《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》是江南大學於2008年2月20日申請的專利，該專利的申請號為200810020743X，公布號為CN101244823，公布日為2008年8月20日，發明人是孫余憑、劉來寶、仲其成。
《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》涉及太陽能級矽片和電子級矽片切割加工過程中產生的副產物回收碳化矽的方法。具體地說，矽片切割加工過程中為了降低機械應力、熱應力，保障線切割過程成為穩定的過程，需要加入大量的漿狀切割液，從而產生大量的副產物，這種副產物中含有大量有機物、碳化矽和多晶矽（單晶矽）；從這種副產物中回收可以用於矽片切割加工的碳化矽微粉。按照該發明提供的技術方案，矽片切割加工副產物加入分離劑後，進行機械分離，得到富含碳化矽的漿料，對其再進行機械分離，得到的濕態固體進行鹼洗、酸洗及水洗後，經機械分離、乾燥及粒徑分級獲得可回用於矽片切割加工過程的碳化矽微粉。
2011年，《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》獲得第七屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法
- 公布號：CN101244823
- 公布日：2008年8月20日
- 申請號：200810020743X
- 申請日：2008年2月20日
- 申請人：江南大學
- 地址：江蘇省無錫市濱湖區蠡湖大道1800號
- 發明人：孫余憑、劉來寶、仲其成
- 分類號：C01B31/36（2006.01）
- 代理機構：無錫市大為專利商標事務所
- 類別：發明專利
- 代理人：曹祖良
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
矽片切割加工過程中為了降低機械應力、熱應力，保障線切割過程成為穩定的過程，需要加入大量的切割液，在加工過程中會產生大量的副產物。這種副產物的主要成分為大量有機物（即切割液的主要成分：乙二醇、多乙二醇、乙二醇單甲醚、表面活性劑的混合液），以及在使用該切割液時添加在其中的碳化矽（該碳化矽用作切割液的磨料），和在切割過程中產生的多晶矽（或單晶矽）顆粒。矽片切割加工副產物若處理不當，不僅會產生嚴重的環境污染，而且浪費了大量的資源。隨著國家節能降耗，保護環境政策的實施，從矽片切割加工副產物中回收經濟價值較高的碳化矽，可回用於矽片的切割加工過程，也可以用於商品碳化矽使用場合。
碳化矽具有兩種晶型，β-型是立方體，α＝0.4350納米特硬。綠色至藍黑色。介電常數7。硬度9莫斯。A-是半導體。遷移率（300K），平方厘米/（VS），400電子和50空穴，譜帶間隙eV，303（0開）和2.996（300開）；有效質量0.60電子和1.00空穴，電導性，耐高溫氧化性能。相對密度3.16。熔點2830℃。導熱係數（500℃）22.5、（1000℃）23.7瓦特（平方米·開）。熱膨脹係數：線性至100℃：5.2×10/℃，不溶於水、醇；溶於熔融鹼金屬氫氧化物。通常碳化矽在切割加工過程中，由於機械力作用，導致碳化矽微粒的球形係數、粒徑和粒徑分布發生變化；另外，切割液使用過程中，多晶矽被切割的粉末和其它機械雜質混於其中，形成混合性切割加工副產物。切割用碳化矽微粒要求很高的純度以及一定的球形係數，合適的粒徑分布。所以，矽片切割加工副產物不能直接回用於生產過程。碳化矽作為重要的材料，由於生產過程複雜，消耗大量的能源，價格高，所以，人們一直致力於從矽片切割加工副產物中提取高純度、符合矽片切割加工工藝要求的碳化矽微粉。
發明內容
專利目的
《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》的目的在於研究一種從太陽能級矽片切割加工副產物、電子級矽片切割加工副產物中提取高純度碳化矽微粒的方法。
技術方案
按照《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》提供的技術方案，矽片切割加工副產物經混合均勻後，加入分離劑，用量為5～50％，混合溫度為常溫或在50℃～80℃（提高溫度可以提高效率）；用傳送機械送入機械分離器，機械分離器的操作溫度為5～80℃；由機械分離器獲得50～95％的富碳化矽漿料和5～50％的貧碳化矽懸浮液；富碳化矽漿料再進行多級機械分離，獲得的高純度碳化矽漿料再由機械分離去除切割液及分離劑，然後進行鹼洗、酸洗和清洗，所得碳化矽濕料經烘乾、分級後，得高純度碳化矽產品。
矽片切割加工副產物中包括太陽能級矽片切割加工副產物和電子級矽片切割加工副產物。
回收的碳化矽用於矽片切割加工過程或作為碳化矽產品；所述貧碳化矽懸浮液用作後道工序由機械分離提取分離劑及切割液，回收多晶矽。
在對富碳化矽漿料進行多級機械分離前，再次在富碳化矽漿料中加入分離劑。所述分離劑包括下述物質中的一種或多種的混合物：
a、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、平均分子量200～10000Dalton的聚乙二醇中的一種或多種混合液；
b、非離子表面活性劑；
c、聚乙二醇單油酸酯、聚乙二醇雙油酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇雙硬脂酸酯中的一種或幾種混合物；
d、聚氧乙烯仲烷基醇醚（JFC）滲透劑；
e、黏度調節劑，該黏度調節劑的主要成分為含多羥基的聚丙烯酸酯。
鹼洗所用的鹼是液體或固體的金屬氫氧化物，鹼洗溫度為常溫或在50℃～120℃；酸洗所用的酸為無機酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在50℃～120℃；清洗時用潔淨的清水，清洗溫度為50～120℃，在清洗後再經機械分離得到碳化矽濕料。
在烘乾碳化矽濕料時所用的烘乾方法包括：流化床乾燥法、固定床乾燥法；烘乾溫度40～150℃，烘乾壓力包括常壓乾燥和真空乾燥；所述分級方法包括：篩分法和氣流法分級。
所述乙二醇包括乙二醇單甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇雙乙醚、乙二醇單丁醚中的一種或幾種混合液；所述金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉；所述無機酸為硫酸、碳酸、硝酸、鹽酸；所述有機酸為草酸、檸檬酸。
改善效果
《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》的優點是：對矽片切割加工副產物進行加工，可以獲得能夠滿足矽片切割加工要求的碳化矽微粉，並且為切割液回收提供條件，使資源得到充分利用，減少對環境的污染。
技術領域
《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》涉及一種從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法。套用領域主要是太陽能行業矽片切割加工副產物、電子行業矽片切割加工副產物。回收高純度碳化矽可回用於矽片的切割加工，也可以用於其它商品碳化矽適用的場所。
權利要求
1、《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》其特徵在於：矽片切割加工副產物經混合均勻後，加入分離劑，用量為5～50％，混合溫度為常溫或在50～80℃；用傳送機械送入機械分離器，機械分離器的操作溫度為5～80℃；由機械分離器獲得50～95％的富碳化矽漿料和5～50％的貧碳化矽懸浮液；富碳化矽漿料再進行多級機械分離，獲得的高純度碳化矽漿料再由機械分離去除切割液及分離劑，然後進行鹼洗、酸洗和清洗，所得碳化矽濕料經烘乾、分級後，得高純度碳化矽產品。
2、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於：矽片切割加工副產物中包括太陽能級矽片切割加工副產物和電子級矽片切割加工副產物。
3、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於：回收的碳化矽用於矽片切割加工過程或作為碳化矽產品；所述貧碳化矽懸浮液用作後道工序由機械分離提取分離劑及切割液，回收多晶矽。
4、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於：在對富碳化矽漿料進行多級機械分離前，再次在富碳化矽漿料中加入分離劑。
5、根據權利要求1或4所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於，所述分離劑包括下述物質中的一種或多種的混合物：
a、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、平均分子量200～10000Dalton的聚乙二醇；
b、非離子表面活性劑；
c、聚乙二醇單油酸酯、聚乙二醇雙油酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇雙硬脂酸酯中的一種或幾種混合物；
d、聚氧乙烯仲烷基醇醚滲透劑；
e、黏度調節劑，該黏度調節劑的主要成分為含多羥基的聚丙烯酸酯。
6、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於：機械分離器包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機、立式離心機、管式離心機和旋流器中的一種或幾種組合。
7、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於：鹼洗所用的鹼是液體或固體的金屬氫氧化物，鹼洗溫度為常溫或在50℃～120℃；酸洗所用的酸為無機酸或有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物；所述酸是純酸或酸溶液，溫度為常溫或在 50℃～120℃；清洗時用潔淨的清水，清洗溫度為50～120℃，在清洗後再經機械分離得到碳化矽濕料。
8、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於，在烘乾碳化矽濕料時所用的烘乾方法包括：流化床乾燥法、固定床乾燥法；烘乾溫度40～150℃，烘乾壓力包括常壓乾燥和真空乾燥；所述分級方法包括：篩分法和氣流法分級。
9、根據權利要求1所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於，所述乙二醇包括乙二醇單甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇雙乙醚、乙二醇單丁醚中的一種或幾種混合液；
10、根據權利要求7所述從矽片切割加工副產物回收碳化矽的方法，其特徵在於，所述金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉；所述無機酸為硫酸、碳酸、硝酸、鹽酸；所述有機酸為草酸、檸檬酸。
實施方式
操作內容
矽片切割加工副產物先經過預處理，去除所含大顆粒雜質，進入混合設備，在機械攪拌均勻後，加入聚乙二醇、二乙二醇乙醚、乙二醇甲醚、表面活性劑、滲透劑、聚乙二醇油酸酯、黏度調節劑等，在常溫或在50℃～80℃（提高溫度可以提高效率）下攪拌，目的在於使顆粒性固體物與混合液中各組分形成較好的物理作用及化學作用。將分散良好的懸浮液送入分離機，分離機包括沉降池、刮板沉降器、斜板沉降器、臥式離心機、立式離心機、管式離心機和旋流器中的一種或幾種組合等；分離機的操作可以間歇式、連續式或間歇與連續混合式操作；經過常溫或在50℃～80℃（提高溫度可以提高效率）分離機分離為富含碳化矽的漿料和貧碳化矽懸浮液。第一次分離所得富碳化矽漿料為50～95％，貧碳化矽懸浮液5～50％；所得貧碳化矽懸浮液可進行有機物回收。所得富碳化矽漿料，再次加入上述各組分，混合均勻後，進行分離機分離，分離機分離次數可以是1～5次。多級分離機分離所得貧碳化矽懸浮液可以用於初級分離機分離，或可以用於液體有機物分離，或去有機物回收工序。所得含高濃度碳化矽的漿料進行洗滌，或經過分離其中的液體後進行洗滌。洗滌先進行鹼洗，鹼洗可以是液鹼或固體鹼，鹼為NaOH、KOH等金屬氫氧化物，洗滌溫度為常溫或在50℃～120℃（提高溫度可以提高效率），鹼洗後，分離液體後進行酸洗，酸洗為硫酸、碳酸、硝酸、鹽酸等無機酸或草酸、檸檬酸等有機酸，或者有機酸與無機酸的混合物，酸可以是純酸或溶液，溫度為常溫或在50℃～120℃（提高溫度可以提高效率）。酸洗後分離去除液體後，以水漂洗至中性。漂洗溫度為常溫或在50℃～120℃（提高溫度可以提高效率）。再次分離後，對濕態碳化矽進行乾燥。乾燥可以用固定床乾燥器或流化床乾燥器；乾燥壓力型式可以是常壓、加壓或真空乾燥，對經乾燥的碳化矽進行篩分，根據篩分獲得不同用途的碳化矽微粉。
實施案例
實施例1
取矽片切割副產物的樣品1000克，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻後，加入250克分離劑，混合溫度為常溫或在50～80℃，分離劑的組成為：聚乙二醇200（PEG200）50克，聚乙二醇10000（PEG10000）20克，聚乙二醇單乙醚12克，聚乙二醇單油酸酯（DO400）5克，非離子表面活性劑（OP-10）11克，滲透劑（JFC）8克，在5℃下攪拌均勻後，進入離心分離機，得到750克富碳化矽漿料和貧碳化矽懸浮液500克，對富碳化矽漿料經二級離心分離後，富含碳化矽漿料以25％NaOH溶液在50℃下攪拌1小時，進入離心分離機，去除大部分液體後，再加入70％硫酸在50℃下攪拌1小時後，進入離心分離機，去除大部分液體後，再用清水漂洗至中性，經機械分離後，於80℃下烘箱乾燥8小時，乾燥後的粉末以篩分法獲得產品，與新鮮碳化矽以6:4比例加入到太陽能矽片切割液對太陽能級矽棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。
實施例2
取矽片切割副產物的樣品1000克，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻後，加入350克分離劑，分離劑的組成為：聚乙二醇200（PEG200）100克，聚乙二醇10000（PEG10000）50克，聚乙二醇單乙醚22克，聚乙二醇單油酸酯（DO400）8克，聚乙二醇雙油酸酯（MO600）8克非離子表面活性劑（OP-10）12克，滲透劑（JFC）8克，在80℃下攪拌均勻後，進入離心分離機，得到800克富碳化矽漿料和貧碳化矽懸浮液453克，對富碳化矽漿料經二級離心分離後，富含碳化矽漿料以30％NaOH溶液在50℃下攪拌1小時，進入離心分離機，去除大部分液體後，再加入60％的硫酸在50℃下攪拌1小時後，進入離心分離機，去除大部分液體後，再用清水漂洗至中性，經機械分離後，於80℃下烘箱乾燥8小時，乾燥後的粉末以篩分法獲得產品，與新鮮碳化矽以7:3比例加入到太陽能矽片切割液對太陽能級矽棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。
實施例3
取矽片切割副產物的樣品1000克，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻後，加入200克分離劑，分離劑的組成為：聚乙二醇400（PEG400）50克，聚乙二醇800（PEG800）20克，聚乙二醇單乙醚12克，聚乙二醇單油酸酯（DO400）5克，聚乙二醇雙油酸酯（MO600）5克非離子表面活性劑（OP-10）8克，滲透劑（JFC）8克，黏度調節劑5克在40℃下攪拌均勻後，進入離心分離機，得到813克富碳化矽漿料和貧碳化矽懸浮液528克，對富碳化矽漿料經二級離心分離後，富含碳化矽漿料以30％NaOH溶液在50℃下攪拌1小時，進入離心分離機，去除大部分液體後，再加入60％硝酸在50℃下攪拌1小時後，進入離心分離機，去除大部分液體後，再用清水漂洗至中性，經機械分離後，於80℃下烘箱乾燥8小時，乾燥後的粉末以篩分法獲得產品，與新鮮碳化矽以5:5比例加入到太陽能矽片切割液對太陽能級矽棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。
實施例4
取矽片切割副產物的樣品1000克，加入帶攪拌的燒瓶，攪拌均勻後，加入300克分離劑，分離劑的組成為：聚乙二醇400（PEG400）92克，聚乙二醇800（PEG800）50克，聚乙二醇單乙醚15克，聚乙二醇單油酸酯（DO400）10克，聚乙二醇雙油酸酯（MO600）12克，非離子表面活性劑（OP-10）14克，滲透劑（JFC）10克，黏度調節劑5克在60℃下攪拌均勻後，進入離心分離機，得到803克富碳化矽漿料和貧碳化矽懸浮液500克，對富碳化矽漿料經三級離心分離後，富含碳化矽漿料以30％NaOH溶液在50℃下攪拌1小時，進入離心分離機，去除大部分液體後，再加入60％硝酸在50℃下攪拌1小時後，進入離心分離機，去除大部分液體後，再用清水漂洗至中性，經機械分離後，於80℃下烘箱乾燥8小時，乾燥後的粉末以篩分法獲得產品，與新鮮碳化矽以8:2比例加入到太陽能矽片切割液對太陽能級矽棒線切割加工，滿足加工工藝的要求。
榮譽表彰
2011年，《從矽片切割加工副產物中回收碳化矽的方法》獲得第七屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
