专利名称：从硅片切割加工副产物中回收碳化硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种从硅片切割加工副产物中回收碳化硅的方法。应用领域 主要是太阳能行业硅片切割加工副产物、电子行业硅片切割加工副产物。回 收高纯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适用 的场所。
技术背景硅片切割加工过程中为了降低机械应力、热应力，保障线切割过程成为 稳定的过程，需要加入大量的切割液，在加工过程中会产生大量的副产物。 这种副产物的主要成分为大量有机物(即切割液的主要成分乙二醇、多乙 二醇、乙二醇单甲醚、表面活性剂的混合液)，以及在使用该切割液时添加 在其中的碳化硅(该碳化硅用作切割液的磨料)，和在切割过程中产生的多 晶硅(或单晶硅)颗粒。硅片切割加工副产物若处理不当，不仅会产生严重的 环境污染，而且浪费了大量的资源。随着国家节能降耗，保护环境政策的实 施，从硅片切割加工副产物中回收经济价值较高的碳化硅，可回用于硅片的 切割加工过程，也可以用于商品碳化硅使用场合。碳化硅具有两种晶型，卩-型是立方体，a=0.4350 nm特硬。绿色至蓝黑 色。介电常数7。硬度9Mobs。 A-是半导体。迁移率(300 K)， cm2 / (VS)， 400电子和50空穴，谱带间隙eV， 303(0 K)和2.996(300 K);有效质量0.60 电子和1.00空穴，电导性，耐高温氧化性能。相对密度3.16。熔点283(TC。 导热系数(500。C)22.5、 (1000°C)23.7W/(m2K)。热膨胀系数线性至100°C: 5.2xl(T6/°C，不溶于水、醇；溶于熔融碱金属氢氧化物。通常碳化硅在切割 加工过程中，由于机械力作用，导致碳化硅微粒的球形系数、粒径和粒径分 布发生变化；另外，切割液使用过程中，多晶硅被切割的粉末和其它机械杂 质混于其中，形成混合性切割加工副产物。切割用碳化硅微粒要求很高的纯 度以及一定的球形系数，合适的粒径分布。所以，硅片切割加工副产物不能 直接回用于生产过程。碳化硅作为重要的材料，由于生产过程复杂，消耗大 量的能源，价格高，所以，人们一直致力于从硅片切割加工副产物中提取高 纯度、符合硅片切割加工工艺要求的碳化硅微粉。本发明的目的在于研究一种从硅片切割加工副产物中提取高纯度，符合 硅片切割加工工艺要求的碳化硅微粒的方法。 发明内容本发明的目的在于研究一种从太阳能级硅片切割加工副产物、电子级硅 片切割加工副产物中提取高纯度碳化硅微粒的方法。按照本发明提供的技术方案，硅片切割加工副产物经混合均匀后，加入分离剂，用量为5~50%，混合温度为常温或在5(TC 8(TC (提高温度可以提 高效率)；用传送机械送入机械分离器，机械分离器的操作温度为5~80°C; 由机械分离器获得50 95%的富碳化硅浆料和5~50%的贫碳化硅悬浮液；富 碳化硅浆料再进行多级机械分离，获得的高纯度碳化硅浆料再由机械分离去 除切割液及分离剂，然后进行碱洗、酸洗和清洗，所得碳化硅湿料经烘干、 分级后，得高纯度碳化硅产品。硅片切割加工副产物中包括太阳能级硅片切割加工副产物和电子级硅 片切割加工副产物。回收的碳化硅用于硅片切割加工过程或作为碳化硅产品；所述贫碳化硅 悬浮液用作后道工序由机械分离提取分离剂及切割液，回收多晶硅。在对富碳化硅浆料进行多级机械分离前，再次在富碳化硅浆料中加入分 离剂。所述分离剂包括下述物质中的一种或多种的混合物a、 乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、平均分子量200 10000Dalton的聚乙二醇中的一种或多种混合液；b、 非离子表面活性剂；c、 聚乙二醇单油酸酯、聚乙二醇双油酸酯、聚乙二醇单硬脂酸酯、聚 乙二醇双硬脂酸酯中的一种或几种混合物；d、 聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)渗透剂；e、 黏度调节剂，该黏度调节剂的主要成分为含多羟基的聚丙烯酸酯。 机械分离器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、卧式离心机、立式离心机、管式离心机和旋流器中的一种或几种组合。碱洗所用的碱是液体或固体的金属氢氧化物，碱洗温度为常温或在 50。C 120。C;酸洗所用的酸为无机酸或有机酸，或者有机酸与无机酸的混合 物；所述酸是纯酸或酸溶液，温度为常温或在5(TC 12(TC;清洗时用洁净的 清水，清洗温度为50~120°C，在清洗后再经机械分离得到碳化硅湿料。在烘干碳化硅湿料时所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥 法；烘干温度40 15(TC，烘干压力包括常压干燥和真空干燥；所述分级方法 包括筛分法和气流法分级。所述乙二醇包括乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇 双乙醚、乙二醇单丁醚中的一种或几种混合液；所述金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠；所述无机酸为硫酸、 碳酸、硝酸、盐酸；所述有机酸为草酸、柠檬酸。本发明的优点是对硅片切割加工副产物进行加工，可以获得能够满足 硅片切割加工要求的碳化硅微粉，并且为切割液回收提供条件，使资源得到 充分利用，减少对环境的污染。
具体实施方式
硅片切割加工副产物先经过预处理，去除所含大颗粒杂质，进入混合设 备，在机械搅拌均匀后，加入聚乙二醇、二乙二醇乙醚、乙二醇甲醚、表面活性剂、渗透剂、聚乙二醇油酸酯、黏度调节剂等，在常温或在50°C~80°C (提高温度可以提高效率)下搅拌，目的在于使颗粒性固体物与混合液中各 组分形成较好的物理作用及化学作用。将分散良好的悬浮液送入分离机，分 离机包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、卧式离心机、立式离心机、管 式离心机和旋流器中的一种或几种组合等；分离机的操作可以间歇式、连续 式或间歇与连续混合式操作；经过常温或在50°C~80°C (提高温度可以提高 效率)分离机分离为富含碳化硅的浆料和贫碳化硅悬浮液。第一次分离所得 富碳化硅浆料为50 95%，贫碳化硅悬浮液5 50%;所得贫碳化硅悬浮液可 进行有机物回收。所得富碳化硅浆料，再次加入上述各组分，混合均匀后， 进行分离机分离，分离机分离次数可以是1 5次。多级分离机分离所得贫碳 化硅悬浮液可以用于初级分离机分离，或可以用于液体有机物分离，或去有 机物回收工序。所得含高浓度碳化硅的浆料进行洗涤，或经过分离其中的液 体后进行洗涤。洗涤先进行碱洗，碱洗可以是液碱或固体碱，碱为NaOH、 KOH等金属氢氧化物，洗涤温度为常温或在50°C~120°C (提高温度可以提 高效率)，碱洗后，分离液体后进行酸洗，酸洗为硫酸、碳酸、硝酸、盐酸 等无机酸或草酸、柠檬酸等有机酸，或者有机酸与无机酸的混合物，酸可以 是纯酸或溶液，温度为常温或在50'C 12(TC (提高温度可以提高效率)。酸 洗后分离去除液体后，以水漂洗至中性。漂洗温度为常温或在5(TC 12(TC(提 高温度可以提高效率)。再次分离后，对湿态碳化硅进行干燥。干燥可以用 固定床干燥器或流化床干燥器；干燥压力型式可以是常压、加压或真空干燥， 对经干燥的碳化硅进行筛分，根据筛分获得不同用途的碳化硅微粉。 实施例1取硅片切割副产物的样品1000g，加入带搅拌的烧瓶，搅拌均匀后，加 入250g分离剂，混合温度为常温或在50 8(TC，分离剂的组成为聚乙二醇 200(PEG200)50g，聚乙二醇10000(PEG10000)20g，聚乙二醇单乙醚12g，聚 乙二醇单油酸酯(DO400)5g，非离子表面活性剂(OP-10)llg，渗透剂(JFC)8g， 在5。C下搅拌均匀后，进入离心分离机，得到750g富碳化硅浆料和贫碳化硅 悬浮液500g，对富碳化硅浆料经二级离心分离后，富含碳化硅浆料以25% NaOH溶液在5(TC下搅拌lh，进入离心分离机，去除大部分液体后，再加 入70X硫酸在5(TC下搅拌lh后，进入离心分离机，去除大部分液体后，再 用清水漂洗至中性，经机械分离后，于80'C下烘箱干燥8h，干燥后的粉末 以筛分法获得产品，与新鲜碳化硅以6: 4比例加入到太阳能硅片切割液对 太阳能级硅棒线切割加工，满足加工工艺的要求。实施例2取硅片切割副产物的样品1000g，加入带搅拌的烧瓶，搅拌均匀后，加入350g分离剂，分离剂的组成为聚乙二醇200(PEG200)100g，聚乙二醇 10000(PEG10000)50g，聚乙二醇单乙醚22g，聚乙二醇单油酸酯(DO400)8g， 聚乙二醇双油酸酯(MO600)8g非离子表面活性剂(OP-10)12g，渗透剂 (JFC)8g，在8(TC下搅拌均匀后，进入离心分离机，得到800g富碳化硅浆料 和贫碳化硅悬浮液453g，对富碳化硅浆料经二级离心分离后，富含碳化硅浆 料以30。/^NaOH溶液在5(TC下搅拌lh，进入离心分离机，去除大部分液体 后，再加入60^的硫酸在5(TC下搅拌lh后，进入离心分离机，去除大部分 液体后，再用清水漂洗至中性，经机械分离后，于8(TC下烘箱干燥8h，干 燥后的粉末以筛分法获得产品，与新鲜碳化硅以7: 3比例加入到太阳能硅 片切割液对太阳能级硅棒线切割加工，满足加工工艺的要求。 实施例3取硅片切割副产物的样品1000g，加入带搅拌的烧瓶，搅拌均匀后，加 入200g分离剂，分离剂的组成为聚乙二醇400(PEG400)50g，聚乙二醇 800(PEG800)20g，聚乙二醇单乙醚12g，聚乙二醇单油酸酯(DO400)5g，聚 乙二醇双油酸酯(MO600)5g非离子表面活性剂(OP-10)8g，渗透剂(JFC)8g， 黏度调节剂5g在40。C下搅拌均匀后，进入离心分离机，得到813g富碳化硅 浆料和贫碳化硅悬浮液528g，对富碳化硅浆料经二级离心分离后，富含碳化 硅浆料以30XNaOH溶液在50'C下搅拌lh，进入离心分离机，去除大部分 液体后，再加入60。/a肖酸在5(TC下搅拌lh后，进入离心分离机，去除大部 分液体后，再用清水漂洗至中性，经机械分离后，于80"C下烘箱干燥8h， 干燥后的粉末以筛分法获得产品，与新鲜碳化硅以5: 5比例加入到太阳能 硅片切割液对太阳能级硅棒线切割加工，满足加工工艺的要求。实施例4取硅片切割副产物的样品1000g，加入带搅拌的烧瓶，搅拌均匀后，加 入300g分离剂，分离剂的组成为聚乙二醇400(PEG400)92g，聚乙二醇 800(PEG800)50g，聚乙二醇单乙醚15g，聚乙二醇单油酸酯(DO400)10g，聚 乙二醇双油酸酯(MO600)12g，非离子表面活性剂(OP-10)14g，渗透剂 (JFC)10g，黏度调节剂5g在60'C下搅拌均匀后，进入离心分离机，得到803g 富碳化硅浆料和贫碳化硅悬浮液500g,对富碳化硅浆料经三级离心分离后， 富含碳化硅桨料以30^NaOH溶液在5(TC下搅拌lh，进入离心分离机，去 除大部分液体后，再加入60^硝酸在5(TC下搅拌lh后，进入离心分离机， 去除大部分液体后，再用清水漂洗至中性，经机械分离后，于8(TC下烘箱干 燥8h，干燥后的粉末以筛分法获得产品，与新鲜碳化硅以8: 2比例加入到 太阳能硅片切割液对太阳能级硅棒线切割加工，满足加工工艺的要求。
权利要求
1、一种从硅片切割加工副产物中回收碳化硅的方法，其特征在于硅片切割加工副产物经混合均匀后，加入分离剂，用量为5～50％，混合温度为常温或在50～80℃；用传送机械送入机械分离器，机械分离器的操作温度为5～80℃；由机械分离器获得50～95％的富碳化硅浆料和5～50％的贫碳化硅悬浮液；富碳化硅浆料再进行多级机械分离，获得的高纯度碳化硅浆料再由机械分离去除切割液及分离剂，然后进行碱洗、酸洗和清洗，所得碳化硅湿料经烘干、分级后，得高纯度碳化硅产品。
2、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方法，其特征在于硅片切割加工副产物中包括太阳能级硅片切割加工 副产物和电子级硅片切割加工副产物。
3、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产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过程或作为碳化硅 产品；所述贫碳化硅悬浮液用作后道工序由机械分离提取分离剂及切 割液，回收多晶硅。
4、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方 法，其特征在于在对富碳化硅浆料进行多级机械分离前，再次在富 碳化硅浆料中加入分离剂。
5、 根据权利要求1或4所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的 方法，其特征在于，所述分离剂包括下述物质中的一种或多种的混合 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、 非离子表面活性剂；C、聚乙二醇单油酸酯、聚乙二醇双油酸酯、聚乙二醇单硬脂酸酯、 聚乙二醇双硬脂酸酯中的一种或几种混合物；d、 聚氧乙烯仲垸基醇醚渗透剂；e、 黏度调节剂，该黏度调节剂的主要成分为含多羟基的聚丙烯酸酯。
6、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方 法，其特征在于机械分离器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、 卧式离心机、立式离心机、管式离心机和旋流器中的一种或几种组合。
7、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方 法，其特征在于碱洗所用的碱是液体或固体的金属氢氧化物，碱洗 温度为常温或在50°C 120°C;酸洗所用的酸为无机酸或有机酸，或者 有机酸与无机酸的混合物；所述酸是纯酸或酸溶液，温度为常温或在50°C~120°C;清洗时用洁净的清水，清洗温度为50~120°C，在清洗后 再经机械分离得到碳化硅湿料。■
8、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方法，其特征在于，在烘干碳化硅湿料时所用的烘干方法包括流化床干燥法、固定床干燥法；烘干温度40 150°C，烘干压力包括常压干燥 和真空干燥；所述分级方法包括筛分法和气流法分级。
9、 根据权利要求1所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方 法，其特征在于，所述乙二醇包括乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、乙 二醇单乙醚、乙二醇双乙醚、乙二醇单丁醚中的一种或几种混合液；
10、 根据权利要求7所述从硅片切割加工副产物回收碳化硅的方 法，其特征在于，所述金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠； 所述无机酸为硫酸、碳酸、硝酸、盐酸；所述有机酸为草酸、柠檬酸。
全文摘要
本发明涉及太阳能级硅片和电子级硅片切割加工过程中产生的副产物回收碳化硅的方法。具体地说，硅片切割加工过程中为了降低机械应力、热应力，保障线切割过程成为稳定的过程，需要加入大量的浆状切割液，从而产生大量的副产物，这种副产物中含有大量有机物、碳化硅和多晶硅(单晶硅)；从这种副产物中回收可以用于硅片切割加工的碳化硅微粉。按照本发明提供的技术方案，硅片切割加工副产物加入分离剂后，进行机械分离，得到富含碳化硅的浆料，对其再进行机械分离，得到的湿态固体进行碱洗、酸洗及水洗后，经机械分离、干燥及粒径分级获得可回用于硅片切割加工过程的碳化硅微粉。
文档编号C01B31/00GK101244823SQ20081002074
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者仲其成, 刘来宝, 孙余凭 申请人:江南大学