏度的方法包括加溫或/和加水稀釋。
步驟二中所述的精密過濾器包括袋式過濾器或濾芯式過濾器；過濾形式包 括濾渣收集式或濾渣自排放式。
在精密過濾時，采用不同精度的過濾器進(jìn)行串聯(lián)后分級過濾。
所述過濾膜為巻式膜、板式膜、中空纖維膜或陶瓷膜；操作溫度為5-65'C。 切割液是以聚乙二醇為主要組分但同時包括乙二醇、乙二醇單甲醚、表面活性 劑、滲透劑及粘度調(diào)節(jié)劑等成分的液體，廢切割液中的這些成分不能在膜分離 時被過濾膜截留掉，否則切割液的組分就會遭到破壞。這些成分都有其個性的 分子量特征，如用于切割液中的聚乙二醇分子量為200-700。膜分離后這些東西 要能夠全部被保留在切割液中。因此，過濾膜的分子量選擇就要兼顧到所有對 切割液有用的成分可以通過膜孔，不需要的成分則被過濾掉。
所述離子交換設(shè)備包括樹脂交換柱，所述樹脂交換柱選用陰陽離子分列單 柱串聯(lián)、或多柱串聯(lián)、或單柱加混合樹脂交換柱串聯(lián)；操作壓力在0.05-0.40mpa， 操作溫度5-48。C 。
步驟五中所述的濃縮設(shè)備包括單效蒸發(fā)濃縮設(shè)備、多效蒸發(fā)濃縮設(shè)備；或 者轉(zhuǎn)鼓式、降膜式、升膜式、立管式或強(qiáng)制循環(huán)式濃縮設(shè)備，或者這些設(shè)備中 的負(fù)壓或常壓蒸發(fā)設(shè)備。
在所述負(fù)壓蒸發(fā)設(shè)備中，當(dāng)采用三效負(fù)壓蒸發(fā)器時， 一效的負(fù)壓在 0.005-0.05mpa之間，溫度在70-90°C; 二效的負(fù)壓在0.05-0.15mpa之間，溫度 在50-75。C。所述的蒸發(fā)濃縮脫水工序所得到的蒸餾水用于(1)、步驟一中，作為降低 粘度的水；(2)、采用板框作為壓濾設(shè)備時在進(jìn)料完畢后，吹氣前進(jìn)一定量的水 將板框濾餅中所含的PEG洗脫出來，以提高回收率。同時還可以用于PEG廢切 割液回收過程的管道沖洗、場地清潔、廢硅粉清洗等工藝清洗用水。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、適合各種前處理工藝方法PEG切割液回收行業(yè)前處理 主要采用二種分離方式其一是對廢切割液直接分離(含分離前對料液加溫處
理以降低粘度)，其二是加水(含加溫)過濾。對于第一種方式而言，分離下
來的半干廢渣(內(nèi)含碳化硅和硅粉等)中含有30。/。-80。/。甚至更高的PEG，這部 分PEG,在廢渣回收(專門分離碳化硅和硅粉)精制過程中，需要用加水洗料 等方法稀釋后再壓濾去除，否則影響回收的碳化硅的質(zhì)量；同時將這部分混合 于洗料水中的PEG回收利用，也是提高PEG收率的重要途徑。本發(fā)明可以接納 這部分洗料廢水并從水中提取有價值的PEG,使PEG回收的經(jīng)濟(jì)效益得到大幅 度提高。2、提高回收切割液的產(chǎn)品質(zhì)量采用膜分離技術(shù)和樹脂交換工藝后， 廢切割液中殘留的顆粒物和金屬離子幾乎被全部去除?；厥盏玫降腜EG中重金 屬含量小于15ppm。這個指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到并好于PEG新料標(biāo)準(zhǔn)，對于切割液的 重復(fù)利用是至關(guān)重要的。


圖l是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
切割廢切割液經(jīng)過初步固液分離后，廢切割液中的碳化硅等磨料成分被大 部分去除，以PEG為主要成分的廢切割液液體經(jīng)過分離精制后達(dá)到可重新使用 的較好效果。
PEG廢切割液回收行業(yè)目前多采用離心分離或板框過濾進(jìn)行初步的固液分 離。為了提高分離效率，業(yè)內(nèi)普遍采用加溫、加水或二者兼用的辦法以降低廢 切割液粘度。本發(fā)明與這些前處理工藝兼容。經(jīng)過初步固液分離后，廢切割液 中的固體份含量通常在10g-100g/L。料液溫度可以是常溫，也可以超過或低于 自然溫度。超過常溫時最好(但不局限)在49i:以下。殘留在液體中的固體份 組分通常是碳化硅、單晶或多晶硅粉、金屬碎屑和金屬離子等。
本發(fā)明所說的分離精制過程，包括精密過濾、膜分離、離子交換、蒸發(fā)濃 縮脫水等幾個工藝步驟(見流程圖)。
精密過濾采用介質(zhì)精度在l-25pm的袋式過濾器或濾芯式過濾器，形式包括 濾渣收集式和自動(或手動)排放式。根據(jù)廢切割液固體份含量及雜質(zhì)的顆粒 大小，也可以采用不同精度的介質(zhì)進(jìn)行串聯(lián)的分級過濾。精密過濾器采用水泵 或壓縮空氣提供過濾動能，壓力在0.05-1.50mpa。
膜分離采用分子量在50000-7000000 (道爾頓分子量)的巻式膜、或板式膜、 或中空纖維膜、陶瓷膜等，具體形式可根據(jù)料液情況和成本因素選用。膜分離 階段的主要作用是去除料液中殘留的小于精密過濾介質(zhì)精度的極小雜質(zhì)，包括 硅粉、金屬小顆粒、料液使用和生產(chǎn)儲運(yùn)過程中混入的油污、微生物、灰塵等。 同時，兼有降低色度、提高透光度的功能。分離膜的選擇必須考慮料液中的活
6性劑、其他潤滑劑、散熱劑等有用成分的分子量大小和結(jié)構(gòu)，防止切割液中這
些有用的物質(zhì)被截留。膜分離采用水泵動力，操作壓力在0.1-2.0mpa。操作溫度 最好(但不局限于)5-65 aC。
離子交換采用樹脂交換柱方式，使用樹脂交換柱方式時，選用陰陽離子分 列單柱串聯(lián)、或多柱串聯(lián)、或單柱加混合樹脂交換柱串聯(lián)。離子交換系統(tǒng)用以 去除料液中呈電導(dǎo)屬性的金屬離子，兼有降低色度的功能。交換柱對料液后的 料液，色度清澈光量，無異味，電導(dǎo)率在0.1-15us/cm,操作壓力在0.05-0.40mpa， 操作溫度5-48°C，需要再生樹脂前的過料倍率在30-120V/V (過料體積/樹脂 體積)。
蒸發(fā)濃縮脫水采用單效、多效蒸發(fā)濃縮設(shè)備，也可以使用轉(zhuǎn)鼓、降(升) 膜、立管、強(qiáng)制循環(huán)等蒸發(fā)設(shè)備，且包括這些設(shè)備中的可能有的負(fù)壓、常壓蒸 發(fā)濃縮設(shè)備。采用三效負(fù)壓蒸發(fā)器有利于降低能耗并得到高質(zhì)量的可回用切割 液。操作中"一效蒸發(fā)"負(fù)壓在0.005-0.05mpa之間，溫度在70-90°C; "二效蒸 發(fā)"負(fù)壓在0.05-0.15mpa之間，溫度在50-75'C。經(jīng)過蒸發(fā)其處理后的切割液， 視水分含量決定是否需要后備供需處理，最終達(dá)到水分含量在0.25-0.50%之間， 電導(dǎo)率在5-12us/cm之間，粘度(CP,25。C)在55-60之間。
實(shí)施例1
江蘇某PEG廢切割液回收公司建設(shè)過程中選用本發(fā)明所述主要工藝，建成 了 5000L/hr生產(chǎn)線?；厥誔EG產(chǎn)品已經(jīng)返回給江蘇無錫、常州等硅片切割公司 重復(fù)利用，達(dá)到那些硅片切割企業(yè)的質(zhì)量要求。實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到PEG 廢水處理量5500-6000L/hr，回收PEG電導(dǎo)率小于12us/cm，粘度(CP，25度) 55-60。
實(shí)施例2
河北某硅片切割企業(yè)送PEG廢切割液樣品500公斤，委托本公司進(jìn)行PEG 回收中試。采用本發(fā)明所述工藝方法，經(jīng)過初步去渣(100-15pm袋式過濾器串 聯(lián)過濾)、精密過濾(lpm濾芯式過濾器)、膜分離(PVDF材質(zhì)， 50000-7000000MW/板式和巻式分級)、樹脂交換(陰陽樹脂多柱串聯(lián))、蒸發(fā) (由委托方根據(jù)本發(fā)明有關(guān)設(shè)備和技術(shù)自行完成)。按照本發(fā)明前面所述的工 藝操作控制參數(shù)進(jìn)行試驗，回收得到PEG成品。經(jīng)試用，完全符合該公司硅片 切割要求。
權(quán)利要求
1、一種從硅片切割生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢切割液中回收切割液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟步驟一，分離固體份，在分離設(shè)備中去除廢切割液中的固體份；步驟二，精密過濾，將去除了固體份后的廢切割液送入精密過濾器，精密過濾器的過濾精度在1～25μm；以去除廢切割液中殘留的硅粉和顆粒雜質(zhì)；步驟三，膜分離，利用水泵使經(jīng)過精密過濾后的廢切割液通過分子量在50000-7000000MW的過濾膜，以去除廢切割液中分子量大于50000到7000000的雜質(zhì)；操作壓力在0.1-2.0mpa；步驟四，離子交換，將經(jīng)過膜分離后的廢切割液通過離子交換設(shè)備，以吸附掉所述廢切割液中的重金屬離子、酸根離子以及鈣、鎂離子；步驟五，蒸發(fā)濃縮脫水，經(jīng)過離子交換后的廢切割液送入濃縮設(shè)備內(nèi)，使所述廢切割液的含水率下降至0.5％，形成可回用的切割液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 在于，所述切割液的成分為聚乙二醇、乙二醇、乙二醇單甲醚、表面活性劑、 滲透劑及粘度調(diào)節(jié)劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 是步驟一中所述的分離設(shè)備包括離心分離器、板框過濾器或沉降器；在所述 分離設(shè)備中去除所述固體份時，要降低廢切割液的黏度至50-150cps;降低廢切 割液的黏度的方法包括加溫或/和加水稀釋。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 是步驟二中所述的精密過濾器包括袋式過濾器或濾芯式過濾器；過濾形式包 括濾渣收集式或濾渣自排放式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征是在精密過濾時，采用不同精度的過濾器進(jìn)行串聯(lián)后分級過濾。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 是所述過濾膜為巻式膜、板式膜、中空纖維膜或陶瓷膜；操作溫度為5-65'C。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 是所述離子交換設(shè)備包括樹脂交換柱，所述樹脂交換柱選用陰陽離子分列單 柱串聯(lián)、或多柱串聯(lián)、或單柱加混合樹脂交換柱串聯(lián)；操作壓力在0.05-0.40mpa， 操作溫度5-48°C。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 是步驟五中所述的濃縮設(shè)備包括單效蒸發(fā)濃縮設(shè)備、多效蒸發(fā)濃縮設(shè)備；或 者轉(zhuǎn)鼓式、降膜式、升膜式、立管式或強(qiáng)制循環(huán)式濃縮設(shè)備，或者這些設(shè)備中 的負(fù)壓或常壓蒸發(fā)設(shè)備。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特征 是在所述負(fù)壓蒸發(fā)設(shè)備中，當(dāng)采用三效負(fù)壓蒸發(fā)器時，一效的負(fù)壓在,0.005-0.05mpa之間，溫度在70-90°C; 二效的負(fù)壓在0.05-0.15mpa之間，溫度 在50-75 °C。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述從硅片切割廢切割液中回收切割液的方法，其特 征是所述的蒸發(fā)濃縮脫水工序所得到的蒸餾水用于步驟一中，作為降低粘度 的水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從硅片切割生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢切割液中，回收切割液的精制辦法。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述從硅片切割生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢切割液中回收切割液的方法，包括如下步驟步驟一，分離固體份，在分離設(shè)備中去所述除廢切割液中的固體份；步驟二，精密過濾，將去除了固體份后的廢切割液送入精密過濾器；步驟三，膜分離，利用水泵使經(jīng)過精密過濾后的廢切割液通過分子量在50000-7000000MW的過濾膜；步驟四，離子交換，將經(jīng)過膜分離后的廢切割液通過離子交換設(shè)備；步驟五，蒸發(fā)濃縮脫水，經(jīng)過離子交換后的廢切割液送入濃縮設(shè)備內(nèi)，形成可回用的切割液。本發(fā)明可以有效解決目前切割液回收行業(yè)中存在的固液分離困難、回收液純度不高，回收收率較低等普遍問題。
文檔編號C10M175/06GK101565649SQ20091002768
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者戴永琪 申請人:賽普(無錫)膜科技發(fā)展有限公司