一种硅片切削废液的资源化处理方法技术

本发明专利技术涉及一种硅片切削废液的资源化处理方法，其步骤是：将硅片切削废液经过降低粘度处理后，泵入一体式膜过滤装置，废液中的固体物质被截留并提浓，然后经过离心分级，重组分浓缩液经清洗、纯化、干燥，获得磨料级碳化硅颗粒，轻组分稀溶液经错流式膜过滤浓缩得到提取高纯硅的原料；膜过滤渗透液经纳滤或加添加剂结合微滤或超滤除去金属离子和色素等杂质，再脱水获得可重复利用的切削液分散粘结剂，实现切削废液中切削磨料、切削分散粘结剂和切削过程流入硅粉的全回收。该方法和现有工艺相比，具有工艺先进，流程短，操作简单，能耗低和回收效率高等优点，并易于放大，适用于工业化处理晶片切削废液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及一种膜法处理硅晶切 削过程中切削废液，回收其中切削磨料、分散粘结剂和高纯硅原料的方法；回收的切削磨 料、分散粘结剂重复用于硅片切削过程，而晶硅粒子可以作为回收高纯硅的原料。
技术介绍
晶体硅太阳能电池是太阳能电池的主流，市场占有率90%以上。硅晶片的切削成 本在整个太阳能产业链中，占30%左右，根据Photovoltaics International的报导，切削 液的成本花销仅低于硅晶本身的成本。在硅晶片的加工制作中，通过专用的线切削设备将 硅棒切削成不同直径和厚度的片材是目前国际上通行的加工方式，该切削过程中，常用聚 乙二醇(PEG)将硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅(SiC)微粉分散成均勻的颗粒悬 浮液，作为切削介质。切削过程中，由于钢线的往复运动，切削磨粒不断被磨损、细化，磨料 粒径分布不断偏移，同时钢线上的铁微粒以及硅棒屑也进入切削液，改变切削液的悬浮性 质，使得磨料不再适合切削过程，这不可避免地产生大量的切削废液(亦称切削废液)，其 中含有大量可重复利用的切削悬浮液液体、切削磨料和切削过程中流入的高纯硅微粉。随 着环保要求的提高，对晶体硅片生产成本降低的要求，切削废液的资源化处理成为必然。目前有一些专利涉及对切削废液的处理和研究，主要利用传统的固液分离技术如 沉降、离心分离、板框过滤等技术的一个或几个的组合实现分离目的。CN101580458A提供 了一种切削废液中丙二醇的回收方法，先将切削废液加热升温离心分离，得到的悬浮液经 板框过滤后，蒸馏脱水获得丙二醇。该方法需要将大量的切削废液加热，耗费巨大的热能， 同时对设备的损耗大，并且丙二醇产品较差。专利W02006/137098提供了一种回收切削磨 料中磨料和切削悬浮液液体的方法，首先用离心机处理切削废液，浓缩液经加热用旋液分 离器分离，然后用过滤器过滤，再水洗，碱洗，冲洗，化学清洗，热水冲洗，干燥获得可重复利 用的SiC。离心与旋液分离器获得的悬浮液用过滤器过滤，添加化学药剂后微孔过滤，清液 经蒸馏、冷凝、过滤获得可重复利用的PEG。获得的产品品质好，但是其工艺流程长，操作复 杂，能耗高，产能不足等缺点。总结而言，传统的板框过滤、沉降、离心分离等固液分离方法在切削废液的回收处 理中已有应用，但是沉降分离的低效率，滤布过滤的穿滤现象和高速离心设备的费用昂贵 问题已经严重影响了切削废液的高效回收，具体地表现在以下几个方面(1)采用多级过滤技术进行固液分离，工艺流程复杂，投资大，有用物质回收周期 长，效率低；(2)固液分离后得到的切削悬浮液液体用交换树脂和蒸馏除去金属离子和水 分，工艺流程长，能耗大，还可能引起分子结构的变化。( 仅回收SiC和PEG，对切削过程 中流入的高附加值高纯硅当杂质处理或将其转化为低廉的白炭黑等物质，严重浪费资源。膜分离技术是近年来发展起来的新一代工业分离技术，具有设备占地面积小、操 作简单、运行维护方便、环境友好、产水质量稳定可靠等优点，已广泛而有效的应用于冶金、 能源、石化、生化、电子、环境、医药卫生等领域，形成了新兴的高科技产业。膜分离技术在切削废液处理中的应用也有所体现。CN101474511A采用离心分离， 板框压滤，微孔膜过滤和离子交换等手段结合处理切削废液回收有用成分，但其过程采用 的膜只是作为辅助手段，在整个工艺中仅占少部分作用，无法从根本上提高产能，增加处理 量。并且所使用的中空纤维膜，机械强度低，易脆易碎，不适用于长期处理粘度高，颗粒硬度 大的切削废液。CN101327采用一次膜过滤提取PEG和SiC微粉，但是在膜管上形成厚实的 滤饼，采用直接反吹的办法获得SiC干渣，膜通量衰减快，无法连续操作，显然处理量小，劳 动强度高，不是可以长期稳定运行的切削废液处理工艺。CN101565649A同样利用了膜技术 处理二级固液分离后的悬浮液，然后结合离子交换和蒸馏等手段回收PEG和SiC微粉，但是 存在和上述过程同样的问题，并且离子交换树脂的用量极大，其恢复时间长，重复使用效率 低，造成总体的回收效率低。因此目前虽然膜技术在切削废液资源化处理过程中的应用有 所体现，但是膜处理仅在某个工段发挥作用，或者膜本身存在缺陷，并没有从根本上解决投 资成本高，自动化程度低，难于连续化，最终造成处理工艺产能低，能耗高，回收效率低的问 题。值得一提的是，专利CN101780998提供了一种硅片清洗液的资源化处理方法，其 步骤是先用传统板框过滤等方法粗滤硅片清洗废液，然后加药软化，再经微滤膜、超滤膜除 去机械杂质和粘性物质，再多级膜过滤，得到纯水和聚乙二醇溶液，再精制获得聚乙二醇。 该方法处理固含量很小的硅片切削清洗废水，除去聚乙二醇中的固体颗粒和离子。和本发 明的差别(1)该专利针对含少量硅粉、0. 聚乙二醇、和其他离子、有机物杂质的 切削液废水，回收废水中的聚乙二醇和水，减少废水排放量；本专利技术针对高固含量(10% 70%),以有机聚乙二醇或丙二醇液体为溶剂的切削废液。( 本专利技术对碳化硅和高纯硅粉 进行分离，回收切削废液中的碳化硅微粉、高纯硅和聚乙二醇或丙二醇，总回收量占废液总 量的95%以上。而该专利仅涉及硅粉等杂质的去除。( 该专利通过添加化学药剂软化切 削废水，加药量巨大，并且引入新的杂质离子。(4)膜过程中，膜污染是不可避免的，该方法 未采取任何措施控制膜污染，分离势必无法长期稳定运行，而本专利技术采用气升控制膜污染， 维持膜运行稳定。总之，切削废液的资源化处理的现有工艺远不能满足日益增大的太阳能市场需 求，也无法满足日益提高的环境保护要求，同时也是造成太阳能行业生产成本居高不下的 主要原因之一，本专利提供一种新型、高效、节能、环保、易于操作的膜法切削废液处理工 艺，可最大限度地回收切削液中的有用物质PEG和SiC微粉，同时还可回收切削过程中流入 的大量的高纯硅原料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了回收太阳能或电子行业硅晶片切削废液中的可重复利用的 切削磨料和悬浮液液体，同时回收切削过程中流入的高纯硅颗粒而提出了一种一种硅片切 削废液的资源化处理方法。本方法利用新兴的膜分离技术结合传统的离心分离技术，简便 快捷、高效节能地处理切削废液，以解决现有切削废液处理工艺的流程长、操作复杂、回收 率低及后续处理中环境污染严重等问题。本专利技术的技术方案为一种膜法处理切削废液的办法，其具体步骤如下a)将切削废液经过降低粘度处理，泵入一体式膜过滤器，渗透清液经后续处理得到切削分散粘结剂；浓缩液从分离器底部进入下一道工序；b)将上述膜过滤浓缩液进行离心分级，重组分经清洗纯化、干燥后得到用于晶片 切削液的磨料；轻组分进行错流式膜过滤处理；c)将上述离心分级后的轻组分泵入错流式膜过滤装置，浓缩液经纯化干燥，提取 高纯硅；渗透液进入下一道工序；d)将上述步骤a)和C)中膜过滤的渗透液用纳滤膜除去其中的杂质离子和色素； 或者通过加入活性炭吸附剂、离子交换树脂或化学试剂中的一种或几种，除去其中的杂质 离子和色素，再用错流式微滤或超滤膜过滤除去杂质；干燥后得到切削分散粘结剂产品。其中所述的切削废液中固体颗粒的质量分数约为10% 70%;切削废液的粘度为 一般100 500CP，通过降低粘度处理控制切削废液的粘度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片切削废液的资源化处理方法，具体步骤如下：ａ）将切削废液经过降低粘度处理，泵入一体式膜过滤器，渗透清液经后续处理得到切削分散粘结剂；浓缩液从分离器底部进入下一道工序；ｂ）将上述膜过滤浓缩液进行离心分级，重组分经清洗纯化、干燥后得到用于晶片切削液的磨料；轻组分进行错流式膜过滤处理；ｃ）将上述离心分级后的轻组分泵入错流式膜过滤装置，浓缩液经纯化干燥，提取高纯硅；渗透液进入下一道工序；ｄ）将上述步骤ａ）和ｃ）中膜过滤的渗透液用纳滤膜除去其中的杂质离子和色素；或者通过加入活性炭吸附剂、离子交换树脂或化学试剂中的一种或几种，除去其中的杂质离子和色素，再用错流式微滤或超滤膜过滤除去杂质；干燥后得到切削分散粘结剂产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢卫红，李福建，熊志远，仲兆祥，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京久吾石化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]