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     硅片切割废液的处理技术

 

            硅片切割废液的处理技术

   出于保密需要蛇狄啸,本文并非完全版本壬,工艺流程及数据进行过处理墙。

   目前国际上工业半导体工业硅片的切割技术迷腔,主要采用线切割技术磋哼。既用高速运动的合金金属丝带动线切割液外嘎,利用线切割液中的碳化硅颗粒磨损以达到切割目的涤械。该工艺所产生的废液的回收再利用居诉,逐渐受到了越来越多的重视冈。本文对于这一问题的研究程棵,是结合国内一家专门从事硅晶元线切割废液回收的工厂工艺条件复,进行化工设计与优化菩轻臼。

   随着各国绿色能源的开发鞘菱铃,太阳能电池行业迅猛发展校堆填,市场对硅单晶片的需求量极大倪儡措,每年需求15亿片熊些,且每年以40%左右的速度在递增请,有专家预测段唾:单只碳化硅磨料焊,到2010年全世界需求为45万吨/年本捆蚀,硅晶片产值约200亿元人民币;国内对磨料的需求也达到5万吨/年线。随着单晶硅片市场需求的增长孺博,也就意味着每年会产生大量的切割废液崔蔼,据相关资料显示氨,每年在我国被当作废液排放掉的线切割液达到上万吨冗坷,其中PEG价格为12000元/吨睫,而金刚砂价格为28000元/吨红掇,也就是说来香,每年有价值数亿的资源被白白浪费侩危。因此境嚼晴,如果废液的回收再利用问题得到解决苛唐叹,不仅让硅晶元线切割工艺的生产成本大幅下降袜氓,而且分离出来的PEG和金刚砂还能提供给医药匡现棉,化工等其他领域祭,带来巨大的经济效益蚂分。因此对于切割液的回收有着十分重要的意义碳膳燃。

   切割过程中徊霖啊,作为介液的聚乙二醇(这里介液通常用聚乙二醇是因为其有较高的黏度问绘,成本低那,较易得到诽,并且还有阻止粉体颗粒发生团聚的作用)带动碳化硅磨料对单晶硅棒进行切割沮,切割后令昏,聚乙二醇液体会将使用后的碳化硅磨料带出牢,同时由于切割作用琴,会产生少量的硅粉和金属碎屑汤,这些少量杂质也同时被聚乙二醇带出火,这些物质形成了一种由聚乙二醇坏吞涣、金刚砂畦、以及少量硅粉等杂质组成的混合液摧柑衬,也就是博狗所要研究的硅晶元线切割废液埃范。

   废液中主要成分聚乙二醇(200~400)扦体、碳化硅(SiC)席该垒、单晶硅(Si).双晶硅的质量比为50寒:50珊:6柑锋。

   一卵汞棉、硅晶元线切割废液回收的行业现状
   国外歇骗毙:目前日本会尚、德国等国家的废液回收企业煞脊梅,使用的分离方法主要是离心沉降法泪寿,通过高分离因数的离心机繁释并,实现废液中固相碳化硅泄仿察、单晶硅.双晶硅与液相的完全分离皆绅坪。该方法的优点是分离步骤少盾,处理效率高括袭败、精度高蜕寺。缺点是对离心机的要求非常高恒,要求分离因数一般要在10000以上使黔,这类设备一台造价就要上千万人民币卷,国内企业中殊匙驮,一般很少使用龄。

   国内祭乏得:国内企业大多数采用的是离心沉降洞腊文、超滤等多种分离方法相结合的手段来实现线切割废液的回收侠俄踢。与国外企业相比诚芦糙,国内的分离方法虽然设备成本低蹬吩姬,但是在技姓名:朱棣“抽烟吗?”术上比较落后赦,处理效率较低谐。因此有待进一步的研究改进切。

   二沟钠、聚乙二醇回收的要求
   几项比较重要的参考指标

浓度捶报:>99.5%;

电导率肚柑辰:<10ms/cm;

黏度唉:>70CP

   说明荒:1罐、由于硅棒的连接处使用的是一种水溶性胶阔,因此要求水含量必须<0.5%

   2被、聚乙二醇液体作为介液邦晌,其最重要的一项指天地一大文B.这下肯定要输了。标就是黏度指标鳖痛韧,切割过程中就是利用聚乙二醇的黏度柿佃,使碳化硅磨料附着在钢丝上疙阿。因为在切割时赊碾,钢丝不是来回带动磨料对硅棒进行切割围,而是单程的手。因此凭,介液的黏度越大迸希氰,附着在钢丝上的磨料越多领侠史,则所需消耗的钢丝长度越短精便。在同样的工艺条件下鹃啸鲤,切割10公斤硅片阮尼刊,用黏度为60cp的聚乙二醇比用黏度为70cp的聚乙二醇要多使用40km的钢丝返。由于回收后的聚乙二醇要返还到原厂重新利用到线切割工艺中惫缅船,所以黏度指标成为衡量回收产品是否合格的一个重要标准撂。

   三核存、工艺流程图
离心沉降

过滤


蒸发



成品

硅晶元线切割废液聚乙二醇回收流程图

原料液

   四燎辱、工艺简介
   1脊蓬、加水稀释
   加入适量水稀释的目的就是将原废液的黏度降低莽,以减轻后续过程的分离压力妈朽沽。黏度对过滤拔客、超滤船屑房、微滤等步骤的影响都很大侈,黏度越低吠鼎谦,这些流程的速度越快李可吩,分离效率就越高殿双,但是加入的水量邦卢癌,同时影响到双效蒸发过程的工作压力虽,加水量越大吧,双效蒸发所需要的能耗越大讽规比。因此加水稀释的程度必须适当旱滑。加水稀释的另一个作用瞬,就是使聚乙二醇溶于水中薪稿,降低碳化硅表面黏附的聚乙二醇量祷本撂,这样在下一步的离心沉降中缓钱,使更多的聚乙二醇被分离到液相中茅笨刑,以提高其收率都。

   2床、离心沉降
   当非均相混合物(如气固韧、气液壳继、液固芦潜党、液液等组成的混合物)处在质量场中怠,由于各种物质所受到的质量力不同锑,从而得到分离齿笆,这种现象称为沉降分离淳。离心沉降就是处于离心力场内的沉降分离滦。在分离过程中嵌涡,离心机的旋转带动混合物的旋转迫烹,从而产生离心力昆滤计。待分离物质由于离心力作用棺。依比重不同而被分离惮憋。离心沉降机的分离因数牟促,决定了它的分离能力辜巳。硅晶元线切割工艺中丘蔫,使用的碳化硅磨料丰,是一种粉体颗粒固,它的粒径一般在70纳米左右狮笺,若要将其与聚乙二醇完全分离瞬祁,需要分离因数Kc>10000的离心沉降设备恒蒙,而现有的普通螺旋式离心机壬,所以工艺流程中利用离心沉降作为分离过程的第一步定,只是对固液两相进行了初步的分离颈村惰。

   3颂、过滤
   过滤其基本原理是在外力(重力椽、压力希、离心力)作用下欣,使悬浮液中的液体通过多孔性介质橇啼睹,固体颗粒被截留茎,从而使液固两相得以分离沦当。目的是进一步降低固体含量惋。得到较为纯净的聚乙二醇和水的混合物散舒鸥,可以采用特制的PG1250刮刀离心机钨帆播。

   4没潘翰、蒸发
   从原理上说瘁测喇,蒸发是利用加热的方法储维艾,使稀溶液中的溶剂在沸腾状态下部分气化并将其移除的一种单元操作钦坛浆。被处理的料液通常是由不挥发的溶质和挥发性的溶剂组成焦埠澈。由综述部分介绍的聚乙二醇的物理性质可知潍嚼舷,相比水而言顷拷废,它的挥发度很低特乓,也就是不易挥发沛部饺,因此采用蒸发的方法可以达到分离目的斯叼苏。蒸发的主要过程为按:加热蒸汽叹,又称生蒸汽在加热室关键冷凝恢,所放出的热量通过管壁传给管内的溶液吉熔。加热蒸汽的冷凝液恃,由输水器排出灯盗。需要蒸发的料液从蒸发室加入等缄,浓缩至规定的溶液并由蒸发器底部排出灯潭览,蒸发所产生的溶剂蒸汽搭城,也就是二次蒸汽技拱,经分离所夹带的液体后壕护,引至冷凝器冷凝乾操。所谓双效蒸发川茬钠,就是指利用第一效的二次蒸汽作为第二效加热蒸汽的蒸发过程老。它的优点在于经济性较高脯富。


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