一種化學機械研磨廢液的處理方法

2023-10-05 13:24:29 2

專利名稱：一種化學機械研磨廢液的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種化學機械研磨廢液的處理方法。
背景技術：
化學機械研磨法產生的廢液中通常含有多種有機汙染物質，但限於商業機密，有 些物質的成分無法確認。這些汙染物質產生於研磨液、製造過程與後段清洗中，通常包括研 磨墊，粘合膠、腐蝕抑制劑、金屬絡合劑、表面活性劑、穩定劑、分散劑、有機酸鹼和其他添加 物。這些有機化合物的種類與濃度在不同的研磨液中，通常會有較大差異，並且其溶解度隨 PH值影響而發生變化。化學機械研磨作為集成電路的重要製造過程，其間消耗大量水資源並產生大量研 磨廢液，對環境造成相當大的負荷。現在通常的化學機械研磨液廢液的處理方法有如下幾種1.絮凝法主要包括化學絮凝沉降法和電化學絮凝沉降法；去除廢液中絕大部分 懸浮物和部分有機物質。化學絮凝沉降法通常是向化學機械研磨廢液中加入電解質和混凝劑，使研磨劑顆 粒表面雙電層壓縮，表面電位能下降，達到去穩定效果，使微小顆粒凝聚成大顆粒，再以重 力方式沉降。這種方法可以去除懸浮的膠體顆粒和部分有機物質。但對於水溶性較好和相 對較高濃度的有機物質並不能有效去除。電化學絮凝沉降法採用外加電場使研磨劑和其他雜質顆粒表面電位能下降，穩定 劑分解達到去穩定效果，在混凝劑的作用下凝聚成大顆粒，再以重力方式沉降。同樣，電化 學絮凝沉降法對於水溶性較高和相對較高濃度的有機物質也不能有效去除。2.氧化法氧化法主要是通過氧化作用加速有機物質的降解和轉化。主要包括空 氣氧化法、化學氧化法和電解氧化法；空氣氧化法，即利用曝氣風機將廢水暴露在空氣中，利用空氣中的氧氣氧化廢水 中的有機物質使之降解和轉化；化學氧化法，即在廢水中加高錳酸鉀、液氯、臭氧等強氧化劑，使有機物質與氧化 劑發生氧化反應，來降解和轉化；電解氧化法，即利用電解的基本原理，使廢水中有害物質通過電解過程，在陰陽兩 級分別發生氧化和還原反應，以消除汙染物質。3.生物降解法它是利用自然界存在的各種微生物，將廢水中有機物質進行降 解，達到廢水淨化的目的。主要包括好氧生物降解法與厭氧生物降解法。好氧生物降解法是利用曝氣風機往廢水中通入大量空氣以提供充足的氧氣，並注 意調節PH值、溫度和增加必要的養料等，為好氧微生物大量繁殖、生長和發育提供良好的 環境，以便它們能大量分解廢水中的有機物，達到去除有機物質的目的。厭氧生物降解法是將廢水封閉在密閉的容器中使之與空氣隔絕，利用厭氧微生物 使廢水發酵，達到去除有機物質的目的。
通常的廢水處理方法，其缺點是1、對於水溶性好和相對濃度較高的有機物質不能有效去除，這類物質對於廢水排 放標準的化學需氧量(即COD值)控制具有最直接的衝擊；2、對化學機械研磨廢液中的有機物質進行處理時，一般在絮凝法之前或同時進行 氧化處理，由於廢水中的有機物質含量較高，對加入一定量的氧化劑的氧化效果有很大影 響，由於氧化劑的存在對化學絮凝沉降法的絮凝效果也有很大影響，在一定的濃度範圍內 會大大降低絮凝效率。3、在加藥量一定的情況下，如果需要維持合適的絮凝效率和氧化效果，通常需要 使用較高濃度的混凝劑，更高濃度或更強氧化性的氧化劑，這樣會明顯加大操作的複雜性 和成本控制的壓力。處理效果取決於藥劑與廢水量的百分比，對於高濃度化學機械研磨廢 液的處理，混凝劑、氧化劑一般的使用濃度為0. 03 0. 06g/ml和0. 02 0. 04g/ml。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服了現有的化學機械研磨廢液的處理方法中， 採用氧化和絮凝一步法或先氧化再絮凝時混凝劑和氧化劑使用濃度與使用量高，處理效率 低，操控困難，成本高，排放的水質不穩定等缺陷，提供了一種化學機械研磨廢液的處理方 法，其能有在減少混凝劑和氧化劑用量的同時效降低化學機械研磨廢液中的COD值，提高 氧化效率，降低化學機械研磨廢液的處理成本。本發明提供了一種化學機械研磨廢液的處理方法，其包括下述步驟(1)採用絮凝法處理化學機械研磨廢液，(2)採用氧化法處理化學機械研磨廢液。其中，步驟(1)的絮凝法中使用的混凝劑可採用所有本領域中常用的各類混凝 劑，如無機混凝劑、有機高分子混凝劑和高效複合型混凝劑等中的一種或多種；較佳的為 聯合使用高效複合型混凝劑和有機高分子混凝劑，其中的有機高分子混凝劑還可起到提高 沉降速度的作用。所述的無機混凝劑可選用本領域常規使用的各類無機混凝劑，較佳的為 聚合氯化鋁、聚合磷酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵和聚合磷酸鐵等中的一種或多種。所述 的有機高分子混凝劑可選用本領域常規使用的各類有機高分子混凝劑，較佳的為聚丙烯醯 胺、聚丙烯酸納和聚二甲基二丙烯基氯化銨等中的一種或多種。所述的高效複合型混凝劑 可選用本領域常規使用的各類高效複合型混凝劑，較佳的為聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸氯化 鋁鐵、聚氯硫酸鐵、聚合硫酸鋁鐵、聚磷氯化鋁、聚矽氯化鋁和聚矽酸鋁鐵等中的一種或多 種，更佳的為聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸氯化鋁鐵和聚矽酸鋁鐵中的一種或多種。本發明所述 的混凝劑的用量可採用本領域高濃度化學機械研磨廢液處理方法中的常規用量，較佳的為 0. 03 0. 06g/ml化學機械研磨廢液；此外採用本發明的處理方法還能降低混凝劑的用量， 其用量可僅為0. 01 0. 04g/ml化學機械研磨廢液，比常規用量低。其中，步驟O)的氧化法中使用的氧化劑可採用本領域中常用的氧化劑，如液態 氯、二氧化氯、高氯酸鉀、臭氧、過氧化氫和高錳酸鉀等中的一種或多種，較佳地本發明還 能利用本領域難以使用的溫和的氧化劑實現氧化效果，如次氯酸鈉和/或次氯酸鈣。所述 的氧化劑的用量可採用本領域處理高濃度化學機械研磨廢液的常規用量，甚至比常規用 量更低。所述的氧化劑的用量較佳的為0. 002 0. 04g/ml化學機械研磨廢液，更佳的為0. 002 0. 03g/ml化學機械研磨廢液。在本發明一較佳的實例中所述的化學機械研磨廢液的處理方法包括下述步驟(1)向化學機械研磨廢液中加入高效複合型混凝劑溶液，調節pH至7 10，攪拌 均勻後加入有機高分子混凝劑溶液，再次攪拌使之均勻。(2)靜置後取上層清液，調節pH值至小於7，加入氧化劑溶液，攪拌使之氧化即可。其中，步驟(1)中所述化學機械研磨廢液中高效複合型混凝劑和有機高分子混凝 劑的總含量較佳的為0. 03 0. 06g/ml化學機械研磨廢液，更佳的為0. 01 0. 04g/ml化 學機械研磨廢液；所述化學機械研磨廢液中氧化劑的含量較佳的為0. 002 0. 04g/ml化學 機械研磨廢液，更佳的為0. 002 0. 03g/ml化學機械研磨廢液。其中，所述高效複合型混凝劑溶液中高效複合型混凝劑溶液的質量濃度較佳的為 10 40%;所述的有機高分子混凝劑溶液中有機高分子混凝劑的質量濃度較佳的為0. 5 2% ；步驟⑵中，所述的靜置的時間較佳的為大於10分鐘。所述的pH值較佳的為3 6，以提高氧化速度與效率。所述的氧化劑溶液中氧化劑的質量濃度較佳的為5 15%。所 述的攪拌的時間較佳的為4小時以上，為氧化反應提供充足的氧化時間。本發明中，上述優選條件可任意組合，即得本發明各較佳實例。本發明的原料和試劑均市售可得。本發明的積極進步效果在於1、本發明提供了一種不同於現有的絮凝、氧化一步法或者先氧化再絮凝的化學機 械研磨廢液的處理方法，其先採用絮凝法再用氧化法進行處理，有利於提高絮凝和氧化的 效率。2、採用先絮凝再氧化工藝處理化學機械研磨廢液後，可單獨對絮凝和氧化步驟進 行理化指標監控，有利於提高工藝操作的可控性；3、基於先絮凝再氧化工藝處理後，可採用易於獲得、理化性質溫和穩定，環境友好 的氧化劑，在低氧化劑濃度下即可滿足對化學機械研磨廢液中的有機物質進行高效的氧化 分解，使化學機械研磨廢液更易於達到國家排放標準並大大降低化學機械研磨廢液處理成 本。
具體實施例方式下面用實施例來進一步說明本發明，但本發明並不受其限制。下述各實施例中，30%的氫氧化鈉溶液的配置方法為氫氧化鈉30克和70克去離 子水混合。10%的硫酸溶液的配置方法為濃硫酸10. 42克和89. 58克去離子水混合。下述各實施例中的百分比除另有說明的以外，皆為質量百分比。實施例1一、配置混凝劑溶液1) 30克高效複合型混凝劑聚合硫酸氯化鋁鐵和70克去離子水配製成濃度為30 % 的高效複合型混凝劑溶液100克。2) 1克有機高分子混凝劑聚丙烯醯胺非離子型和99克去離子水配製成濃度為1 % 的有機高分子混凝劑溶液100克。
二、配置氧化劑溶液10克氧化劑次氯酸鈉和90克去離子水配製成濃度為10%的 氧化劑溶液100克。三、化學機械研磨廢液的處理1)向50ml化學機械研磨廢液中加入10克上述高效複合型混凝劑溶液，用30%的 氫氧化鈉溶液將PH調到8，攪拌2分鐘，再加10克上述有機高分子混凝劑溶液，2分鐘後將 攪拌機轉速調至20r/min，攪拌3分鐘後停止。2)靜置10分鐘，然後取上層清液。用10%的硫酸溶液將其pH值調到5 (調至酸 性有利於提高氧化效率)。向其中加入10克上述氧化劑溶液，同時以60r/min的轉速攪拌 使之氧化，4小時後停止取樣。處理前後廢液的檢測結果見表1 表 權利要求
1.一種化學機械研磨廢液的處理方法，其特徵在於其包括下述步驟(1)採用絮凝法處理化學機械研磨廢液，(2)採用氧化法處理化學機械研磨廢液。
2.如權利要求1所述的處理方法，其特徵在於步驟(1)的絮凝法中使用的混凝劑為 無機混凝劑、有機高分子混凝劑和高效複合型混凝劑中的一種或多種；步驟O)的氧化法 中使用的氧化劑為液態氯、二氧化氯、高氯酸鉀、臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀、次氯酸鈉和次 氯酸鈣中的一種或多種。
3.如權利要求1或2所述的處理方法，其特徵在於所述的無機混凝劑可為聚合氯化 鋁、聚合磷酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵和聚合磷酸鐵等中的一種或多種；所述的有機高 分子混凝劑為聚丙烯醯胺、聚丙烯酸納和聚二甲基二丙烯基氯化銨中的一種或多種；所述 的高效複合型混凝劑為聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸氯化鋁鐵、聚氯硫酸鐵、聚合硫酸鋁鐵、聚 磷氯化鋁、聚矽氯化鋁和聚矽酸鋁鐵中的一種或多種。
4.如權利要求1 3中任一項所述的處理方法，其特徵在於步驟(1)中的絮凝法使 用的混凝劑的用量為0. 03 0. 06g/ml化學機械研磨廢液；步驟O)中氧化法使用的氧化 劑的用量為0. 002 0. 04g/ml化學機械研磨廢液。
5.如權利要求4所述的處理方法，其特徵在於所述的混凝劑的用量0.01 0. 04g/ml 化學機械研磨廢液；所述的氧化劑的用量為0. 002 0. 03g/ml化學機械研磨廢液。
6.如權利要求1所述的處理方法，其特徵在於所述的步驟(1)經過下述步驟向化學 機械研磨廢液中加入高效複合型混凝劑溶液，調節pH至7 10，攪拌均勻後加入有機高分 子混凝劑溶液，再次攪拌使之均勻；所述的步驟( 經過下述步驟將步驟(1)處理過的廢液靜置後取上層清液，調節PH 值至小於7，加入氧化劑溶液，攪拌使之氧化即可。
7.如權利要求6所述的處理方法，其特徵在於所述高效複合型混凝劑溶液中高效復 合型混凝劑溶液的質量濃度為10 40% ；所述有機高分子混凝劑溶液中有機高分子混凝 劑的質量濃度為0. 5 2% ；所述氧化劑溶液中氧化劑的質量濃度為5 15%。
8.如權利要求6所述的處理方法，其特徵在於步驟O)中的攪拌時間為4小時以上。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械研磨廢液的處理方法，其特徵在於其包括下述步驟(1)採用絮凝法處理化學機械研磨廢液，(2)採用氧化法處理化學機械研磨廢液。本發明所要解決的技術問題在於克服了現有的化學機械研磨廢液的處理方法中，採用氧化和絮凝一步法或先氧化再絮凝時混凝劑和氧化劑使用濃度與使用量高，處理效率低，操控困難，成本高，排放的水質不穩定等缺陷，提供了一種新的化學機械研磨廢液的處理方法，降低化學機械研磨廢液中COD值，提高氧化效率，降低化學機械研磨廢液的處理成本。
文檔編號C02F1/52GK102107942SQ20091020082
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者朱傑, 胡建華 申請人:安集微電子(上海)有限公司