物理分离方法在硅片切割废液回用中的应用

物理分离方法在硅片切割废液回用中的应用摘要硅片切割废液中的聚乙二醇、碳化硅和硅粉都是可以再回收利用的，通过离心分离法、旋流分离、浮选法、虹吸法、过滤法、分级法、筛分法、电极法、超声法等物理方法可以对碳化硅进行分离提纯，通过压滤、膜过滤和蒸馏等方法可以对聚乙二醇进行分离提纯。

关键词硅片切割废液聚乙二醇碳化硅分离
中图分类号tn305 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）41-0165-02
1 硅片切割废液成份分析
集成电路用基板、太阳能电池用基板薄片状产品切割制备，采用多线切割原理，用钢丝带动由碳化硅磨料构成砂浆对高纯度单晶硅或多晶硅棒进行切割。

太阳能硅片切割液废砂浆（以下简称废砂浆）是硅片切割必然产物，是有多种物质组成的混合物，其组成为：聚乙二醇35%；碳化硅微粉33%；单晶硅微粉9%；水5%和组成切割液其它物质15%；有机胶粒；二氧化硅；金属及金属离子；破碎碳化硅微粉（色素和有机胶粒以及金属及金属离子和破碎碳化硅微粉3%）。

2 硅片切割废液回用价值分析
单晶硅主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。

每吨废砂浆中含有8%~9%（重量）高纯硅，也就是含有
80kg~90kg单晶硅，目前单晶硅市场价格为50万元/t，因此，废砂浆中单晶硅价值为4万元~4.5万元。

聚乙二醇可用作环氧树脂和聚乙烯醇的增韧剂。

每吨废砂浆中含有35%聚乙二醇，也就含有350kg聚乙二醇，目前市场价为1.3万元/t。

因此，废砂浆中聚乙二醇价值为0.4550万元。

碳化硅主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。

也可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，或者可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。

每吨废砂浆中含有33%碳化硅微粉，即330kg碳化硅，目前碳化硅市场价为1.5万元/t。

因此，废砂浆中碳化硅价值为0.4950元/t。

将切割砂浆中高纯硅粉、碳化硅和聚乙二提取出来，进一步用于制备单晶硅或多晶硅原料，还可以解决高纯度硅资源短缺问题，对于资源有效回收利用将是一个重要贡献。

3 物理分离方法的应用
废砂浆中回用的主要可回用的是聚乙二醇、碳化硅和单晶硅。

聚乙二醇又称聚乙二醇醚，简称peg，结构式为ho（ch2ch2o）nh，根据分子量大小不同，可从无色透明粘稠液体（分子量200~700）到白色脂状半固体（分子量1000~2000）直至坚硬的蜡状固体（分子量3000~20000），相对密度（20℃/20 ℃）1.12~1.15。

废砂浆中的聚乙二醇主要是分子量400的室温下为无色透明的粘性液体，无
味。

易溶于水，溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯、苯、甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯等不溶于脂肪烃。

聚乙二醇在正常条件下是很稳定的，但在120 ℃或更高温度下能与空气中的氧发生氧化作用。

加热至300℃产生断裂或热裂解。

聚乙二醇不挥发。

碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为sic。

碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2~9.8之间，显微硬度3 300kg/mm3，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点。

依据各成份的性质，可先进行固体和液体分离，再进行液体提纯分离。

进行固体和液体分离的主要方法有：离心分离法、旋流分离、浮选法、虹吸法、过滤法、分级法、筛分法、电极法、超声法。

液体提纯分离的主要方法有：压滤、膜过滤和蒸馏。

3.1 用于碳化硅微粉分离的方法
1）离心分离法。

离心分离借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。

由于离心机等设备可产生相当高的角速度，使离心力远大于重力，于是溶液中的悬浮物便易于沉淀析出：又由于比重不同的物质所受到的离心力不同，从而沉降速度不同，能使比重不同的物质达到分离。

目前生产厂家采用的设备有卧螺离心机，平板离心机，三足式离心机，主要用于聚乙二醇和碳化硅固液分离，以及碳化硅微粉中微小颗粒的分离，大约能将5μm以下的微粒分离。

这3种分离设备有各自的特点，可互相配合使用。

也可单一使用；
2）旋流分离法。

浆液通过水压力从旋流器内壁外侧切向进入，
在离心力的作用下，粗粒（重）度的固体颗粒旋转向下，定量或不定量地从下部排渣口流出，而细粒（轻）度的固体颗粒（或清液）从溢流管内向上流出。

目前厂家采用的多为小直径旋流分离器；
3）浮选法。

固体颗粒自身表面具有疏水性或经浮选药剂作用产生或增强疏水性。

疏水就是亲油和亲气体，可在液，气或水—油的界面发生聚集。

本方法仅适用于特殊情况，以及单晶硅微粉的提纯上，由于实际运用教少，加之浮选剂的难找，故本文不加评述；
4）虹吸法。

虹吸原理就是连通器的原理，加在密闭容器里液体上的压强，处处都相等。

而虹吸管里灌满水，没有气，来水端水位高，出水口用手掌或其他物体封闭住。

此时管内压强处处相等。

一切安置好后，打开出水口，虽然两边的大气压相等，但是来水端的水位高，压强大，推动来水不断流出出水口。

本方法主要在河南地区广泛使用，也称自然沉降法主要适用1200号碳化硅微粉。

对于1500目以上的碳化硅微粉，出现沉降速度慢，生产周期长，硅料比较严重的问题；
5）过滤法。

液体穿过滤纸上的小孔，而固态物质留在滤纸上，从而使固体和液体分离。

主要设备为压滤机；
6）分级法。

目前生产厂家使用的方法有水力分级和风力分级。

水力分级为最原始可靠的方法，原理简单，便与控制与分级，但投资大，控制设备仪器尤其是分级锥斗角度，进液口速度精度要求高。

水力分级为最原始可靠的方法，原理简单，便与控制与分级，但投
资大，控制设备仪器精度要求高。

虽然回用碳化硅微粉质量不如水力分级的好，但风力分级的碳化硅微粉也能满足回用要求，并且投资小，故目前风力分级为大多数厂商采用；
7）筛分法。

主要使用超声波微粉震动筛，可将500目以上的大颗粒杂质及碳化硅微粉团聚物筛除。

3.2 用于聚乙二醇分离的方法
1）电极法。

通常所谓离子选择电极，是指带有敏感膜的、能对离子或分子态物质有选择性响应的电极，使用此类电极的分析法属于电化学分析中的电位分析法；
2）吸附法。

目前回收厂家采用方法为活性碳或硅藻土吸附。

以及离子交换吸附；
3）膜过滤法。

膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩的目的。

在废砂浆回收利用中，主要用于去除聚乙二醇中的微量杂质及悬浮物；
4）蒸馏法。

利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并随之使蒸汽部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。

是一种属于传质分离的单元操作。

目前在废砂浆回收中主要采
用了单效及多效薄膜蒸发。

4 分离方法的展望
自2007年以来，全国先后出现了许多废砂浆回收企业，使得废砂浆回收技术不断改进，不断完善；但全国回收企业技术参差不齐，仍存在许多问题，尤其是其中硅微粉的提纯仍处于研发阶段；污水处理回收企业仍等待着更加完善和好的物理分离提纯方法出现；总之几年来在硅片切割废砂浆的回收利用方面物理分离提纯方法得
到了长足的进步，但仍需广大有识之士不断的改革创新，为其资源回收利用，循环经济做出进一步的贡献。