一種從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉的方法
2023-07-26 21:29:01
專利名稱：一種從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉的方法
技術領域：
本發明涉及一種從單晶矽或多晶矽棒的切割或磨削加工矽晶片產生的廢 砂漿中提取高純矽粉和碳化矽粉的方法。
背景技術：
集成電路用基板、太陽能電池基板的薄片狀產品的切割製備釆用多線切 割原理，用鋼絲帶動由碳化矽磨料構成的砂漿對高純度的單晶矽或多晶矽棒 進行切割。這種砂漿雖然可以循環使用，但隨著切割過程的進行，砂漿中混 入矽屑和微量的鋼絲切屑，使砂漿切削性能降低，導致獲得的矽晶片精度惡 化，因此在切削過程中需要不斷排出舊的砂漿，並補充新的砂漿。對這些舊 的砂漿一般釆取廢棄處理的辦法。但是貴重的高純矽粉也會隨著磨削砂漿的廢棄而損失掉。作為戰略資源，在我國高純度矽的95%需要進口，其主要原 因是我國還無法規模化將工業矽加工成高純度的多晶矽。而廢的切割砂漿裡 面混有6 - 7重量％的高純矽粉料'，在矽棒切割加工過程中高純矽棒的切割損 失率高達40重量％。因此將切割砂漿中的高純矽粉提取出來，進一步用於制 備單晶矽或多晶矽的原料，對於資源的有效利用將是一個重要的貢獻，還可 以解決高純度矽的資源短缺問題。作為研磨料的碳化矽微.粉通過提取回收再 利用，也可以起到節約能源，減少浪費的目的。曰本專利特開2 0 0 1 -2 7 8 6 1 2公開了一個矽的回收方法，所釆用的工藝是將廢砂漿脫水後，用 有機溶劑去掉分散劑和粘結劑，再進行酸洗去掉金屬和二氧化矽，最後釆用 氣流分離的辦法分離矽和碳化矽獲得矽粉。工藝中釆用的氣流分選工藝，顆 粒的沉降末速是影響氣流分選的主要因素，理論上在穩定的上升流中，無法實 現顆粒按密度為主導的分離。因此該發明所回收的矽粉純度只有98重量％, 混有2重量％的碳化矽，獲得的矽粉還不能達到用來製備單晶矽或多晶矽塊體材料的純度要求，降低了回收矽粉的利用能力。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供 一種從單晶或多晶矽棒的切割或磨削加 工產生的廢砂漿中分離和回收高純度矽粉和碳化矽粉的工.藝方法。為達到以上目的，本發明是釆取如下技術方案予以實現的一種從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉的方法，其特徵是，包括下述 步驟a. 先將廢砂漿進行固液分離得到砂漿沉澱物；b. 在所得到沉澱物中加入丙酮溶解砂漿沉澱物中的懸浮劑和粘結劑分子，然後清洗去除懸浮劑和粘結劑分子，再通過離心分離，獲得砂粉；c. 將砂粉進行氣流浮選，獲得低純矽粉和碳化矽/金屬混合粉料；d. 對步驟c中的低純矽粉,加入密度介於Si和SiC之間的液體進行浮選 和重力分選，使矽粉和碳化矽/金屬混合粉分離，所得浮選物為矽粉，沉澱物 為碳化矽/金屬混合粉，再對矽粉進行酸洗、乾燥，即獲得高純矽微粒；所述 的液體可選用二溴甲烷酒精溶液、三溴甲烷酒精溶液、溴化鈣水溶液、溴化 鋅水溶液以及碘化鉤水溶液的一種或一種以上混合溶液；e. 將上述步驟d所得碳化矽./金屬混合粉.乾燥後進行磁選分離出金屬， 獲得碳化矽粉。上述方案中，所述的液體浮選和重力分選是釆用超聲波振蕩後靜置5-30 分鐘，回收漂浮物和沉澱物，然後水洗；所述的酸洗是在水洗後的浮選物中 加入重量濃度為.2~10%的氫氟酸進行攪拌，放置5-20分鐘後漂洗；所述 的液體的密度為2. 40 - 3. 10g/cm3。本發明相比現有技術的方法，由於廢砂漿中碳化矽和鋼的比重較大， 在進行氣流浮選後的矽粉中，矽單體與碳化矽及鋼粉末完全分離開，獲得的 矽粉的純度還不是很高，會夾雜2-10重量％的碳化矽顆粒。進一步對該低純
矽粉釆用密度介於Si ( 2. 33g/cm3)和SiC ( 3. 21g/cm3)的溶液進行液體浮選 和重力分選，由於矽和碳化矽的比重差異，密度較低的Si粉上浮並且密度較 高的SiC粉末下沉，可以分選出高純度的矽粉。由於矽單體表面容易被氧化， 形成二氧化矽，因此再將獲得的矽粉使用氫氟酸進行酸洗，最終可以獲得高 純度的矽粉。同時將獲得的碳化矽和金屬的混合粉使用磁力分選，最終可以 獲得一定純度的碳化矽粉末。本發明所提供的從廢砂漿中提取分離高純度矽粉和碳化矽粉末的工藝方 法，其優點是，其收率較高，回收的矽單體的純度可大於98重量％，與母材 完全相同，高純度的矽微粉可以進一步用作製備單晶矽或多晶矽棒材的原料， 碳化矽粉體可以製備成漿料重新用於矽棒的切割或用作其他用途。
具體實施方式
實施例1多線切割製造太陽能及集成電路用的矽片，使用的磨料砂漿中的分散劑 為油性，廢砂漿的組成為分散液44重量％，碳化矽磨粒48重量％，矽6.4 重量％，金屬1.6重量、取l噸廢切削砂漿，先將廢砂漿^t行離心分離，將 獲得的沉澱物550kg放入容器內，使用丙酮進行浸泡和清洗，通過離心分離， 獲得540kg粉料。將獲得的粉體進行碾軋，通入氣流浮選機中，獲得矽粉63kg 和碳化矽-金屬混合粉470kg。將矽粉進一步放入容器中，加入二溴甲烷-酒精混合溶液(密度為2.40g/cm3)，並使用超聲波振蕩IO分鐘，靜置20分 鍾，回收上面的漂浮物，並進行水洗、分離。獲得的矽粉放入容器，加入氫 氟酸溶液[2重量y。濃度]，進行攪拌，放置5分鐘後漂洗，乾燥，獲得高純度 (碳化矽〈200ppm，金屬〈100ppm )的矽微粒60kg。將獲得的碳化矽-金屬的 混合粉通入磁力分選機中分離，獲得碳化矽粉450kg。 實施例2多線切割製造太陽能及集成電路用的矽片，使用的磨料砂漿中的分散劑 為油性，廢砂漿的組成為分散液44重量％,碳化矽磨粒48重量％，矽6.4 y。。取i噸廢切削漿料，先將廢料進行離心分離，將獲得的沉澱物550kg放入容器內，使用丙酮進行浸泡和清洗，通過離心分離， 獲得540kg粉料。將獲得的粉體進行碾軋，通入氣流浮選機中，獲得矽粉63kg 和碳化矽-金屬混合粉470kg。將矽粉進一步放入容器中，加入溴化鈣水溶 液(密度調整為2.40g/cm3)，並使用超聲波振蕩IO分鐘，靜置15分鐘，回 收上面的漂浮物，並進行水洗、分離。獲得的矽粉放入容器，加入氫氟酸[5 重量％濃度],進行攪拌，放置20分鐘後漂洗，乾燥，獲得高純度(碳化矽 〈200ppm，金屬〈100ppm)的矽微粒60kg。將獲得的碳化矽.-金屬的混合粉通 入磁力分選機中分離，獲得碳化矽粉4501^。 實施例3多線切割製造太陽能及集成電路用的矽片，使用的磨料砂漿中的分散劑 為油性，廢砂漿的組成為分散液44重量％，碳化矽磨粒48重量％,矽6.4 重量％,金屬1.6重量％。取l噸廢切削漿料，先將廢料進行離心分離，將獲 得的沉澱物540kg放入容器內，使用丙酮進行浸泡和清洗，通過離心分離， 獲得530kg粉料。將獲得的粉體進行碾軋，通入氣流浮選機中，獲得矽粉62kg 和碳化矽-金屬混合粉460kg。將矽粉進一步放入容器中，加入三溴甲烷-酒精混合溶液(崈度調整為2.45g/cm3)，並使用超聲波振蕩10分鐘，靜置 30分鐘，回收上面的漂浮物，並進行水洗、分離。獲得的矽粉放入容器，加 入氫氟酸溶液[5重量％濃度]，進行攪拌，放置15分鐘後漂洗，乾燥，獲得 高純度(碳化矽〈180卯m，金屬〈100卯m )的矽微粒58kg。將獲得的碳化矽-金屬的混合粉通入磁力分選機中分離，獲得碳化矽粉440kg。 實施例4多線切割製造太陽能及集成電路用的矽片，使用的料漿中的分散劑為油 性，廢砂漿的組成為分散液42重量％,碳化矽磨粒50重量％，矽6.4重量％， 金屬1. 6重量％。取1噸廢切削漿料，先將廢料進行離心分離，將獲得的沉澱 物540kg放入容器內，使用丙酮進行浸泡和清洗，通過離心分離，獲得530kg 粉料。將獲得的粉體進行碾軋，通入氣流浮選機中，獲得矽粉62kg和碳化矽 -金屬混合粉46,5kg。將矽粉進一步放入容器中，加入碘化鈣水溶液(密度 調整為3. 10g/cm3)，並使用超聲波振蕩IO分鐘，靜置10分鐘，回收上面的 漂浮物，並進行水洗、分離。獲得的矽粉放入容器，加入氫氟溶液[8重量％ 濃度],進行攪拌，放置10分鐘後漂洗，乾燥，獲得高純度(碳化矽〈200ppm, 金屬〈100ppm)的矽微粒58kg.。將獲得的碳化矽-金屬的混合粉通入磁力分選 機中分離，獲得碳化矽粉"5kg。 實施例5多線切割製造太陽能及集成電路用的矽片，使用的料漿中的分散劑為油 性，廢砂漿的組成為分散液42重量％，碳化矽磨粒48.4重量％，矽8重量％, 金屬1. 6重量％。取1噸廢切削漿料，先將廢料進行離心分離，將獲得的沉澱 物560kg放入容器內，使用丙酮進行浸泡和清洗，通過離心分離，獲得530kg 粉料。將獲得的粉體進行碾軋，通入氣流浮選機中，獲得矽粉75kg和碳化矽 -金屬混合粉475kg。將矽粉進一步放入容器中，加入溴化鋅水溶液(密度 調整為2.42g/cm3),並使用超聲波振蕩10分鐘，靜置5分鐘，回收上面的漂 浮物，並進行水洗、分離。獲得的矽粉放入容器，加入氫氟酸溶液[10重量 %]，進行攪拌，放置20分鐘後漂洗，乾燥，獲得高純度(碳化矽〈180ppm， 金屬〈100ppm )的矽微粒70kg。將獲得的碳化矽-金屬的混合粉通入磁力分 選機中分離，獲得碳化矽粉465kg。
權利要求
1.一種從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉的方法，其特徵是，包括下述步驟a.先將廢砂漿進行固液分離得到砂漿沉澱物；b.在所得到沉澱物中加入丙酮溶解砂漿沉澱物中的懸浮劑和粘結劑分子，然後清洗去除懸浮劑和粘結劑分子，再通過離心分離，獲得砂粉；c.將砂粉進行氣流浮選，獲得低純矽粉和碳化矽/金屬混合粉料；d.對步驟c中的低純矽粉，加入密度介於Si和SiC之間的液體進行浮選和重力分選，使矽粉和碳化矽/金屬混合粉分離，所得浮選物為矽粉，沉澱物為碳化矽/金屬混合粉，再對矽粉進行酸洗、乾燥，即獲得高純矽微粒；所述的液體選用二溴甲烷酒精溶液、三溴甲烷酒精溶液、溴化鈣水溶液、溴化鋅水溶液以及碘化鈣水溶液的一種或一種以上混合溶液；e.將上述步驟d所得碳化矽/金屬混合粉.乾燥後進行磁選分離出金屬，獲得碳化矽粉。
2. 根據權利要求1所述的從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉的方法， 其特徵是，所述的液體浮選和重力分選是釆用超聲波振蕩後靜置5-30分鐘， 回收漂浮物和沉澱物，然後水洗。
3. 根據權利要求1所述的從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉的方法， 其特徵是，所述的酸洗是在水洗後的浮選物中加入重量濃度為2~10%的氫 氟酸溶液進行攪拌，放置5-20分鐘後再漂洗。
4. 根據權利要求1或2或3所述的從切割廢砂漿中回收矽粉和碳化矽粉 的方法，其特徵是，所述的液體的密度為2.40-3. 10g/cm3。
全文摘要
本發明公開了一種從單晶矽切割或磨削加工矽晶片產生的廢砂漿中提取高純矽粉和碳化矽粉的工藝方法，包括對廢砂漿進行固液分離，通過有機溶劑去除廢料中的懸浮劑和粘結劑，對固態砂料進行氣體浮選，得到一定純度的矽粉末，進一步對該矽粉末進行液體浮選和重力分選，再將分選出的矽粉進行酸洗，獲得高純度的矽粉。同時將重力分選得到的碳化矽-金屬的混合粉末進行磁力分選，獲得純的碳化矽粉末。本發明方法可以有效地回收矽棒切割加工產生的廢砂漿中的高純矽，以及作為切割磨料的碳化矽微粉，回收效率高，是一種變廢為寶，解決高純度矽原料資源短缺問題的實用技術。
文檔編號B24B55/12GK101130237SQ20071001863
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月11日 優先權日2007年9月11日
發明者張文輝, 軍 楊, 楊建鋒, 暢 陳, 高積強 申請人:西安交通大學